垃圾焚燒發(fā)電主廠房結構設計關鍵問題探討

孫 亞 民

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

1 概述

生活垃圾焚燒發(fā)電作為城市生活垃圾無害化處理的手段，近些年在國內(nèi)得到了廣泛的應用，國內(nèi)各大中城市均有建成或在建的垃圾焚燒發(fā)電廠項目。隨著處理規(guī)模的提升，對主廠房規(guī)模的要求也越來越大，這就給結構專業(yè)帶來如垃圾倉超長無縫設計、垃圾車荷載取值等一系列問題，需要結構工程師去解決。

2 垃圾倉超長無縫問題

因為工藝流程的要求，垃圾倉不能采用多個獨立倉體設縫的辦法，也不能在倉體中間設置柔性伸縮縫，只能采取措施控制混凝土的干縮裂縫和溫度應力。混凝土的干縮裂縫和溫度裂縫主要出現(xiàn)在施工養(yǎng)護階段和使用運行階段。

在施工養(yǎng)護階段可以采用的方法：一種是工程上常用的設置后澆帶法，優(yōu)點是施工簡單，工程經(jīng)驗很多，效果明顯，但因為要分兩次澆筑，且間隔時間較長，對工期的影響較大，尤其是對施工階段降水工作量大且難度較高的工程影響會更大，并且如后澆帶處施工縫處理不好反而容易成為滲漏點；另一種是近些年應用較多的膨脹加強帶法，做法與后澆帶大致相同，只是在整體結構相關部位采用補償收縮混凝土澆筑，同時加強帶部位采用強度和膨脹量均高一級的補償收縮混凝土，并設置一定數(shù)量的附加加強鋼筋，加強帶的施工方式分為連續(xù)式、間歇式、后澆式三種，連續(xù)式做法優(yōu)點是整層同時連續(xù)澆筑施工，不影響工期，后澆式則同時兼具了后澆帶和膨脹加強帶做法的效果，適用于長度較長且施工條件較差的情況，間歇式介于連續(xù)式和后澆式之間。

山東某項目的垃圾倉(包括端部框架)總長度約為120 m，地下水較高，采用均布的兩條后澆帶施工方案，該項目雖然地處北方，但在施工過程中及投入運營以來，未見明顯的裂縫。有項目采用的膨脹加強帶施工方案，也取得了成功。

對后澆帶還是加強帶的選擇應該根據(jù)具體的工程情況，如對工期的考慮，地下水是否要降水及降水難度，垃圾倉長度，工程所在地自然環(huán)境，施工隊伍素質等多方面綜合考慮。

而在使用運營階段，因垃圾倉沒有設置永久的柔性伸縮縫，因此無論是采用后澆帶還是加強帶，此時垃圾倉已經(jīng)成為一個整體，要有效減小垃圾倉因環(huán)境溫差變化而產(chǎn)生的溫度應力和裂縫，最有效的辦法是減小垃圾倉的環(huán)境溫差，可以在設計、施工及使用階段，加強主廠房的外墻保溫效果，盡量減小廠房內(nèi)的溫差，不使垃圾倉產(chǎn)生超過規(guī)范的溫度應力和裂縫。

3 卸料平臺車輛荷載確定的問題

卸料平臺作為垃圾運輸車輛向垃圾倉內(nèi)傾倒垃圾的場所，一般面積較大，同時車輛在此要進行轉彎、掉頭等一系列操作，因此行車方向和位置都是隨機的，不能在設計時進行預估；這就涉及到如何在進行平臺結構設計時準確估計設計荷載。

GB 50009—2012建筑結構荷載規(guī)范(以下簡稱《荷載規(guī)范》)關于樓蓋車輛等效均布活載的規(guī)定中，只規(guī)定了客車(小于9人)和消防車(小于30 t)兩種車型的均布荷載，對單向板樓蓋(板跨不小于2 m)和雙向板樓蓋(板跨不小于3 m×3 m)分別取4.0 kN/m2和35 kN/m2，對雙向板或無梁樓蓋(不小于6 m×6 m)分別取2.5 kN/m2和20 kN/m2。

行業(yè)規(guī)范CJJ 90—2009生活垃圾焚燒處理工程技術規(guī)范(以下簡稱《垃圾規(guī)范》)中對垃圾卸料平臺的荷載取值規(guī)定為15 kN/m2～20 kN/m2，但注明只適用于初步設計估算，在施工圖詳細設計時，應根據(jù)實際的垃圾運輸車輛的最大荷載按照最不利分布和組合計算。

歐洲規(guī)范中關于車庫及上車平臺荷載的規(guī)定收錄于關于結構荷載規(guī)定部分Eurocode 1: Action on structures。規(guī)范中規(guī)定車庫及上車平臺區(qū)域根據(jù)具體車輛類型和用途分為兩類，F(xiàn)類和G類，詳見表1。

表1 上車平臺分類

結構同時按照單軸集中荷載和滿鋪均布荷載的荷載模型進行計算，單軸集中荷載大小為Qk，相關尺寸要求見圖1，均布荷載大小為qk，關于Qk和qk的取值見表2。

單軸集中荷載Qk應布置在使結構產(chǎn)生最不利作用效應的所有可能位置。

類F類區(qū)域a為100 mm，對G類區(qū)域a為200 mm。

表2 上車平臺荷載取值

由上可以看出，《荷載規(guī)范》對等效均布荷載的規(guī)定與車輛荷載、板跨度、板受力形式均有關系，相對較為詳細，但是車輛類型單一，對于超過30 t的車輛等效均布荷載沒有規(guī)定，與垃圾運輸車且噸位時常超過30 t的實際情況均不符合。而《垃圾規(guī)范》的規(guī)定則相對籠統(tǒng)，沒有對板受力形式、板跨進行規(guī)定，也沒有規(guī)定車輛的噸位，因此《垃圾規(guī)范》的均布荷載規(guī)定僅適用于初步設計的規(guī)范，不宜用于施工圖階段的設計，否則可能引起較大的誤差。《歐洲規(guī)范》對車輛荷載分別取分布荷載和集中荷載進行驗算，能夠反映車輛對平臺結構的實際作用，相對較為合理，但規(guī)范中僅規(guī)定了總重16 t以下車輛的荷載取值，且考慮到歐洲規(guī)范與中國規(guī)范之間材料及荷載分項系數(shù)、梁柱折減系數(shù)等均不相同，該規(guī)定不能作為中國設計項目的直接依據(jù)，僅能作為參考。

實際設計中垃圾車輛荷載可以采用集中荷載或等效均布荷載或兩種方式同時進行計算。

1)集中荷載，依據(jù)垃圾車樣本將車輛總重分別集中在前、后軸共4個點集中荷載(對個別大噸位車輛可按前、中、后軸共6個點集中荷載進行簡化)，每個點荷載著地面積可取輪胎著地面積并考慮面層的荷載擴散作用，前、后軸間距及輪距依據(jù)垃圾車樣本確定，將4點集中荷載分別針對板、次梁、主梁進行單車或多車的最不利布置。當進行多車布置時應考慮車輛橫向及縱向最小凈距。

2)均布荷載，可采取滿布均布荷載進行計算，該均布荷載為垃圾車的等效均布荷載，其確定可根據(jù)GB 50009—2012建筑結構荷載規(guī)范附錄C提供的方法計算；這里的“等效”指效應相等，在結構設計控制部位，將復雜荷載或無規(guī)律分布荷載，根據(jù)其荷載效應與“假想的均布荷載”效應相等的原則來確定這一“假想均布荷載”的具體數(shù)值，其中“假想均布荷載”就是等效均布荷載，一般情況下可按內(nèi)力相等的原則確定。但這里的等效一定是針對某個特殊的效應(如跨中彎矩，跨端剪力等)進行，效應不同時，等效均布荷載的數(shù)值也不同。有研究表明，對于大型車輛，樓板采用等效均布活荷載計算與按車輛實際輪壓荷載分布情況進行計算其結果相近，但梁、柱和基礎若按等效均布活荷載計算的內(nèi)力較按車輛實際輪壓荷載進行計算的內(nèi)力大，尤其是基礎會大很多。因此為避免設計上的較大浪費，在進行樓板計算時采用等效均布活荷載進行計算，在進行梁、柱計算時，應按《荷載規(guī)范》的相關條文對荷載進行折減，在進行基礎計算時可直接取車輛的平均荷載，即車輛總重與車輛占地面積的比值。

4 結語

本文對垃圾焚燒發(fā)電主廠房結構設計中經(jīng)常會遇到的問題進行了探討，根據(jù)多個類似工程的設計經(jīng)驗，同時結合資料與規(guī)范，對上述問題提出了建議解決方案。

[1] GB 50009—2012,建筑結構荷載規(guī)范[S].

[2] CJJ 90—2009,生活垃圾焚燒處理工程技術規(guī)范[S].

[3] GB 50010—2010,混凝土結構設計規(guī)范[S].

[4] Eurocode 1: Action on structures[S].

[5] 王文棟.混凝土結構構造手冊[M].第5版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016.

[6] 朱丙寅.建筑結構設計問答及分析[M].北京：中國建筑出版社,2009.

[7] 卞 文.大型車輛設計荷載取值探討[J].結構工程師,2004,20(6):1-5.

[8] 高宗瑞.湖州垃圾焚燒發(fā)電工程結構設計[J].建筑結構,2009,39(3):69-71.