談論水泥廠結構設計

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隨著我國經濟社會的不斷發展，大規模的基礎設施建設刺激我國的水泥產業迎來了一個飛躍發展的良好時間，再加上一些小規模的水泥生產企業進行擴改建，以及新的生產工藝的改進給水泥行業設計者們提出了更高的要求。在水泥廠施工圖設計工作結束后，開始開工建設，參與結構設計的人員會根據業主單位和施工單位的需要進駐到施工現場，設計人員將會經歷從基礎工程開始到整個主體工程的完工和生產設備的安裝。這個過程經歷的周期比較長，設計人員對施工過程會有比較全面的了解，同時，設計人員具有成熟的專業理論與實踐，能在施工過程中發現工程建設中存在的種種問題。而有些問題如果在結構設計階段引起重視，就可以在施工階段把這些問題避免掉。下面筆者就多年來參與的一些水泥廠駐場項目的角度，談一談自己基于駐場服務方面的一些見解。

1結構設計應更加協調

通過駐場的一些工作經歷，筆者發現，如果設計工作各個專業或者同一專業不同專項之間配合更加規范和嚴謹，就會避免由于前期設計不合理對后續施工造成的一些負面影響。由于水泥廠建設項目不管是從投入的資金量還是工程建設的規模都屬于大項目，這些原因導致項目在很多時候都處于邊設計邊定貨的狀態。在項目的施工過程中，由于結構方面產生的變更非常多，施工單位一般都希望盡早完工，在業主單位又催得比較緊的情況下，生產工藝以及建筑和其它的上游專業領域也會出現非常頻繁的變更，這給結構專業制造了很多的設計變更。如果稍不留意或者結構設計人員不及時處理，將會造成遺漏變更或者所做的變更會與參與設計的其他專業所做的一些資料和變更有出入；除此以外，通過駐場服務筆者發現，參與結構專業的技術人員應該適當地掌握一些設計領域其他專業的一些基本知識。只有這樣在結構設計過程中才能夠做到心中有數，在某些特殊的情況下，結構設計人員還可以在做到在不影響其他的專業人員進行本專業的設計工作的前提下，對相關專業的某些設計方案提出一些有利于結構設計的修改意見。舉個例子：生產設備中水泥磨的鋼煙囪消音器其自身并不能承受自身的重量，所以在設計工作中考慮到這個問題需要額外的設計落地鋼支架來支撐，如果在設計過程中設計人員通過相關專業的設計人員商量改為通過加強消音器本身的強度改變消音器的結構來解決結構不能承受自重和鋼煙囪的重量的問題，通過以上的處理不但節省工程量而且可以減少工程設計量。再比如如果設計人員中的生產工藝專業人員提供的風管支撐點位置不夠合適或者支撐點的數量偏少，會導致風管變形甚至下塌，在設計過程中如果通過生產工藝專業與結構設計專業人員的積極配合，同時采用結構專業合理的建議，在適當風管位置增加支撐點，就可以阻止風管的進一步變形。

2結構設計存在的問題

通過大量的駐場服務，筆者發現結構設計方面存在的一些不足之處也會導致施工中出現問題。比如混凝土部分的地上結構部分，隨著我國建筑科研人員和建筑設計人員不斷進行科學研究和設計實踐，我國地上結構部分的工作已經十分成熟。在水泥廠的設計工作中有一個問題是很多水泥廠工程建設都會發生，那就是在預埋件與預留孔洞的位置上的誤差和大小的準確性。這點問題反映出結構設計人員在設計工作中存在問題，是由結構設計人員在設計工作中對細小的問題不重視造成的。然而恰恰是由于這些結構設計人員細小失誤給施工帶來很多麻煩：例如會導致很多水泥廠在施工中大量地補設埋件，這樣會給甲方帶來一定的經濟損失也會給施工單位的施工工作帶來很多的困難與阻礙。由于整個結構的轉換層上、下板的厚度均為200mlTl。在設計過程中應該加強轉換梁與中筒的連接，這是因為水泥廠的結構轉換梁與中筒連接處負彎矩比較大，同時鋼筋的錨固構造也存在著問題。轉換梁的斷面與簡體壁厚也顯得不協調，因為簡體的壁厚達到500TTIITI。由于以上原因的存在，在轉換層的高度范圍內的簡體設置鋼筋混凝土箍，目的是加強轉換梁與簡體的連接。水泥廠建設中鋼結構采用得比較多，鋼結構與混凝土結構的連接也比較多，而這兩種結構因為在性質上的差別，相互之間的連接也應該以滑動或鉸接連接為主。如果沒有特別傳遞力的需要，應盡量避免采用剛接，否則會給結構安全帶來負面影響。如某水泥廠黃料庫與熟料鏈斗機由于施工的原因最開始是剛接的，結果鏈斗機啟動時黃料庫有輕微的搖晃，后來經復核驗算后將剛接改成了滑動連接，問題就得到了解決。

1)基礎部分的問題由于各工程的地質條件比較復雜和在動力設備基礎設計上的經驗不足(我國在動力設備基礎設計研究方面遠遠落后于其他發達國家)，所以在水泥廠的動力設備基礎施工階段出現的問題比較突出。在某些施工現場，水塔在施工完成后還未投入使用便產生了比較嚴重的傾斜，雖然傾斜的原因沒有確切的定論但水泥攪拌樁的使用是可以改進的：按照地基基礎處理規范的要求，通常設計的水泥攪拌樁與建筑基礎底面之間都是采用砂墊層(在同一工程的塔吊基礎和風機基礎采用的砂墊層也均出現了不同程度的不均勻沉降現象)，但由于各個現場的降雨量不同，地下水的豐富程度各有不同，因此級配不明、顆粒過細的砂墊層在地下水或雨水很豐富的地方就不適用了。因為在這種情況下不排除有由于地下水或雨水沖刷帶走部分砂子使基礎產生不均勻沉降或傾斜的可能性，但如果可以把砂墊層改為夯實的級配砂石層，應該可以避免該種可能性的發生。由于我國在動力設備基礎的設計上計算模式并不很完善，因此在水泥廠風機基礎設計上容易出現問題。從我們現場服務所遇到的問題來看，動力設備基礎的設計應該注意以下幾個問題：盡量讓基礎形心、設備重心、動力作用點與基礎截面型心重合；基礎配重一定要足夠；承受同一設備的軸承座應該放在同一基礎平面上，由于基礎的自振周期對震動的影響比較大，在設計中應采取措施盡量避免共振現象的發生。

平時在水泥廠結構設計中，結構設計人員除了應該重視對結構強度的計算外，還應該對結構在正常使用狀態下設備使用對構筑物的要求方面有足夠的重視。譬如在某廠窯中的設計中，由于窯高度較高，在滿足結構強度的條件下如果缺少對剛度的考慮，將導致在回轉窯啟動瞬間人能感覺到較明顯的搖晃，在出現這種情況時，可以通過沿晃動方向加設兩道剪力墻來控制上部基礎的位移，通過在樁基承臺兩邊加設兩塊混凝土配重塊來控制樁頂位移，以妥善解決窯中的搖晃問題。因此在以后的設計中我們還應加強設備使用對構筑物的要求方面的考慮和計算。由于每個水泥廠所處的地質條件及環境各不相同，因此在基礎設計中應充分考慮現場的特殊情況，不能一概而論。譬如某廠有一段皮帶廊結構的支撐體系，施工放樣時發現正好處于一魚塘之中，因此設計人員在現場處理時應對這一特殊情況進行充分的考慮，給出對基礎下持力層一個合理的處理方案，否則如果施工單位對基礎未及時進行回填或回填不夠，加上皮帶廊高度很高，在拆模后皮帶運行時勢必導致支架出現比較明顯的搖晃現象，而如果前期采用毛石砌筑圍墻進行回填，搖晃現象可以排除。可見基礎的正確處理及回填對上部結構的穩定性是很重要的。同時回填土也必須進行預壓或其他有效處理后才能作為地基持力層使用，否則會產生較為嚴重的后果。如在某水泥廠的施工過程中，在某一回填土區域修建破碎站，由于施工單位沒有對破碎平臺的地基進行及時地有效預壓，致使破碎站施工時平臺地面出現大面積裂縫，而位于平臺上的控制室受到影響也發生了嚴重沉降，且該控制室位于擋墻邊上，由于泄水孔帶走基底泥沙，使控制室不均勻沉降加劇，無法正常使用必須改址重建，損失很大。因此對于建筑物地基的處理每個結構設計人員都應結合現場所遇到的客觀情況給予足夠的重視。

2)地基的問題如果遇到不良地基，比如淤泥質土、軟土區域，或者其它加載后沉降過大的區域，在這種地基上建設堆棚等大面積堆載型場地，就必須對地基進行相應處理，比如在堆載區域打攪拌樁、旋噴樁，或者進行堆載預壓等，如果不進行這樣的處理，就會出現堆場外圍出現地面隆起開裂的情況，嚴重的時候可能會造成地基土剪切破壞。這種例子在西方國家第一次工業革命的時候就出現過，應該引起足夠的重視，但是在現階段我國的一些工程建設中仍然出現這樣的事故，這是很不應該的。經筆者駐場服務發現：一些水泥廠的水泥庫在工廠投產后，出現了水泥庫中儲存的水泥發生結塊硬化現象，究其原因：一是水泥庫結構的庫頂板上面裝配的壓型鋼板與水泥庫的庫壁之間沒有完全封閉有空隙；二是施工階段用于滑模而埋在庫壁中的鋼管到頂后沒有進行封口工作，致使在下雨天，雨水通過庫頂板挑檐流進縫隙再進入鋼管，當鋼管中水位過高以后由于強大的水壓力，使鋼管中的水通過鋼管接口處焊接不好的地方滲出進入庫壁混凝土結構，再滲透過混凝土進入庫內使庫中的水泥起塊硬化；另外，這種情況對于結構的主體部分也是有危害的，就是雨水進入庫壁的混凝土結構后會發生侵蝕庫壁鋼筋，使之生銹破壞，降低庫壁強度，情況嚴重的還會造成生產事故，給工廠和國家的經濟帶來巨大的損失。因此，在設計階段和生產階段要解決這個問題，第一，在設計階段的設計說明書中必須說明要有效封閉庫頂與庫壁之間的縫隙；二是必須給留在庫壁中的鋼管設置封板，同時在駐場服務階段，設計人員可以告知施工單位、業主單位和監理單位進行此項工作的施工和管理。

3結語

以上是筆者通過對長期的駐場服務工作的總結，根據在駐廠服務期間所發現的部分問題對今后水泥廠的結構設計提出的一些建議，有不妥之處期望能夠引起設計者們的討論，同時也期望該文能在今后的設計工作中給相關的設計人員帶來一定的幫助。