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(guó)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(guó)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(zhǎng)率為5.95%。目前各地政府對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)生活垃圾焚燒發(fā)電廠，通常需采取四列式布置的方式，對(duì)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(chǔ)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(guó)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，垃圾焚燒技術(shù)還是相對(duì)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(guó)家對(duì)焚燒發(fā)電企業(yè)準(zhǔn)入門檻不統(tǒng)一，導(dǎo)致部分民營(yíng)企業(yè)為拿到國(guó)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(huì)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(shí)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(shí)不強(qiáng)，社會(huì)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?yè)Q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(rùn)，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(huì)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(zhǎng)度較大、突出部分較多、樓板大開洞、局部錯(cuò)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(cuò)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(gè)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(jiǎn)化

通過對(duì)國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)垃圾焚燒發(fā)電廠的調(diào)研分析，目前我國(guó)很多電廠普遍存在垃圾堆放時(shí)間長(zhǎng)、垃圾處理不及時(shí)以及垃圾堆載高度過高的問題。國(guó)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(tái)標(biāo)高以下的垃圾含液體比例較高。側(cè)壓力的大小對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(tái)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(yíng)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(gè)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(zhǎng)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(duì)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(chǔ)備，扶壁柱箍筋進(jìn)行全高加密；垃圾池的水平推力會(huì)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(tái)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(huì)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)，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(jí)為P8，沿垃圾池長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)卸料平臺(tái)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(duì)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(duì)用于固定垃圾池側(cè)壁模板的專用止水對(duì)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(duì)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(yíng)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(duì)垃圾荷載的垂直分布規(guī)律進(jìn)行研究和合理簡(jiǎn)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。