垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

荊偉 山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司

1 前言

近年來我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民的生活水平也不斷提高，這就意味著生活垃圾的產(chǎn)量逐年增加。根據(jù)詳細(xì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城市生活垃圾的清運(yùn)量，從2012年的17080.9萬噸增加到了2018年的22801.8萬噸，年復(fù)合增長率為5.95%。目前各地政府對建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠，如何實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電的無害化、減量化和資源化成為現(xiàn)在的難題。垃圾焚燒發(fā)電將逐漸取代占用大量土地的垃圾填埋處理法，垃圾焚燒發(fā)電帶來的大氣污染物排放也越來越大，對垃圾焚燒發(fā)電廠的監(jiān)管也將面臨新的監(jiān)管問題。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠的設(shè)計(jì)

2.1 布局設(shè)計(jì)

垃圾焚燒發(fā)電廠作為一項(xiàng)工業(yè)建筑，生產(chǎn)工藝、機(jī)械設(shè)備會影響其工業(yè)建筑布局，在布局設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮生產(chǎn)功能，確定各功能區(qū)關(guān)系，按照生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)設(shè)備布局情況，結(jié)合通風(fēng)、采光等要素，開展平面布局設(shè)計(jì)。針對生活垃圾焚燒發(fā)電廠，通常需采取四列式布置的方式，對控制室進(jìn)行橫向布置，通過布局設(shè)計(jì)，確保焚燒發(fā)電的功能性。

2.2 造型設(shè)計(jì)

在滿足工藝設(shè)計(jì)的要求基礎(chǔ)上，還需滿足工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，例如焚燒鍋爐設(shè)備，需控制高度，一般超過45m以上。垃圾儲備間需控制好抓斗起重機(jī)安裝高度，一般超過35m，而煙氣凈化間需達(dá)到30m以上。

由于高度不一，需要合理布局，充分結(jié)合地域文化特點(diǎn)，還需考慮焚燒發(fā)電廠的科技感，注重環(huán)保理念，在滿足各功能區(qū)的要求下，充分設(shè)計(jì)建筑造型，屋面設(shè)計(jì)可選擇弧形屋面方式，高度一般采取自然過渡方式，呈變化韻律、曲線，呈現(xiàn)一種綠色美觀的造型效果。

2.3 立面設(shè)計(jì)

在城市建設(shè)中，生活垃圾焚燒發(fā)電廠一般在郊區(qū)周邊進(jìn)行設(shè)置，交通較為通暢，遠(yuǎn)離居民區(qū)，環(huán)境也較為優(yōu)美。所以，進(jìn)行立面設(shè)計(jì)，必須結(jié)合周邊環(huán)境因素，將立面與周邊環(huán)境相融合，可采取綠色環(huán)保和自然清新的建筑形象，屋面弧形也可采取綠色造型，突出工業(yè)建筑的美感和韻律。立面設(shè)計(jì)可采取藍(lán)色橫向波紋、玻璃幕墻等方式，與綠色襯托。

3 垃圾焚燒發(fā)電廠面臨的監(jiān)管問題

3.1 行業(yè)準(zhǔn)入門檻不統(tǒng)一，焚燒發(fā)電技術(shù)參差不齊

目前我國和一些發(fā)達(dá)國家相比，垃圾焚燒技術(shù)還是相對比較落后，主要是以“來什么燒什么”的原則，將各種不同類型的垃圾混合在一起進(jìn)行焚燒。由于建設(shè)垃圾發(fā)電廠收益穩(wěn)定、空間較大，同時(shí)由于剛開始國家對焚燒發(fā)電企業(yè)準(zhǔn)入門檻不統(tǒng)一，導(dǎo)致部分民營企業(yè)為拿到國家大額電價(jià)補(bǔ)貼而匆匆上馬，這部分發(fā)電廠毫無社會責(zé)任，焚燒技術(shù)落后，資質(zhì)人員不夠，造成違規(guī)操作和違法排放時(shí)有發(fā)生，如果像一般企業(yè)進(jìn)行停產(chǎn)整治甚至關(guān)停，城市每天上千上萬的生活垃圾該如何處理，給監(jiān)管部門帶來很大難題。

3.2 企業(yè)環(huán)保意識不強(qiáng)，追逐利益最大化

利益最大化是企業(yè)的本質(zhì)，環(huán)境保護(hù)意識不強(qiáng)，社會責(zé)任感不強(qiáng)，為了本企業(yè)利益、不惜以犧牲環(huán)境為代價(jià)來換取局部的眼前利益；同時(shí)，企業(yè)的違法成本低、守法成本高；企業(yè)治污設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行成本高，由于規(guī)模和技術(shù)限制等因素，污染治理成本已遠(yuǎn)高于其可能獲得的經(jīng)濟(jì)效益，這種情況下，少數(shù)企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，追求高利潤，污染設(shè)施雖然建成但卻不能很好運(yùn)行，污染嚴(yán)重的企業(yè)就會通過交罰款的形式繼續(xù)排放廢物、污染環(huán)境。在這種怪圈下，執(zhí)法不斷，罰款不斷，但排污不止。

4 垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主廠房由于工藝布置及建筑造型要求，在平面上存在長度較大、突出部分較多、樓板大開洞、局部錯層、樓板不連續(xù)等諸多不規(guī)則問題；在立面上存在高度相差較大、局部收進(jìn)尺寸較大等問題；另外工藝設(shè)備布置錯綜復(fù)雜，各樓層荷載相差較大，因此綜合考慮以上因素卸料大廳與垃圾池在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為一個整體，該部分采用適應(yīng)性強(qiáng)的鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)：垃圾池兼為剪力墻，作為抗震設(shè)防的第一道防線；框排架部分為第二道防線，屋面采用網(wǎng)架或者管桁架，從而使結(jié)構(gòu)體系做到剛?cè)岵?jì)、多道設(shè)防。樓板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)；垃圾池為現(xiàn)澆鋼筋混凝土池，與主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆。

4.1 垃圾池本體模型計(jì)算簡化

通過對國內(nèi)已運(yùn)營垃圾焚燒發(fā)電廠的調(diào)研分析，目前我國很多電廠普遍存在垃圾堆放時(shí)間長、垃圾處理不及時(shí)以及垃圾堆載高度過高的問題。國內(nèi)垃圾分類正在起步階段，現(xiàn)階段的垃圾發(fā)電廠接收的生活垃圾含水量較大，尤其是卸料平臺標(biāo)高以下的垃圾含液體比例較高。側(cè)壓力的大小對垃圾焚燒發(fā)電主廠房結(jié)構(gòu)安全性以及經(jīng)濟(jì)性影響較大。因此，在進(jìn)行垃圾池部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮垃圾種類、垃圾的力學(xué)特性、垃圾的側(cè)壓力系數(shù)、垃圾的側(cè)壓力分布情況、土壓力的分布情況等問題，對結(jié)構(gòu)在垃圾池側(cè)向荷載作用下的受力情況進(jìn)行合理簡化，提高垃圾池結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

根據(jù)文獻(xiàn)的要求，垃圾池荷載可按滿水容積，水密度按10kN/m3進(jìn)行計(jì)算。本工程考慮了垃圾池事故工況即滿水工況，并將事故工況標(biāo)高取至卸料平臺8m標(biāo)高位置。底板至垃圾料斗高度范圍內(nèi)垃圾荷載可分為四段，垃圾池底部垃圾的側(cè)壓力最大值達(dá)到152kN/m2。在垃圾池側(cè)壁及扶壁柱進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)將垃圾堆載按照自定義工況的活荷載考慮：整體計(jì)算時(shí)將垃圾池荷載以柱側(cè)線荷載的形式輸入到垃圾池周圍的扶壁柱上，保證有效的荷載傳遞路徑以及扶壁柱的剛度和承載力。在按照單獨(dú)構(gòu)件計(jì)算時(shí)，首先取沿垃圾池高度分布的1m寬連續(xù)單向板帶進(jìn)行垃圾池側(cè)壁的設(shè)計(jì)；因?yàn)樵诤笃谶\(yùn)營時(shí)，地面以下的垃圾池部分的池外填土?xí)窒糠掷貍?cè)推力，因此與土體直接相鄰的地下部分外墻的配筋設(shè)計(jì)需要按照以下兩種工況進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)：①運(yùn)行前即池外有土，池內(nèi)無垃圾的工況；②運(yùn)行時(shí)池外有土、池內(nèi)有垃圾的工況。同時(shí)，結(jié)合各個樓層標(biāo)高，設(shè)置了垃圾池側(cè)壁環(huán)梁，環(huán)梁按照沿著垃圾池長度方向的連續(xù)梁計(jì)算，設(shè)置環(huán)梁可以和扶壁柱共同分擔(dān)垃圾池側(cè)向壓力，并增強(qiáng)垃圾池整體剛度，減小垃圾池的水平變形。側(cè)壁及環(huán)梁設(shè)計(jì)時(shí)按照裂縫控制配筋，裂縫寬度按照文獻(xiàn)的規(guī)定取0.15mm。

垃圾池和主體結(jié)構(gòu)存在依存關(guān)系，可對周圍相連接構(gòu)件采取一定的構(gòu)造措施來保證垃圾池的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定，本項(xiàng)目采取了以下措施：適當(dāng)提高垃圾池側(cè)壁的配筋率，采用細(xì)而密的配筋原則，為增加扶壁柱的抗剪切承載力儲備，扶壁柱箍筋進(jìn)行全高加密；垃圾池的水平推力會傳遞到周圍框架中去，將與垃圾池直接相連的梁的抗扭鋼筋14，增加梁的抗扭能力；和垃圾池周圍相連的樓板作為水平抗側(cè)力體系的重要部分，要求設(shè)備層樓板厚度為150mm，卸料平臺樓板厚度為200mm，且采用雙層雙向配筋，并適當(dāng)提高配筋率，控制裂縫寬度不超過0.3mm，提高其抗剪切變形的能力。

4.2 垃圾池防滲抗裂措施

垃圾間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境按強(qiáng)腐蝕性氣態(tài)及液態(tài)介質(zhì)考慮。垃圾池的功能特性要求其具有良好的防水、抗?jié)B性能，而垃圾池混凝土澆筑體量大，設(shè)計(jì)及施工中必須采取有效措施減少裂縫防止?jié)B漏。根據(jù)文獻(xiàn)的要求，由于設(shè)置伸縮縫會帶來更為嚴(yán)重的垃圾池滲漏風(fēng)險(xiǎn)，因此在進(jìn)行垃圾池部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)設(shè)置永久變形縫，當(dāng)垃圾池平面長度超過規(guī)范的限值時(shí)，應(yīng)采取設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶、后澆帶等合理措施解決非荷載作用對垃圾池帶來的收縮開裂等不利影響。垃圾池底板在施工通常采用后澆帶技術(shù)，但后澆帶混凝土極易干縮，在新老混凝土連接處產(chǎn)生裂縫，且施工周期較長，易產(chǎn)生滲漏等質(zhì)量問題。

垃圾池底板設(shè)計(jì)時(shí)采用C40補(bǔ)償收縮防水混凝土澆筑，抗?jié)B等級為P8，沿垃圾池長度方向共設(shè)置兩道膨脹加強(qiáng)帶，膨脹加強(qiáng)帶采用C45膨脹混凝土澆筑，通過此方法不僅提高了連續(xù)澆筑混凝土的密實(shí)度，也增強(qiáng)了混凝土的防滲、抗裂性能，同時(shí)大大縮短了施工工期，實(shí)現(xiàn)超長混凝土結(jié)構(gòu)的無縫施工技術(shù)。補(bǔ)償收縮混凝土在配比時(shí)要求水泥中鋁酸三鈣（C3A）含量不宜大于8%，堿含量應(yīng)小于0.6%，且骨料中嚴(yán)禁摻入影響混凝土性能的有害物質(zhì)。冬期施工時(shí)，不得含有冰雪等物；泵送混凝土骨料最大粒徑不應(yīng)大于輸送管徑1/4。

膨脹加強(qiáng)帶的帶寬2000mm，帶內(nèi)采用C45膨脹混凝土進(jìn)行澆筑。為防止外側(cè)混凝土流入加強(qiáng)帶內(nèi)部，在膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)鋪設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，筏板內(nèi)鋼筋需連續(xù)設(shè)置，筏板上下需各附加10@150的鋼筋，鋼筋長度要求為帶寬及兩側(cè)各外擴(kuò)500mm。澆筑膨脹加強(qiáng)帶混凝土?xí)r的環(huán)境溫度控制在日平均氣溫10℃，澆筑膨脹加強(qiáng)帶混凝土保水養(yǎng)護(hù)不少于28d，并且待膨脹加強(qiáng)帶混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，以上方可拆除本跨模板。通過在混凝土中摻入防腐蝕抗?jié)B復(fù)合型防水劑和必要的施工控制措施，可以減少施工縫的數(shù)量，在防滲性能上也起到了很好的補(bǔ)充效果。

為防止垃圾池側(cè)壁在薄弱部位發(fā)生滲漏，對卸料平臺標(biāo)高及以下的垃圾池側(cè)壁的施工縫位置，要求止水鋼板材質(zhì)為316L不銹鋼，使用不銹鋼材質(zhì)可以避免垃圾及滲瀝液對止水鋼板造成腐蝕，進(jìn)而沿著纖維縫隙滲出池體，帶來環(huán)境污染問題；此外，對用于固定垃圾池側(cè)壁模板的專用止水對拉螺栓端頭要求嚴(yán)格按照下列步驟進(jìn)行處理，首先將兩側(cè)的對拉螺栓端頭切除，需控制進(jìn)入混凝土面內(nèi)的切除深度在1cm~1.5cm范圍內(nèi)，并且不能暴露垃圾池側(cè)壁鋼筋，然后用環(huán)氧膠泥將切除的豁口部位找平，最后按照建筑專業(yè)相關(guān)圖紙要求進(jìn)行防腐層、防水層的施工。

5 結(jié)束語

實(shí)際運(yùn)營時(shí)垃圾池承受的垃圾水平荷載巨大，一旦發(fā)生事故再去補(bǔ)救困難很大，因此必須在設(shè)計(jì)階段給予重視，需要對垃圾荷載的垂直分布規(guī)律進(jìn)行研究和合理簡化分析。本文在總結(jié)以往實(shí)際工程的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合具體工程給出了垃圾荷載的取值方法和構(gòu)造措施，通過采取有效的技術(shù)手段，可確保垃圾池具有一定的安全可靠度，能夠保障垃圾電廠的后期平穩(wěn)順利運(yùn)行。