超大型固废筒仓结构设计探讨及应用

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1、超大型固废筒仓结构设计探讨及应用庄维健（苏州市市政工程设计院有限责任公司苏州215007）摘要：超大型固废筒仓的设计和制作在引入公路加筋土设计理念后可以做到构造非常简单和廉价，可广泛应用于各种固废治理和生物质能源利用领域。本文将对超大型固废筒仓体的结构强度和刚度进行受力分析，并提出确保筒仓体结构安全的解决方案。关键词：固废筒仓加筋土加筋环结构强度刚度1.基本构造本文所述超大型固废筒仓一般单仓容量在万立方米以上，可用于储存生活垃圾或其它固体集料，基本构造如下图所示：7筒仓体（图1）是由多个仓体圆筒段呈竖向叠加而成。仓体圆筒段（图3）

2、是由若干水平向圆环钢筋（环筋）和若干竖向扁钢带（立筋）交叉连接成圆筒状钢筋网片，且在圆筒状钢筋网片内附着HDPE膜（衬垫）组合而成。在垃圾进料过程中逐个向上叠加仓体圆筒段，使仓体随进料高度上升。相同直径的仓体圆筒段叠加时（图5），上层仓体圆筒段底层环筋与下层仓体圆筒段顶层环筋绑扎连接。在设沉降缝处（图6），上层直径略小仓体圆筒段直接安放在垃圾进料作业面上，两不同直径仓体间沉降缝内塞填充料（如废塑料袋）密封。加筋环是由圆筒形钢筋网片骨架，内附土工格栅组成（图4）。在垃圾进料到达设计指定高程时安放加筋环（图1、图2）。在垃圾竖向堆积荷

3、载作用下，加筋环可以阻断环内填料产生的侧向力向外传递，另外，加筋环顶面和底面均会产生水平向摩阻力，以削弱上下两加筋环之间填料产生的侧向力。固废筒仓之所以能够做到在具有超大容量的同时又非常廉价，是因为引入了公路加筋土设计理念：在垃圾中设置加筋材料后就可以使作用于筒仓体的水平力大大减小，这样筒仓体就可以做得很薄。筒仓底部污水池（图1）储存垃圾渗沥液，并由污水泵抽取回喷至筒仓顶部垃圾中，为厌氧发酵提供水分。另外，垃圾堆内还埋置有纵横向集气管（采用塑料盲沟或软式透水管）收集沼气并排出筒仓外。图中污水喷淋装置和沼气收集装置均省略未示。本文将

4、主要对如何确保筒仓体结构安全进行分析和探讨。2.仓体结构受力分析对任何构筑物的安全评价都会涉及到结构强度和刚度两个方面，本固废筒仓体亦不例外。仓体强度是针对仓体环筋抗拉强度而言，而仓体刚度则是针对仓体立筋刚度而言。2.1仓体强度仓体强度主要体现在：在侧向水平力作用下，仓体环形钢筋是否能够确保不被拉断。筒仓体所受侧向水平力主要来自两个方面：其一是由垃圾堆积产生的侧压力；其二是垃圾在发酵过程中产生的沼气压力。对于前者可在垃圾中分层设置加筋材料以消除大部分因垃圾堆积产生的侧压力。对于后者则在垃圾中设置的排气装置可大幅度消减沼气对筒仓体的

5、侧压力，如实测筒仓内气体压力过高，还可以开启引风机强制抽取沼气以迅速减压。7根据加筋土原理，在集料堆体内分层设置加筋材料可大幅度减小因集料堆积产生的水平侧压力。加筋材料有很多种类，如条形加筋带、成片满铺土工格栅，以及加筋环等。经综合比较，采用加筋环效果较好，特别是对于进、出料作业干扰较小。在集料中设置了加筋材料可减小集料堆体产生的侧向力，但究竟减少了多少？对于某一具体工程实例而言，仓体环筋是否具有足够强度可以承受剩余的侧向力？由于生活垃圾成分复杂，性质多变，以及加筋材料本身具有的多样性，如按常规首先进行受力分析再进行配筋计算的话将

6、会变得非常繁琐和抽象，且最终计算结果也未必能与现实情况相符。所幸本仓体结构所具有的特殊性可以抛开繁琐的侧向力分析直奔主题，具体方法是：在仓体若干环筋上粘贴电阻应变片就可以清楚地观察到环筋的拉伸变形，并由此得出结论仓体环筋强度是否可以满足要求，既简单实用又确保安全可靠。根据实验室钢筋拉伸试验图可知：如仓体环筋采用Q235低碳钢，则当其拉伸到达屈服极限时，其对应的延伸率约为0.1％，而当其拉伸到达强度极限时，其延伸率约为16％。一般希望控制环筋的拉伸变形在弹性变形阶段。有了若干次现场监测数据，以后在相同条件下实施同样结构筒仓就不必再进

7、行监测了。2.1仓体刚度在进料过程中，如若筒仓内堆积的物料有高低不平，则有可能使圆形仓体在水平向产生趋于椭圆变形，这种水平向变形在一般情况下是允许的，且不会对仓体结构造成破坏，这使得仓体具有“柔性”特征。这一特征也是明显优于钢筋混凝土仓体的地方，特别是对于大直径钢筋混凝土仓体而言，在水平向哪怕是很小的变形，都有可能导致混凝土开裂，造成结构性破坏。故大直径钢筋混凝土筒仓仓体一般都比较厚实，不仅笨重，而且造价昂贵。本筒仓体虽然在水平向不存在刚度问题，但竖向刚度还是必须予以重点关注的。如果筒仓体竖向刚度不足就会产生褶皱变形，具体表现在竖

8、向立筋（即扁钢带）被压弯，或者在两仓体圆筒段连接处（即立筋端部）向仓体内凹进，或者向仓体外凸出。竖向褶皱变形会使筒仓体局部高度降低从而使仓体歪斜，同时也可导致仓体破损泄漏，故竖向褶皱变形是属于结构性破坏，是绝对不允许的。竖向褶皱变形主要发生在筒仓体