石油化工EPC项目中的若干设计问题探讨

梁志恒 （中石化南京工程有限公司，江苏 南京 210000）

0 前言

随着各类结构计算软件的推广应用，设计人员的电算能力得以提高。但从大量的工程案例看，部分设计人员存在着方案选择不合理，对现场实际缺乏调查，对行业的发展现状不了解等现象。目前，国内大型石油化工项目普遍采取EPC（Engineering Procurement Construction）总包的方式，设计人员的职责范围随之扩大，除要完成设计工作外，还要配合采购、施工的工作。尤其是在施工阶段，设计人员做设计变更时，选择经济、合理的方案，对EPC项目的高效运行至关重要。本文特从结构专业设计角度出发，结合一些大型石化项目在施工阶段反馈出来的问题，对若干问题进行探讨，在设计源头上解决了问题，并提高了综合效益。

1 结构设计要适时介入施工方案的制定

工程项目的顺利实施，与施工时的实际情况密切相关，对施工单位来说，安全与质量，人、财、物的调配，天气及地质情况，都是需要综合考虑的。不同的施工方案，会直接带来施工难度、施工成本等的较大差别，一些特殊的施工方案，仅靠施工单位的技术力量无法完成，需要结构设计人员及时介入，协助完成施工方案，从而降本增效，体现EPC模式的一体化优势。

某大型石化EPC工程的循环水工程，采用了如图1所示的平面布置，吸水池池壁与冷却塔池壁水平相距约2m，底板垂直高差为2.4m。按正常的施工组织工序，首先将施工较深的吸水池，验收合格后，局部回填，然后再施工埋置较浅的冷却塔水池。按验收规范要求，吸水池主体浇筑完成28d后，开始后浇式加强带的施工，并做闭水试验，合格后进行分层回填夯实，此后，才能进行冷却塔水池的混凝土底板施工。施工期间，正值雨水较多的夏季，由于高差的存在，面临土体冲刷而塌落流失、地基受扰等不利因素，冷却塔水池迟迟不能施工，施工单位的人力负荷无法平衡，工期将严重滞后。

根据施工单位提供的信息，吸收塔底板钢筋绑扎、支模、混凝土浇筑大概需30d左右的时间，在了解施工的工序、材料供应等情况后，结构设计人员提出了混凝土护坡优化方案，在加强带施工约3d后，利用已施工完成的吸水池底板作为护坡的侧向支撑点，使部分替换原施工方案中砂石回填方案，如图2所示，即满足护坡的抗滑移及倾覆验算又完成了冷却塔底板地基处理的需要，迅速提供了底板施工的操作面，同时，不影响将来吸水池的池壁渗漏检验。该方案较好地解决了施工难题，取得了很好的经济效益。根据施工过程中设置的监测情况，位移及沉降均无异常现象。

2 尽可能利用现场既有条件处理工程问题

工程实施阶段，经常会发生一些工程问题，结构设计应尽可能充分利用现场条件，灵活运用理论原理，降低施工难度，节约工程成本。

图1 冷却塔及吸水池平面图

图2 剖面A－A

图3 新增基础平面图

图4 B－B剖面图

某工程的管廊柱独立基础，靠近大型阀门仪表井，该井尺寸为8.8m×3.4m×6.7m深，如图3所示，属于深基坑开挖，经过专家方案评审后，采用了二次放坡的大开挖方案，基坑的上口开挖尺寸约为24m×17m，导致有2个管廊基础的地基土全部挖除，另有2个基础的地基土被部分挖除。仪表井施工完成后，周边进行了换土分层夯实，但其间经历了几场大雨浸泡，施工单位没有按规定重新检测，便贸然施工了4个基础，全部回填后不久，有2个基础就出现了不均匀沉降及水平滑移，最大沉降量约40mm，最大水平位移约50 mm，导致上部钢结构无法准确安装，后期的变形发展情况无法确定。

事故发生后，结构设计人员勘察了现场情况，了解分析原因后，提出两种方案，一是采用钢管桩基础，穿透目前的回填土层；二是利用阀门仪表井的井壁作为支撑点，将原来的两个独立基础改为桥式基础。第一种方案传力途径明确，安全可靠，但由于数量太少，场地许多障碍物限制，不具备可行性；第二种方案属于因地制宜、方便施工，节省人力、物力。综合考虑后，最终选择了方案二如图3、4所示。

新增基础及仪表井均位于原状土上方，该处理方案理论依据充分，即合理利用了现场既有仪表井刚度大、承载能力强等有利条件，又解决了回填土不合格所带来的安全隐患。

3 预埋件设计在现场发现的问题

预埋件是重要的传力构件，对于一些非标埋件及后增加埋件，现场发生的一些情况，应引起设计人员的关注。

3.1 非标预埋件

某工程的大型压缩机是由外资单位提供，基础的结构施工图如图5、6所示，设计图纸上看不出预埋件的异常之处，设计及施工人员均认为预埋件为常规的形式，如板厚20mm左右。

图5 预埋件平面图 图6 剖面C－C

埋件属于国外供货商供货范围，设备到货后才发现，该预埋件是一个极为少见的庞然大物，尺寸规格为3600mm ×1000mm ×110mm(厚)，埋件的下方锚爪为16#槽钢组成的类似井字形状，由此带来了一系列的问题，首先，埋件厚度为110mm，远大于梁的混凝土保护层40mm，导致埋件顶标高无法满足设计要求，已安装的框架梁钢筋笼全部重加工；其次，埋件下方的槽钢锚爪，导致梁上部纵筋无法均布贯通，6肢箍筋无法按原设计安装；最后，梁的有效高度将减小，须重新计算。

设计人员到现场仔细了解相关情况，核算后提出整改方案，梁顶标高以满足埋件的安装为准，钢筋笼拆除，上部纵筋重新按埋件实际的形状重新排布，局部做并筋处理，部分箍筋重新制作，由绑扎方式改为焊接形式。鉴于修改后框架梁上部混凝土保护层达到110mm，为防止顶部开裂，表面加装抗裂钢筋网。鉴于预埋件自重达到3t多，重新绑扎安装框架梁钢筋笼期间，需出动吊车台班长时间配合施工。该事件造成了现场施工的较大被动，施工进度计划受阻。结构设计提前了解供货条件的重要性，由此可见一斑。

3.2 后增加的预埋件设计时，应充分考虑施工可行的因素

对于后增加的联络单内容，预埋件经常会采用化学锚栓或安卡螺栓，从现场发现问题来看，不重视埋件的边距条件是常见的现象。翻阅喜利得及慧鱼等公司产品指导手册可知，不同规格的螺栓，对距离混凝土梁柱的边距是有明确的数据限制的，承载力也与其有对应关系。具体施工时，梁柱内部已有的钢筋，也会干扰埋件锚筋的设计位置。对于设在梁或柱侧面的埋件，工程中经常可能看到的案例是只要顶部与梁顶平齐，或一边与柱边缘平齐的，锚筋位置经常与梁上部纵筋或柱纵筋冲突，现场不得不调整锚筋位置，从而导致埋件偏心受力。可能设计不符合受力要求，留下了安全隐患。结构设计时应充分考虑施工是否可行的因素，从设计源头避免安全隐患的发生。

4 结构专业在EPC外包业务中设计审查

部分承包商仅具备提供产品的能力，并不具备符合要求的设计资质，造成监理验收困难。作为EPC总包单位，有义务在技术协议范围内，对分承包商提供的技术文件，进行审核管理。

某EPC项目压缩机厂房有隔声降噪要求，外墙板由某生产新型板材的厂家提供并负责安装。在技术协议阶段，建筑专业就使用功能方面提出了相关要求，结构专业提供了预埋件的位置。但在EPC总包层面，没有对厂家进行二次设计管理。墙板安装时，端部骨架需要与EPC总包单位结构专业设计的预埋件焊接，因此，存在连接节点强度是否满足规范要求，以及验收执行的规范问题。该厂家无钢结构方面的设计资质，无法提供符合要求的施工图，导致监理单位无法按图验收。质量监督部门提出，该新材料无对应的验收标准，不符合相关的新产品使用的建设条文规定，必须提供设计文件方准许验收，因此，要求限期整改，直接影响工程的进度工期安排。

5 结构专业要及时关注建设领域的新情况、新趋势

5.1 人力成本的上升促使钢筋的机械连接方式大规模使用

传统土建工程中大量出现的钢筋焊接，需要有资质的焊工才能完成，而劳动力的短缺在建筑行业尤其明显，因此，梁柱钢筋的机械连接方式开始在工程现场大规模使用，虽然在定额单价方面，机械连接接头大约是焊接接头的4～5倍，但综合人员工资、焊接检验、入场培训取证的时间成本等因素，大部分施工单位都会优先选择简单快捷、质量可靠的机械连接。结构设计人员在设计图纸上要做出合理的选择。

5.2 地基处理的方式出现一些新变化

不同深度、不同区域的土层通常会有变化，有些地勘报告由于钻探间距的原因，也会存在无法全面反映地下土层实际分布的情况。因此，采用天然地基基础，经常会遇到地基处理的问题。地基处理的方法很多，比较传统的是换填方法，一般是用素土或砂石分层夯实。不过，当前一些新情况的出现，需要结构设计人员在处理现场地基问题做出及时的变化。

某EPC项目部分采用是天然地基，基础施工时遇到大范围深浅不一的淤泥质土，不满足设计要求，需要按图纸要求采用砂石垫层换填。当时面临两个情况，一是因环保原因，砂石的采集受限制，价格处于高位，综合材料、人工、检测等因素，立方单价接近于素混凝土；二是正值6～8月份的高温、雨水季节，降雨对分层夯实的施工及检测都有直接影响，工程进度不易保证。综合各方面的因素后，在同一现场的各大工程公司基本都采取了以素混凝土换填为主的地基处理方法。

对于小规模的地基处理，该处理方法的优势非常明显：一是质量可靠，工程造价增加不明显；二是操作简单、施工速度很快，在挖掘机开挖到位后，商品混凝土泵车可以随时浇筑；三是节约大量人力，小区域砂石垫层换填时，需要抽调人工进行配合，尤其是换填较深时，人工分层夯实非常麻烦；四是开挖影响区域较小，没有砂石垫层放坡的要求，基本可以在基础投影范围内开挖换填；五是非常适合在雨季或超挖较深时的抢工期使用，挖掘机与泵车的配合使用，可以较好的规避深挖时的基坑支护及人工作业危险。

5.3 结构设计时要注意施工分工产生的问题

结构设计一般是按建、构筑物单体进行设计，并提供完整的一套设计图纸，但涉及到既有混凝土构件又有钢结构构件时，施工就会有土建施工单位、安装施工单位、钢构厂等三家单位参与，如果进行设计交底，应该是各家参建单位都要同时参加。从某EPC工程的实际运行情况看，施工阶段的招标是不同步的，土建单位施工时，可能安装工作还没进入招标程序，很难进行同步设计交底。另外，土建单位与安装单位各自领取专业范围的图纸，无法提前核对交接部分，一旦设计出现错误，基本无法提前发现。某EPC项目出现了多处钢柱柱脚与基础不一致现象，造成现场的停工，钢结构不得不返厂加工。除设计源头上严把质量关外，结构设计人员要调整过去的工作模式，做好与三方的沟通联系工作，以适应EPC项目的运行特点。