中国核电工程有限公司深圳设计院 广东深圳 518031
摘要：考虑垃圾焚烧发电厂结构抗震的复杂性及厂房总长度及宽度超过规范规定的伸缩缝最大间距，一般在横向设一抗震兼伸缩缝，汽机间、除氧间及集中控制室部分为一块，采用钢筋混凝土框架结构。卸料大厅、垃圾池、锅炉间、烟气净化间为一块，采用钢筋混凝土框架剪力墙结构。本文以实例对垃圾焚烧发电厂主厂房结构设计进行论述。
关键词：垃圾焚烧发电厂；结构设计；溶洞；裂缝
一、引言
近年来，随着科技的发展和人们生活水平的提高，城市生活垃圾也在飞速增加。调查表明，全国有三分之一以上的城市被垃圾包围，垃圾填埋场已无法满足垃圾的快速增长。垃圾填埋场带来的恶臭及污水严重影响周围居民的生活，甚至污染环境。目前各地开始兴建垃圾焚烧发电厂，生活垃圾焚烧，作为最有效垃圾处理手段，在许多发达国家得到广泛应用，也正在成为中国大中城市生活垃圾处理的发展趋势。此方式占地少，处理周期短，无害化程度高，且产生的热量可作能源利用，资源化效果好。垃圾焚烧过程中控制好二噁英等污染物的排放，垃圾焚烧灰渣可用来制砖，垃圾燃烧产生的热量又可以用来发电，既环保又产生了经济效益。
二、工程概况
本人以刚设计完成的贵州某垃圾焚烧发电厂为例，阐述对主厂房结构设计的认识，以供参考。
该工程场地喀斯特岩溶地貌，为覆盖型岩溶区，上覆土层为填土、粉质粘土，下伏基岩岩性为二迭系下统茅口组石灰岩。场地岩石表面起伏不平，局部有较大的溶沟、溶槽，因此，根据《贵州建筑岩土工程技术规范》，场地岩溶发育程度为中等发育。场区建筑及施工不存在地下水的影响。场区抗震设防烈度为6度（0.05），设计地震分组为第一组，特征周期值为0.35s，区域稳定性好。该场地类别为Ⅱ类场地。设计使用年限为50年，基本风压W0=0.30KN/m2，基本雪压S0=0.20KN/m2，结构安全等级为二级。主厂房内结构活荷载详见下表：
项目总体建设规模为垃圾日处理量为1200吨，采用机械式炉排炉焚烧方式，设置1台12MW的汽轮发电机组。主厂房包括烟气净化间、焚烧间、垃圾池、卸料大厅、汽机间及中控楼。其中烟气净化间、焚烧间、垃圾池及卸料大厅为一块，中间设置后浇带，属框架剪力墙结构；汽机间与中控楼为一块，在汽机间合理位置设置后浇带，属框架结构。烟气净化间跨度为42m，柱顶标高为31m，屋面为网架结构；焚烧间跨度为28m，柱顶标高为41m，屋面为网架结构；垃圾池跨度为33m，柱顶标高为32m，屋面为轻钢结构；卸料大厅跨度为22m，柱顶标高为22m，屋面为轻钢结构；汽机间柱顶标高为17.8m，屋面为轻钢结构；中控楼柱顶标高为22.6m，屋面为钢筋混凝土结构。主厂房总建筑面积为17737m2。
主厂房建筑平面图、剖面图详见下图：
因现在建筑用地紧张，本场区不可避免的落在岩溶发育区域，但大量的工程实践证明，岩溶地基经过适当的处理后，是可以做为建筑地基的。由于岩溶发育具有严重的不均匀性，故在详细地质勘察时严格按照一个框架柱下做一个探孔，做到全面了解场区的地质情况。本垃圾焚烧发电厂主厂房框架柱轴力较大，结合当地的常用做法，可采用钻孔灌注桩。施工时不容易掌握桩基的钻孔深度，所以在设计时根据地勘报告精确计算每根桩的长度，确保桩遇到溶洞时都能穿越，并保证桩底以下5m范围内无溶洞存在。在施工后必须对场区内所有桩基进行钻芯取样检测，钻芯取样深度至少要达到桩底以下5米，桩底以下5米范围内为中风化岩层且无溶洞即为基底持力层合格。
结构计算软件采用PKPM、midas等。本工程主要采用PM建模计算，确定梁、板、柱配筋。但垃圾焚烧发电厂主厂房结构复杂，烟气间、焚烧间、垃圾池基本无楼板，属于平面不规则建筑，并且在主厂房内还包含一个垃圾池，PKPM无法精确模拟垃圾对垃圾池壁的侧向推力。因此用PM建模计算整体模型后，用PK对空旷排架柱进行复核，用midas对垃圾池进行验算。综合考虑后，主厂房梁、板、框架柱配筋可根据SATWE来确定（屋面梁板需考虑裂缝配筋）；排架柱应按PK模型弯矩来确定配筋，根据经验PK模型中的柱配筋会比PM模型中的柱配筋大；垃圾池壁配筋应按midas来确定。
垃圾焚烧发电厂主厂房结构设计的难点是垃圾池结构设计。电厂运营后，垃圾装在垃圾池里面会产生强腐蚀性的渗滤液，如果垃圾池壁开裂，渗滤液渗漏到周围土体，会严重污染周围环境，而且会腐蚀池壁内钢筋，使得渗漏更加严重，因此在垃圾池结构设计时，要求池壁满足强度的同时做好抗渗、防腐措施。垃圾池采用C35/P8防水混凝土，需加占胶凝材料的10%的抗腐蚀抗裂、膨胀防水剂。为减免混凝土收缩裂缝，提高混凝土密实性、耐久性，垃圾池、渗滤液池采用掺加高性能混凝土膨胀剂的补偿收缩混凝土。为了提高抗渗性能、耐磨性能、抗冲击性能及韧性，应在垃圾池、渗滤液池掺加1.0kg/m3聚丙烯纤维。
本工程垃圾池池底标高-4.0，垃圾池顶标高17.920，池壁总高度21.920米。在池壁0米层处设置一圈腰梁，标高-4.0~0.0米做扶壁柱（配筋加强）。垃圾池底板尺寸为58mX31m，厚度为800mm，属于大体积混凝土，底板长度过长宜增设后浇带，避免混凝土收缩不均或沉降不均产生有害裂缝。大体积混凝土还应在浇筑时控制好混凝土的水泥用量、骨料含泥量，优化混凝土配合比，严格控制混凝土的入模温度，混凝土浇筑后应加强养护。垃圾池底板部分直接作用在岩层上，部分填土较深采用桩基础，为减少基础持力层不同导致的基础不均匀沉降，在垃圾池底板与岩层之间铺一层200mm的级配砂石。混凝土本身是一种脆性材料，只具有极低的抗拉能力，无论是在工程项目的施工过程还是使用过程中，只要基础存在不均匀沉降，并且是在外荷载作用下，是非常容易产生裂缝的。我前几年设计的一个项目，现场施工完之后还没来得及做散水，天就开始下雨，下了一周后导致基础产生不均匀沉降，后果就是产生一条贯穿裂缝。对于钢筋混凝土的结构来讲，导致开裂的重要原因就是基础不均匀沉降，地基变形产生的应力是非常大的，极易产生贯穿性的裂缝，对结构构件造成毁灭性的破坏。产生裂缝后进而导致渗水，慢慢的钢筋会被腐蚀，对于运营后的垃圾池来说，返修、加固是很麻烦的，产生的经济损失也是不可估算的。因此，在工程建设中我们要正确认识钢筋混凝土裂缝的诸多原因，严格把关设计、施工、验收各个工序，设计时应全面考虑，做到有备无患，避免产生原则性的错误。特别对混凝土的施工进行严格把关且严格按操作程序进行施工，对特殊问题制定专项的技术措施和施工方案，把问题消灭在施工过程中，使得工程质量有一个较高的提升。
下面再简单介绍垃圾池壁的结构计算。根据工艺工种提供资料，生活垃圾较为松散，其初始容重为4.5KN/m³，但经过长期堆放，其底部垃圾经压实后，容重会增加。经过一段时间运行后，垃圾池底部由于排水不畅，底部往往会积有大量泥水，厚度往往有2~3m，甚至更高。其容重可达10KN/m³以上。综合考虑后7米标高以下生活垃圾容重按7KN/m³，7米标高以上生活垃圾容重按5KN/m³。
生活垃圾的侧压力按静止土压力公式计算：
P0=K0▪γ▪Z
P0——静止土压力强度（KPa）
γ——墙后生活垃圾的重度（KN/m³）
Z——计算点的深度（m）
K0——静止土压力系数，可取0.5
计算后生活垃圾荷载详见下图：
池壁用Midas计算配筋后，还可以采用连续梁结构设计来复核。首先将池壁模拟为一端固结的横向连续梁，0米、7米、11.5米、17.89米层池壁外侧都有梁板，将这几层梁板分别模拟为支点。根据该计算方法得出弯矩包络图，得出弯矩后再按照T形梁计算出池壁板配筋。计算简图如下：
三、结束语
结构计算软件的不断增加及完善，有效的提高了结构设计质量，但作为一个结构工程师应对结构进行统筹考虑且不遗漏细小问题。虽然垃圾焚烧发电厂主厂房属于结构特殊、体型不规则的工业建筑，但随着社会的发展，科技的进步，垃圾焚烧发电厂会越来越普遍，技术也会越来越成熟。我们作为设计人员，应保证设计成果使用安全且满足规范要求，进而降低工程成本。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规范 GB 5007-2011.
[2]建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008.
[3]建筑抗震设计规范 GB 50011-2010.
[4]混凝土结构设计规范 GB50010-2010.
论文作者:徐启鹏
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
标签：垃圾论文; 标高论文; 结构论文; 混凝土论文; 垃圾焚烧论文; 裂缝论文; 厂房论文; 《基层建设》2016年1期论文;