垃圾焚烧发电厂垃圾池结构设计要点分析

荆伟 山西省工业设备安装集团有限公司

1 前言

近年来我国经济飞速发展，人民的生活水平也不断提高，这就意味着生活垃圾的产量逐年增加。根据详细的数据统计，我国城市生活垃圾的清运量，从2012年的17080.9万吨增加到了2018年的22801.8万吨，年复合增长率为5.95%。目前各地政府对建设垃圾焚烧发电厂，如何实现垃圾焚烧发电的无害化、减量化和资源化成为现在的难题。垃圾焚烧发电将逐渐取代占用大量土地的垃圾填埋处理法，垃圾焚烧发电带来的大气污染物排放也越来越大，对垃圾焚烧发电厂的监管也将面临新的监管问题。

2 垃圾焚烧发电厂的设计

2.1 布局设计

垃圾焚烧发电厂作为一项工业建筑，生产工艺、机械设备会影响其工业建筑布局，在布局设计时，必须考虑生产功能，确定各功能区关系，按照生产工艺以及生产设备布局情况，结合通风、采光等要素，开展平面布局设计。针对生活垃圾焚烧发电厂，通常需采取四列式布置的方式，对控制室进行横向布置，通过布局设计，确保焚烧发电的功能性。

2.2 造型设计

在满足工艺设计的要求基础上，还需满足工艺设计标准，例如焚烧锅炉设备，需控制高度，一般超过45m以上。垃圾储备间需控制好抓斗起重机安装高度，一般超过35m，而烟气净化间需达到30m以上。

由于高度不一，需要合理布局，充分结合地域文化特点，还需考虑焚烧发电厂的科技感，注重环保理念，在满足各功能区的要求下，充分设计建筑造型，屋面设计可选择弧形屋面方式，高度一般采取自然过渡方式，呈变化韵律、曲线，呈现一种绿色美观的造型效果。

2.3 立面设计

在城市建设中，生活垃圾焚烧发电厂一般在郊区周边进行设置，交通较为通畅，远离居民区，环境也较为优美。所以，进行立面设计，必须结合周边环境因素，将立面与周边环境相融合，可采取绿色环保和自然清新的建筑形象，屋面弧形也可采取绿色造型，突出工业建筑的美感和韵律。立面设计可采取蓝色横向波纹、玻璃幕墙等方式，与绿色衬托。

3 垃圾焚烧发电厂面临的监管问题

3.1 行业准入门槛不统一，焚烧发电技术参差不齐

目前我国和一些发达国家相比，垃圾焚烧技术还是相对比较落后，主要是以“来什么烧什么”的原则，将各种不同类型的垃圾混合在一起进行焚烧。由于建设垃圾发电厂收益稳定、空间较大，同时由于刚开始国家对焚烧发电企业准入门槛不统一，导致部分民营企业为拿到国家大额电价补贴而匆匆上马，这部分发电厂毫无社会责任，焚烧技术落后，资质人员不够，造成违规操作和违法排放时有发生，如果像一般企业进行停产整治甚至关停，城市每天上千上万的生活垃圾该如何处理，给监管部门带来很大难题。

3.2 企业环保意识不强，追逐利益最大化

利益最大化是企业的本质，环境保护意识不强，社会责任感不强，为了本企业利益、不惜以牺牲环境为代价来换取局部的眼前利益；同时，企业的违法成本低、守法成本高；企业治污设施建设和运行成本高，由于规模和技术限制等因素，污染治理成本已远高于其可能获得的经济效益，这种情况下，少数企业为降低生产成本，追求高利润，污染设施虽然建成但却不能很好运行，污染严重的企业就会通过交罚款的形式继续排放废物、污染环境。在这种怪圈下，执法不断，罚款不断，但排污不止。

4 垃圾焚烧发电厂垃圾池结构设计要点

主厂房由于工艺布置及建筑造型要求，在平面上存在长度较大、突出部分较多、楼板大开洞、局部错层、楼板不连续等诸多不规则问题；在立面上存在高度相差较大、局部收进尺寸较大等问题；另外工艺设备布置错综复杂，各楼层荷载相差较大，因此综合考虑以上因素卸料大厅与垃圾池在结构设计时为一个整体，该部分采用适应性强的钢筋混凝土框排架结构：垃圾池兼为剪力墙，作为抗震设防的第一道防线；框排架部分为第二道防线，屋面采用网架或者管桁架，从而使结构体系做到刚柔并济、多道设防。楼板采用现浇钢筋混凝土梁板结构；垃圾池为现浇钢筋混凝土池，与主体结构现浇。

4.1 垃圾池本体模型计算简化

通过对国内已运营垃圾焚烧发电厂的调研分析，目前我国很多电厂普遍存在垃圾堆放时间长、垃圾处理不及时以及垃圾堆载高度过高的问题。国内垃圾分类正在起步阶段，现阶段的垃圾发电厂接收的生活垃圾含水量较大，尤其是卸料平台标高以下的垃圾含液体比例较高。侧压力的大小对垃圾焚烧发电主厂房结构安全性以及经济性影响较大。因此，在进行垃圾池部分的结构设计时，需要综合考虑垃圾种类、垃圾的力学特性、垃圾的侧压力系数、垃圾的侧压力分布情况、土压力的分布情况等问题，对结构在垃圾池侧向荷载作用下的受力情况进行合理简化，提高垃圾池结构的安全性和稳定性。

根据文献的要求，垃圾池荷载可按满水容积，水密度按10kN/m3进行计算。本工程考虑了垃圾池事故工况即满水工况，并将事故工况标高取至卸料平台8m标高位置。底板至垃圾料斗高度范围内垃圾荷载可分为四段，垃圾池底部垃圾的侧压力最大值达到152kN/m2。在垃圾池侧壁及扶壁柱进行分析计算时将垃圾堆载按照自定义工况的活荷载考虑：整体计算时将垃圾池荷载以柱侧线荷载的形式输入到垃圾池周围的扶壁柱上，保证有效的荷载传递路径以及扶壁柱的刚度和承载力。在按照单独构件计算时，首先取沿垃圾池高度分布的1m宽连续单向板带进行垃圾池侧壁的设计；因为在后期运营时，地面以下的垃圾池部分的池外填土会抵消部分垃圾池侧推力，因此与土体直接相邻的地下部分外墙的配筋设计需要按照以下两种工况进行包络设计：①运行前即池外有土，池内无垃圾的工况；②运行时池外有土、池内有垃圾的工况。同时，结合各个楼层标高，设置了垃圾池侧壁环梁，环梁按照沿着垃圾池长度方向的连续梁计算，设置环梁可以和扶壁柱共同分担垃圾池侧向压力，并增强垃圾池整体刚度，减小垃圾池的水平变形。侧壁及环梁设计时按照裂缝控制配筋，裂缝宽度按照文献的规定取0.15mm。

垃圾池和主体结构存在依存关系，可对周围相连接构件采取一定的构造措施来保证垃圾池的强度和整体稳定，本项目采取了以下措施：适当提高垃圾池侧壁的配筋率，采用细而密的配筋原则，为增加扶壁柱的抗剪切承载力储备，扶壁柱箍筋进行全高加密；垃圾池的水平推力会传递到周围框架中去，将与垃圾池直接相连的梁的抗扭钢筋14，增加梁的抗扭能力；和垃圾池周围相连的楼板作为水平抗侧力体系的重要部分，要求设备层楼板厚度为150mm，卸料平台楼板厚度为200mm，且采用双层双向配筋，并适当提高配筋率，控制裂缝宽度不超过0.3mm，提高其抗剪切变形的能力。

4.2 垃圾池防渗抗裂措施

垃圾间结构设计环境按强腐蚀性气态及液态介质考虑。垃圾池的功能特性要求其具有良好的防水、抗渗性能，而垃圾池混凝土浇筑体量大，设计及施工中必须采取有效措施减少裂缝防止渗漏。根据文献的要求，由于设置伸缩缝会带来更为严重的垃圾池渗漏风险，因此在进行垃圾池部分结构设计时不应设置永久变形缝，当垃圾池平面长度超过规范的限值时，应采取设置膨胀加强带、后浇带等合理措施解决非荷载作用对垃圾池带来的收缩开裂等不利影响。垃圾池底板在施工通常采用后浇带技术，但后浇带混凝土极易干缩，在新老混凝土连接处产生裂缝，且施工周期较长，易产生渗漏等质量问题。

垃圾池底板设计时采用C40补偿收缩防水混凝土浇筑，抗渗等级为P8，沿垃圾池长度方向共设置两道膨胀加强带，膨胀加强带采用C45膨胀混凝土浇筑，通过此方法不仅提高了连续浇筑混凝土的密实度，也增强了混凝土的防渗、抗裂性能，同时大大缩短了施工工期，实现超长混凝土结构的无缝施工技术。补偿收缩混凝土在配比时要求水泥中铝酸三钙（C3A）含量不宜大于8%，碱含量应小于0.6%，且骨料中严禁掺入影响混凝土性能的有害物质。冬期施工时，不得含有冰雪等物；泵送混凝土骨料最大粒径不应大于输送管径1/4。

膨胀加强带的带宽2000mm，带内采用C45膨胀混凝土进行浇筑。为防止外侧混凝土流入加强带内部，在膨胀加强带两侧铺设密孔铁丝网，筏板内钢筋需连续设置，筏板上下需各附加10@150的钢筋，钢筋长度要求为带宽及两侧各外扩500mm。浇筑膨胀加强带混凝土时的环境温度控制在日平均气温10℃，浇筑膨胀加强带混凝土保水养护不少于28d，并且待膨胀加强带混凝土强度达到设计强度的75%，以上方可拆除本跨模板。通过在混凝土中掺入防腐蚀抗渗复合型防水剂和必要的施工控制措施，可以减少施工缝的数量，在防渗性能上也起到了很好的补充效果。

为防止垃圾池侧壁在薄弱部位发生渗漏，对卸料平台标高及以下的垃圾池侧壁的施工缝位置，要求止水钢板材质为316L不锈钢，使用不锈钢材质可以避免垃圾及渗沥液对止水钢板造成腐蚀，进而沿着纤维缝隙渗出池体，带来环境污染问题；此外，对用于固定垃圾池侧壁模板的专用止水对拉螺栓端头要求严格按照下列步骤进行处理，首先将两侧的对拉螺栓端头切除，需控制进入混凝土面内的切除深度在1cm~1.5cm范围内，并且不能暴露垃圾池侧壁钢筋，然后用环氧胶泥将切除的豁口部位找平，最后按照建筑专业相关图纸要求进行防腐层、防水层的施工。

5 结束语

实际运营时垃圾池承受的垃圾水平荷载巨大，一旦发生事故再去补救困难很大，因此必须在设计阶段给予重视，需要对垃圾荷载的垂直分布规律进行研究和合理简化分析。本文在总结以往实际工程的经验基础上结合具体工程给出了垃圾荷载的取值方法和构造措施，通过采取有效的技术手段，可确保垃圾池具有一定的安全可靠度，能够保障垃圾电厂的后期平稳顺利运行。