超大型固废筒仓结构设计探讨
摘要：超大型固废筒仓的设计和制作在引入公路加筋土挡墙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（环筋）和竖向刚度（立筋）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：超大型固废筒仓 结构强度 竖向刚度
1.前言
本文所述超大型固废筒仓容量一般在6000立方米以上，可用于储存生活垃圾或其它固废料，在安徽省舒城县垃圾处理场已有实施先例，有关此项目的设计理念及现场照片见论文《生活垃圾分仓熟化新技术及其以污治污功效》1。
超大型固废筒仓不仅可以实现生活垃圾以污治污，还能够在其它固废治理及生物质能源利用中得到广泛应用，如：以秸秆和畜禽粪便为原料大规模生产沼气和有机肥、超低价污泥干化、无渗沥液处理垃圾填埋场、以及绝对安全可靠尾矿干化填埋场等。其中一些设计实例见《介绍三项固废新技术》2。
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，其主要原因在于引入了公路加筋土挡墙的设计理念。在固废料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，这样筒仓体也就可以做得很薄。
本文将对如何确保筒仓体结构安全进行探讨。
2.仓体结构受力分析
对任何建筑物的安全评价都会涉及到该建筑物的结构强度和刚度两个方面。本固废筒仓体亦不例外，仓体强度是主要针对仓体环筋而言，而仓体刚度则是主要针对仓体立筋而言。
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：其一是由固废料堆积产生的侧压力；其二是固废料在发酵过程中产生的填埋气压力。
对于前者可在固废料中分层设置加筋材料以消除大部分因固废料堆积产生的侧压力。对于后者则在固废料中设置的排气装置可大幅度消减填埋气对筒仓体的侧压力，如实测筒仓内气体压力过高，还可以开启引风机强制抽取填埋气以迅速减压。
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，可以在若干环筋上粘贴电阻应变片观察实测环筋的拉伸变形。故在实际应用中无须劳神计算仓体内壁受力大小，只要通过观察仓体环筋的拉伸变形就可以把握筒仓体结构强度的安全。
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，这种水平向变形一般情况下是允许的，并不会对仓体结构造成破坏，所以筒仓体在水平向不存在刚度问题。
如果筒仓体竖向刚度不足的话就会产生竖向褶皱变形，具体表现在竖向立筋（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中下部，是由于竖向荷载的作用。下部仓体立筋承受来自上部仓体的竖向力荷载，该竖向力除包括上部仓体重量外，还包括固废料因压缩沉降对仓体产生的竖向摩阻力。
有两种基本解决方案：第一种是在筒仓体外部，沿仓体四周均匀绑扎若干竖向立柱，使竖向立柱与筒仓体骨架紧密连接形成共同受力体，这样可使筒仓体抵抗竖向褶皱变形的刚度大大提高。竖向立柱可采用钢管（如脚手架钢管）、槽钢或工字钢等。
第二种解决方案是在筒仓体沿水平向设置沉降缝以阻断竖向力的传递。具体方法是将整个筒仓体从上到下分成若干段落，在每一段落内恒定一个仓体直径，且在上段落的筒仓直径总是比在下段落的仓体直径小约0.1米，比如最底层段落的仓体直径为20米，则依次向上段落的仓体直径分别为19.9米、19.8米…….。
在同一段落内的各仓体圆筒段是应该绑扎连接的（因为直径相同）。而上下段落之间的仓体因直径不同是不能绑扎连接的，在上段落的筒仓体是直接坐落在下段落筒仓体顶面的固废料上，不过仓体之间的间隙很小（约2～3厘米），可填塞废塑料袋或胶泥类物质封堵。若固废料发生沉降，则上下段落仓体会错开重合，在下段落仓体不会受到上部仓体的重压，故筒仓体发生竖向褶皱变形的可能性大大减少。
还有第三种方案是将上述两种方案结合使用，在筒仓体中下部采用附着竖向立柱增强仓体刚度，在筒仓体上部设置一道沉降缝。
3. 仓体设计建议
根据安徽舒城垃圾处理场实施经验，提出几点建议如下：
如设计筒仓为密封要求较高的厌氧发酵仓，建议采用上述第一种或第三种增强仓体刚度的方案，不设或少设沉降缝有利于仓体密封。
如设计筒仓是用于建造垃圾填埋场或尾矿填埋场，则建议采用上述第二种仓体设置沉降缝方案，优点是操作简单造价低。
另外，建议筒仓体高度不宜超过20米，筒仓体直径应不小于20米。
4. 结束语
固废污染问题的最终决以及沼气的大规模利用，其实完全取决于是否能够找到一种超大容量储存容器，这种容器除必须安全可靠外，还必须非常廉价。
安徽舒城县垃圾处理场首先做出了尝试。但是由于该项目在建设程序上存在有多处违规，所以一旦出现问题立即遭到封杀。本人在论文1中提及的“一点遗憾”最终不幸成为一个重大遗憾。
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