一種解決因基礎(chǔ)損傷引起回轉(zhuǎn)窯振動的方法研究

高懷玉宋海武潘均強

（南京恒海水泥設(shè)計有限公司 江蘇 南京 210011）

一種解決因基礎(chǔ)損傷引起回轉(zhuǎn)窯振動的方法研究

高懷玉1宋海武1潘均強2

（南京恒海水泥設(shè)計有限公司 江蘇 南京 210011）

通過研究水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯支撐結(jié)構(gòu)，分析得出回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)損傷產(chǎn)生的原因。深度研究樁基承臺窯墩結(jié)構(gòu)，當(dāng)其出現(xiàn)損傷致使回轉(zhuǎn)窯振動的加固方法，并將方法思路應(yīng)用與一個工程實例中。對比分析工程實例的三種設(shè)計方案，進一步說明回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)損傷的加固方法。實例顯示加固方法思路有效可行，且效率高效。

回轉(zhuǎn)窯；振動；加固

0 引言

隨著我國水泥工業(yè)的快速發(fā)展，到2010年底，我國水泥生產(chǎn)規(guī)模達到空前的規(guī)模，隨后幾年基本保持在這個水平附近[1]。國內(nèi)已建成的水泥生產(chǎn)線絕大多數(shù)采用水泥回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯是水泥生產(chǎn)線的主機設(shè)備，屬于超大型筒體設(shè)備，因工藝生產(chǎn)需要，工作時須將其傾斜支撐在窯墩之上，且低速的回轉(zhuǎn)。窯墩所受荷載主要有：上部回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的壓力、上下竄動荷載、工作時提供窯轉(zhuǎn)動的扭矩等荷載[2,3]?；剞D(zhuǎn)窯屬于重型工作制的大型設(shè)備，這使得傳至基礎(chǔ)底面的荷載相當(dāng)大。提供窯回轉(zhuǎn)的作用力，會使窯墩的基礎(chǔ)和墩體存在相對于窯長度方向的左右運動的趨勢；窯上下竄動時的荷載，會使窯和基礎(chǔ)存在沿著窯長度方向運動的趨勢。這兩種運動的趨勢疊加后，使得窯墩和基礎(chǔ)整體運動的趨勢加強。如果基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)或整板基礎(chǔ)，則計算分析時主要保證不滑移，和抗傾覆滿足要求。若地基承載力不夠，基礎(chǔ)選型為樁基，窯墩的樁基承臺相接處經(jīng)常會出現(xiàn)松動或者鋼筋被剪力剪斷的現(xiàn)象,導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯發(fā)生振動[4]。

1 分析振動現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及后果

經(jīng)過分析和研究發(fā)現(xiàn)，因基礎(chǔ)損傷導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯振動的原因主要有三點：1）窯墩在長期重復(fù)的周期荷載作用下，樁頂嵌固端的應(yīng)力不斷的集中[5,6]；2）由某種外部大的作用如地震、龍卷風(fēng)、施工、運輸?shù)韧獠扛蓴_，使窯墩的基礎(chǔ)及地基的穩(wěn)定狀態(tài)無法保持；3）因為設(shè)計、施工質(zhì)量缺陷導(dǎo)致，樁承臺強度不足。當(dāng)樁頂嵌固端失效后，窯墩會跟隨旋窯轉(zhuǎn)動一起振動，振幅會在短時間內(nèi)發(fā)展，嚴重影響正常生產(chǎn)，這種振動對回轉(zhuǎn)窯的危害是致命的，不僅回轉(zhuǎn)窯自身會損壞且其內(nèi)部的保溫隔熱措施[7]會受到嚴重的脫落，時間久會使回轉(zhuǎn)窯傳動設(shè)備毀壞。另外，會出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，危害其他窯墩和設(shè)施，造成極大的安全和經(jīng)濟損失。回轉(zhuǎn)窯不僅在水泥行業(yè)使用，在冶金、化工、石灰等行業(yè)被普遍使用[8]。故上述這種現(xiàn)象應(yīng)被重視，需設(shè)計高效可靠的加固技術(shù)。

2 分析對回轉(zhuǎn)窯窯墩加固存在的問題

當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時，似乎無關(guān)緊要，請一個專業(yè)的設(shè)計、施工單位稍作處理就會使結(jié)構(gòu)恢復(fù)使用功能。這種處理方式是不嚴肅的，用這種方式處理問題有可能會成功，一旦失敗，會帶來三方面復(fù)雜問題。1）前次加固會使結(jié)構(gòu)破壞的原始情況擾動，再次加固時無從考證其破壞的原因；2）使原有的結(jié)構(gòu)形式及受力形式發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)不再和以前的初始狀態(tài)一樣；3）再固加時的投資會較初次加固的投資顯著增加。所以，當(dāng)出現(xiàn)此類難題時，不能簡單的進行處理，應(yīng)該協(xié)同有經(jīng)驗的工藝專家和土建結(jié)構(gòu)工程師對問題進行嚴密的討論分析，查明結(jié)構(gòu)破壞或擾動的真正原因，在保持生產(chǎn)線的工藝流程不變的情況下一次處理成功。在初始設(shè)計時，也應(yīng)該考慮周到，我們團隊長期秉承這種設(shè)計理念，成功的設(shè)計出多條大型新型水泥生產(chǎn)線，以科學(xué)經(jīng)濟的角度出發(fā)為水泥、化工、煤電等多家客戶排憂解難。在工藝設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)加固、工藝優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面積攢了豐厚的工程經(jīng)驗。以下將介紹一個成功的實例。

3 工程實例

重慶某3500噸/天水泥生產(chǎn)線，因某種外部大的擾動，致使回轉(zhuǎn)窯的支撐結(jié)構(gòu)受力機制發(fā)生改變，用于支撐回轉(zhuǎn)窯的2#窯墩的基礎(chǔ)損壞，產(chǎn)生較大的位移，并引起回轉(zhuǎn)窯振動。窯墩跟隨回轉(zhuǎn)窯一起振動，振動方向大致為窯中心線左右方向，振幅較明顯，最大時達到80mm。該廠先后進行了兩次加固處理，問題才得以徹底解決，以下將對三種設(shè)計方案進行對比。

1）原始設(shè)計：可以看出原始的布置方案（見圖1）是比較傳統(tǒng)的設(shè)計方法，是合理的設(shè)計方案，對其進行復(fù)核計算發(fā)現(xiàn)，按照原始的設(shè)計方案，還需要增加4根同樣的樁才能滿足水平承載力要求，勘察發(fā)現(xiàn)這6根樁基，均在樁基嵌固承臺部位嚴重受損，部分鋼筋被剪斷。

2）第一次加固：新增樁基布置（見圖2）的力學(xué)思路本身就不合理，因樁頂面彎矩的方向和窯中心線方向一致，應(yīng)將樁布置在垂直窯中心線方向上是有利的布置方案。故第一次加固從方案開始就出現(xiàn)了理論錯誤，雖輕微的減小了窯振動。但是他還在振動，也證明了增加的樁基也受到損傷。

3） 第二次加固：新的布置方案（見圖3）可彌補樁承載力的不足，同時增大了抵抗延窯中心線方向的彎矩。延深度方向加厚原始承臺1.8m，并包裹原始和第一次加固擴大的承臺，使三次形成的承臺組合為一個整體；這樣做還有一個好處，就是將所有的樁基都被有效的嵌入承臺當(dāng)中，使所有的樁重新發(fā)揮作用，消除了所有樁基在受損區(qū)域強度不足的安全隱患。經(jīng)勘探發(fā)現(xiàn)承臺底面以下1.5米深度范圍內(nèi)的樁基有不同程度的受損，繼續(xù)向下到承臺底面以下1.6米處樁基不再有受損，并且可作為受力構(gòu)件發(fā)揮其作用。所有新老混凝土接合面均作特殊處理，保證承臺整體強度要求。

4 實例總結(jié)和達到的工藝目標

不難看出，每一次加固都使承臺面積有增大，經(jīng)過統(tǒng)計可以得出，若第一次加固成功則可以使所用材料和投資減半。加固工程實施工是安排在生產(chǎn)線例行檢修期間[9]進行的，施工期間幾乎沒有對生產(chǎn)線的生產(chǎn)計劃產(chǎn)生影響。因設(shè)計時考慮了其工廠例行檢修期，充分利用這個時間，將損失控制到最低?？茖W(xué)合理的分析問題，密切結(jié)合工藝生產(chǎn)的需要，做出合理經(jīng)濟解決問題的方法，是本實例工程成功的主要關(guān)鍵所在。另外，團隊組織設(shè)計人員深入現(xiàn)場進行反復(fù)勘查、分析原因，為確保施工質(zhì)量，現(xiàn)場派專門督導(dǎo)人員。2015年11月生產(chǎn)線重新投產(chǎn)，回轉(zhuǎn)窯運行至今，振動完全消除，加固工程取得圓滿的成果。

5 總結(jié)與展望

經(jīng)上述論述以及工程的實踐的需要，可對本文提出以下幾點展望與思考：

1）研究新的工藝生產(chǎn)技術(shù)，從生產(chǎn)流程上處理問題，設(shè)計著應(yīng)廣泛學(xué)習(xí)，設(shè)計中應(yīng)懂的相關(guān)專業(yè)的技術(shù)需要，加強交流，全面的考慮設(shè)計問題；

2）相關(guān)設(shè)計人員要多方案對比，參考以前的經(jīng)驗固然重要，但是每一個工程項目都是一個特殊工程，特殊問題特殊對待；

3）若是加固工程，則須查明結(jié)構(gòu)破壞的原因，以便用合理的方法應(yīng)對實際問題，切勿一概而論，急于進行施工；

4）施工時確保質(zhì)量，特別是樁基工程，隱蔽工程必須確?；炷翝矒v密實和做好驗收；

5）對問題工程進行檢測是研究工程出問題的主要難題，發(fā)展更為先進的檢測技術(shù)是非常有實際意義的。

[1]韓仲琦.我國水泥工業(yè)的發(fā)展新階段(上)[J]. 中國水泥,2012,12∶20-23.

[2]張波.大型回轉(zhuǎn)窯筒體的力學(xué)分析與計算[D].北方工業(yè)大學(xué),2012.

[3]閆東曉.水泥回轉(zhuǎn)窯托輪軸向受力的分析與檢測[D].武漢理工大學(xué),2010.

[4]朱國民,李元普.回轉(zhuǎn)窯振動的原因分析及處理方法[J].水泥,2016,01∶44-45.

[5]李志剛,賈慧芳,羅強,劉云郎.基于ANSYS的大型回轉(zhuǎn)窯及其支承件結(jié)構(gòu)分析[J].礦山機械,2014,04∶104-107.

[6]李恒剛.回轉(zhuǎn)窯設(shè)計轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速偏差的處理[J].水泥,2016,04∶63-64.

[7]趙龍.新型干法窯耐火磚砌筑常見問題的處理[J].水泥,2007,10∶47-50.

[8]喬斌,張凱博.2015年度石灰回轉(zhuǎn)窯技術(shù)發(fā)展報告[J].耐火與石灰,2016,01∶1-4.

[9]于國東.水泥回轉(zhuǎn)窯的維護和調(diào)整[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2016,10∶144.

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1007-6344（2017）01-0005-01

高懷玉 男，1985.06出生 ，中級工程師，工學(xué)碩士，現(xiàn)就職：南京恒海水泥工程設(shè)計有限公司

宋海武 男，教授級高級工程師

潘均強 男，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師