水泥廠建構筑物使用中存在的問題及應對措施

王兆明

建構筑物的主體結構設計使用年限為50年，它是以正常設計、正常施工、正常使用為前提條件的?！豆こ探Y構可靠性設計統一標準》中規定：為保證工程結構具有規定的可靠度，除應進行必要的設計計算外，還應對結構的材料性能、施工質量、使用和維護等進行相應的控制。也就是說，建筑物的正常安全使用，需要設計、施工、業主三方共同保證才能達到這個目標。然而，從水泥工廠投產后實際情況來看，業主一般對直接影響生產的機電設備比較重視，能夠做到及時檢修維護，但對建筑結構投產后存在的隱患關注不夠，從已經投產一定年限的水泥廠建筑物實際狀況來看，確實出現了一些因為使用不當或維修不及時引起結構損壞而影響建筑物安全甚至影響水泥廠正常生產的問題。

1 建構筑物使用中的問題及成因

1.1 由運行過程中的不利因素引起

（1）設備振動。水泥工廠振動設備較多，主要有磨機、破碎機、風機、電機、輥壓機、選粉機、篩分機等，數量多，分布廣。雖然設計中考慮了抗振動措施，但長期的運行，仍然會引起建筑物振動的加劇及局部結構損壞，嚴重時還會影響正常生產。振動設備分布與影響見表1。

（2）物料磨損。物料在傳遞、儲存、卸料過程中對結構產生不同程度的磨損，大粒徑、高硬度、快流速物料所產生的磨損更為嚴重。個別情況下物料直接沖擊結構構件，會引起結構快速損壞。物料磨損分布與影響見表2。

（3）高溫作用。原料進入高溫燒成系統煅燒成為熟料,高溫對設備自身及周圍結構產生巨大的溫度應力及熱輻射作用。高溫設備分布與影響見表3。

1.2 由自然因素引起

（1）氣候因素。因經受自然界光、風、霜、雨、雪、冰的襲擊以及空氣有害物質的侵蝕與氧化作用，外部構件會產生老化和風化，承載能力下降。例如木材的腐爛糟朽、磚瓦的風化、鋼結構的銹蝕、鋼筋混凝土的脹裂、塑料的老化等。

（2）災害因素。突發性的災害，如洪水、地震、滑坡、臺風、火災等所造成的損壞。

（3）地基因素。地基巖土因條件變化發生巖土特性改變，引起地基土承載力及壓縮模量的變化，導致房屋產生不均勻沉降。尤其是特殊地層，如巖溶、軟土、凍土、濕陷性黃土、膨脹土、回填土等巖土層，處理不當易發生地基問題。

表1 振動設備分布與影響

表2 物料磨損分布與影響

表3 高溫設備分布與影響

1.3 由人為因素引起

（1）使用不當。堆料變化：堆料高度或者物料容重增加等造成超載；改變房屋用途：辦公室改為庫房，導致荷載增加；結構構件增加外力：增加電葫蘆、吊掛件等；承載范圍改變：耐火磚未按指定位置放置、檢修時設備放置位置不當等；撞擊：結構受車輛等撞擊損壞。

（2）維護不當。有些建筑結構由于沒有適時地采取預防保養措施或者修理不夠及時，造成不應產生的損壞或提前損壞，以致發生房屋破損及安全事故，如鋼筋混凝土露筋、鋼結構銹蝕、門窗鉸鏈松動等類似需要日常維護的情況，所有這些若不及時維護，都可能釀成事故。

1.4 由偶然事故引起

偶然停電。例如，下大雨時，突然停電，可能會導致回轉窯彎曲，如不能及時發現問題而繼續運行，彎曲的回轉窯產生附加水平力，引起窯墩搖擺及滑移；煤自燃，對附近結構造成高溫損傷；邊坡巖土塌落、礦山豎井堵料塌落等情況，均會砸壞結構構件。

2 使用中的問題實例

2.1 輥磨、風機振動問題

輥磨因底座與基礎連接不牢，局部區域灌漿不實，導致磨體振動，引起地腳螺栓疲勞斷裂；風機二次澆注層較厚，因未設置連接插筋及鋼筋網等加強措施，在振動作用下混凝土澆注層碎裂。輥磨螺栓斷裂情況見圖1，風機基礎澆筑層破裂情況見圖2。

問題處理：（1）輥磨螺栓斷裂：采用對接焊及圓管套筒焊接修復斷裂螺栓，用鋼板將基座與基礎鋼筋連接牢固，所有空隙用高強無收縮灌漿料灌注密實；（2）風機澆注層破裂：打掉澆注層，增設插筋及鋼筋網，灌注密實。

應對措施：振動是這類設備的固有特性，關鍵是要做好結構振動設計方案及構造措施。對于輥磨振動，主要做好兩點，一是底座與基礎要牢固連接，二是底座與基礎間的空隙要灌注密實；對于風機振動，二次澆注層是薄弱環節，當澆注層較厚時，應設置插筋及鋼筋網，并灌注密實。

2.2 石灰石卸料倉、庫側卸料口磨損問題

卸料倉前壁防護鋼板，未做整板全面積防護，在卸料沖擊下邊角開裂、翹曲；庫側卸料口，在料壓作用下，物料與倉壁存在較大的摩擦力，物料的流動作用使得物料流動區域呈現扇形嚴重磨損。庫側卸料口磨損情況見圖3，卸料倉防護鋼板裂開情況見圖4。

問題處理：卸料倉防護鋼板裂開，拆除變形的鋼板，重新全面積設置耐磨厚鋼板，不留薄弱邊角；庫側卸料口磨損，增設鋼板防磨措施。

圖1 輥磨螺栓斷裂

圖2 風機基礎澆注層破裂

圖3 庫側卸料口磨損

圖4 卸料倉防護鋼板裂開

應對措施：有物料流動，就會有磨損，關鍵是如何做好防磨措施。對于卸料倉防護鋼板裂開，要做成全面積防護，不留薄弱邊角；對于庫側卸料口磨損，要在物料流動區域，全面積設置防磨措施。另外，從筒倉結構安全考慮，特別是高細筒倉，不宜在庫側開卸料口。

2.3 回轉窯、篦冷機高溫問題

窯墩在回轉窯高溫輻射下表面出現裂縫；篦冷機基礎支柱在其底座熱膨脹力作用下劈裂。窯墩表面開裂見圖5，篦冷機支柱劈裂見圖6。

問題處理：窯墩表面開裂一般不影響結構安全，對裂縫進行封閉處理即可；篦冷機基礎支柱劈裂，需進行加固處理，處理后要適應篦冷機底座脹縮的變化。

應對措施：窯墩要增大水平鋼筋抗裂能力，減小水平鋼筋間距；篦冷機支柱與篦冷機底座的連接構造要適應熱脹冷縮，要考慮溫度變化引起的脹縮力的影響。

2.4 止水帶、混凝土耐久性問題

熟料出料地溝伸縮縫側壁止水帶因老化破裂漏水；筒倉混凝土表面混凝土老化出現縱橫不規則裂縫。止水帶老化漏水見圖7，混凝土老化開裂見圖8。

問題處理：止水帶漏水處理由專業堵漏公司完成堵漏方案并實施，主要措施為注漿、填塞、外防水等；筒倉混凝土表面老化裂縫，需進行鑒定。經鑒定未影響到結構安全時，對較大裂縫進行封閉，觀察使用；影響到結構安全時，需進行加固處理。

應對措施：對于耐久性問題，除了設計、施工要有針對性的措施外，使用中也要按照使用要求，定期檢查，正常維護，及時維修，并按照使用年限要求及時更換。

2.5 車輛碰撞問題

網架及鋼支架桿件被運輸貨車撞擊彎曲。網架桿件被撞彎曲情況見圖9，鋼支架被撞彎曲見圖10。

圖5 窯墩表面開裂

圖6 篦冷機支柱劈裂

圖7 止水帶老化漏水

圖8 混凝土老化開裂

圖9 網架桿件被撞彎曲

圖10 鋼支架被撞彎曲

問題處理：替換受損構件，必要時增設防撞措施。

應對措施：除了使用中的車輛要注意躲避結構，避免碰撞外，設計上也要留有足夠的運行使用空間，設置必要的防撞措施。

2.6 回轉窯因下雨停電彎曲、煤自燃偶然事故

回轉窯因下雨停電彎曲問題：回轉窯在運轉過程中，突遇大雨，正趕上停電。電力恢復后，繼續運轉，發現窯墩來回擺動，窯墩底部同時出現滑移。經檢查，窯墩來回擺動并滑移的原因是由于回轉窯已經發生了彎曲，從而對窯托輪產生了很大的周期性水平推力。聯合儲庫角區煤堆長期堆積，導致煤自燃。二號窯墩擺動加固見圖11，煤自燃見圖12。

問題處理：窯墩擺動問題：將窯調直，基礎下注漿并加大基礎底板，增設抗滑鍵。煤自燃問題：需對結構進行受損檢查，根據檢查情況進行結構處理。同時，清除角區長期積壓的煤堆，對于處在死角的煤堆可填土替代。

應對措施：對于回轉窯問題，一旦出現意外，要及時停窯檢查，發現彎曲，及時調直；對于煤自燃問題，關鍵是要避免煤堆的長期積壓。

3 結構使用問題控制措施

圖11 二號窯墩擺動加固

圖12 煤自燃

（1）設計措施。對振動、磨損、高溫、耐久性等問題，設計時在結構計算、構造措施中要充分考慮。例如，《水泥工廠設計規范》中規定，“長期處于磨損工作狀態下的結構構件，應采取抗磨損措施，且結構層外應單獨設置耐磨層，同時應對耐磨層進行每年一次的定期檢查”。因此，對于文中提到的不利因素，結構設計要采取必要的措施，確保在預期年限內正常使用，并針對使用中的注意事項，向業主提供建構筑物統一的使用說明。

（2）施工措施。對工程施工難點，要制定針對性的施工方案，采取必要的質量保證措施，不留結構施工隱患。對于施工難度大、工序復雜、受人為因素影響大等施工工程，諸如：回填土及特殊地基處理、樁端持力層施工及檢驗、鋼筋密集構件施工、筒倉滑?；炷临|量控制、高溫或嚴寒等特殊施工條件的質量控制等，要給予重點控制，做好專項施工組織方案編制及實施。

（3）使用措施。使用中要遵循不超載使用、不改變使用功能、不隨意拆改等使用要求，同時重點做好以下工作：（1）日常檢查，主要目的是了解房屋狀況，及時發現房屋存在的陷患，以便采取搶修加固措施，排除險情。（2）正常維護，分為計劃維護與強制維護。計劃維護是依據使用年限對必須維護、更換的結構及材料進行維護，如：油漆、涂料、易損構件及材料等；強制維護是對日常檢查中發現的需要盡快處理的結構安全隱患進行維護，必要時進行鑒定加固。

總之，工程中的一些隱患將會在使用過程中逐步暴露出來，例如設計及施工隱患、生產運行中的不利因素不斷對結構產生損害、構件不斷老化、結構材料性能降低等均可能在使用中引發結構問題，但出現問題的時間不可預知，因此投產使用后對建筑結構使用安全狀況的檢查至關重要，必須掌控不同時期的結構狀況，做到定期檢查、正確評估、正常維護、及時維修?！?/p>