超大型固廢筒倉結構設計探討
摘要：超大型固廢筒倉的設計和制作在引入公路加筋土擋墻設計理念后可以做到構造非常簡單和廉價，可廣泛應用于各種固廢治理和生物質能源利用領域。本文將對超大型固廢筒倉體的結構強度（環(huán)筋）和豎向剛度（立筋）進行受力分析，并提出確保筒倉體結構安全的解決方案。
關鍵詞：超大型固廢筒倉 結構強度 豎向剛度
1.前言
本文所述超大型固廢筒倉容量一般在6000立方米以上，可用于儲存生活垃圾或其它固廢料，在安徽省舒城縣垃圾處理場已有實施先例，有關此項目的設計理念及現(xiàn)場照片見論文《生活垃圾分倉熟化新技術及其以污治污功效》1。
超大型固廢筒倉不僅可以實現(xiàn)生活垃圾以污治污，還能夠在其它固廢治理及生物質能源利用中得到廣泛應用，如：以秸稈和畜禽糞便為原料大規(guī)模生產沼氣和有機肥、超低價污泥干化、無滲瀝液處理垃圾填埋場、以及絕對安全可靠尾礦干化填埋場等。其中一些設計實例見《介紹三項固廢新技術》2。
固廢筒倉之所以能夠做到在具有超大容量的同時又非常廉價，其主要原因在于引入了公路加筋土擋墻的設計理念。在固廢料中設置加筋材料后就可以使作用于筒倉體的水平力大大減小，這樣筒倉體也就可以做得很薄。
本文將對如何確保筒倉體結構安全進行探討。
2.倉體結構受力分析
對任何建筑物的安全評價都會涉及到該建筑物的結構強度和剛度兩個方面。本固廢筒倉體亦不例外，倉體強度是主要針對倉體環(huán)筋而言，而倉體剛度則是主要針對倉體立筋而言。
2.1 倉體強度
倉體強度主要體現(xiàn)在：在側向水平力作用下，倉體環(huán)形鋼筋是否能夠確保不被拉斷。筒倉體所受側向水平力主要來自兩個方面：其一是由固廢料堆積產生的側壓力；其二是固廢料在發(fā)酵過程中產生的填埋氣壓力。
對于前者可在固廢料中分層設置加筋材料以消除大部分因固廢料堆積產生的側壓力。對于后者則在固廢料中設置的排氣裝置可大幅度消減填埋氣對筒倉體的側壓力，如實測筒倉內氣體壓力過高，還可以開啟引風機強制抽取填埋氣以迅速減壓。
根據(jù)實驗室鋼筋拉伸試驗圖可知：如倉體環(huán)筋采用Q235低碳鋼，則當其拉伸到達屈服極限時，其對應的延伸率約為0.1％，而當其拉伸到達強度極限時，其延伸率約為16％。一般希望控制環(huán)筋的拉伸變形在彈性變形階段，可以在若干環(huán)筋上粘貼電阻應變片觀察實測環(huán)筋的拉伸變形。故在實際應用中無須勞神計算倉體內壁受力大小，只要通過觀察倉體環(huán)筋的拉伸變形就可以把握筒倉體結構強度的安全。
2.1 倉體剛度
在進料過程中，如若筒倉內堆積的物料有高低不平，則有可能使圓形倉體在水平向產生趨于橢圓變形，這種水平向變形一般情況下是允許的，并不會對倉體結構造成破壞，所以筒倉體在水平向不存在剛度問題。
如果筒倉體豎向剛度不足的話就會產生豎向褶皺變形，具體表現(xiàn)在豎向立筋（即扁鋼帶）被壓彎，或者在兩倉體圓筒段連接處（即立筋端部）向倉體內凹進，或者向倉體外凸出。豎向褶皺變形會使筒倉體局部高度降低從而使倉體歪斜，同時也可導致倉體破損泄漏，故豎向褶皺變形是屬于結構性破壞，是絕對不允許的。
豎向褶皺變形主要發(fā)生在筒倉體中下部，是由于豎向荷載的作用。下部倉體立筋承受來自上部倉體的豎向力荷載，該豎向力除包括上部倉體重量外，還包括固廢料因壓縮沉降對倉體產生的豎向摩阻力。
有兩種基本解決方案：第一種是在筒倉體外部，沿倉體四周均勻綁扎若干豎向立柱，使豎向立柱與筒倉體骨架緊密連接形成共同受力體，這樣可使筒倉體抵抗豎向褶皺變形的剛度大大提高。豎向立柱可采用鋼管（如腳手架鋼管）、槽鋼或工字鋼等。
第二種解決方案是在筒倉體沿水平向設置沉降縫以阻斷豎向力的傳遞。具體方法是將整個筒倉體從上到下分成若干段落，在每一段落內恒定一個倉體直徑，且在上段落的筒倉直徑總是比在下段落的倉體直徑小約0.1米，比如最底層段落的倉體直徑為20米，則依次向上段落的倉體直徑分別為19.9米、19.8米…….。
在同一段落內的各倉體圓筒段是應該綁扎連接的（因為直徑相同）。而上下段落之間的倉體因直徑不同是不能綁扎連接的，在上段落的筒倉體是直接坐落在下段落筒倉體頂面的固廢料上，不過倉體之間的間隙很。s2～3厘米），可填塞廢塑料袋或膠泥類物質封堵。若固廢料發(fā)生沉降，則上下段落倉體會錯開重合，在下段落倉體不會受到上部倉體的重壓，故筒倉體發(fā)生豎向褶皺變形的可能性大大減少。
還有第三種方案是將上述兩種方案結合使用，在筒倉體中下部采用附著豎向立柱增強倉體剛度，在筒倉體上部設置一道沉降縫。
3. 倉體設計建議
根據(jù)安徽舒城垃圾處理場實施經驗，提出幾點建議如下：
如設計筒倉為密封要求較高的厭氧發(fā)酵倉，建議采用上述第一種或第三種增強倉體剛度的方案，不設或少設沉降縫有利于倉體密封。
如設計筒倉是用于建造垃圾填埋場或尾礦填埋場，則建議采用上述第二種倉體設置沉降縫方案，優(yōu)點是操作簡單造價低。
另外，建議筒倉體高度不宜超過20米，筒倉體直徑應不小于20米。
4. 結束語
固廢污染問題的最終決以及沼氣的大規(guī)模利用，其實完全取決于是否能夠找到一種超大容量儲存容器，這種容器除必須安全可靠外，還必須非常廉價。
安徽舒城縣垃圾處理場首先做出了嘗試。但是由于該項目在建設程序上存在有多處違規(guī)，所以一旦出現(xiàn)問題立即遭到封殺。本人在論文1中提及的“一點遺憾”最終不幸成為一個重大遺憾。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”
