水泥厂建构筑物使用中存在的问题及应对措施

王兆明

建构筑物的主体结构设计使用年限为50年，它是以正常设计、正常施工、正常使用为前提条件的。《工程结构可靠性设计统一标准》中规定：为保证工程结构具有规定的可靠度，除应进行必要的设计计算外，还应对结构的材料性能、施工质量、使用和维护等进行相应的控制。也就是说，建筑物的正常安全使用，需要设计、施工、业主三方共同保证才能达到这个目标。然而，从水泥工厂投产后实际情况来看，业主一般对直接影响生产的机电设备比较重视，能够做到及时检修维护，但对建筑结构投产后存在的隐患关注不够，从已经投产一定年限的水泥厂建筑物实际状况来看，确实出现了一些因为使用不当或维修不及时引起结构损坏而影响建筑物安全甚至影响水泥厂正常生产的问题。

1 建构筑物使用中的问题及成因

1.1 由运行过程中的不利因素引起

（1）设备振动。水泥工厂振动设备较多，主要有磨机、破碎机、风机、电机、辊压机、选粉机、筛分机等，数量多，分布广。虽然设计中考虑了抗振动措施，但长期的运行，仍然会引起建筑物振动的加剧及局部结构损坏，严重时还会影响正常生产。振动设备分布与影响见表1。

（2）物料磨损。物料在传递、储存、卸料过程中对结构产生不同程度的磨损，大粒径、高硬度、快流速物料所产生的磨损更为严重。个别情况下物料直接冲击结构构件，会引起结构快速损坏。物料磨损分布与影响见表2。

（3）高温作用。原料进入高温烧成系统煅烧成为熟料,高温对设备自身及周围结构产生巨大的温度应力及热辐射作用。高温设备分布与影响见表3。

1.2 由自然因素引起

（1）气候因素。因经受自然界光、风、霜、雨、雪、冰的袭击以及空气有害物质的侵蚀与氧化作用，外部构件会产生老化和风化，承载能力下降。例如木材的腐烂糟朽、砖瓦的风化、钢结构的锈蚀、钢筋混凝土的胀裂、塑料的老化等。

（2）灾害因素。突发性的灾害，如洪水、地震、滑坡、台风、火灾等所造成的损坏。

（3）地基因素。地基岩土因条件变化发生岩土特性改变，引起地基土承载力及压缩模量的变化，导致房屋产生不均匀沉降。尤其是特殊地层，如岩溶、软土、冻土、湿陷性黄土、膨胀土、回填土等岩土层，处理不当易发生地基问题。

表1 振动设备分布与影响

表2 物料磨损分布与影响

表3 高温设备分布与影响

1.3 由人为因素引起

（1）使用不当。堆料变化：堆料高度或者物料容重增加等造成超载；改变房屋用途：办公室改为库房，导致荷载增加；结构构件增加外力：增加电葫芦、吊挂件等；承载范围改变：耐火砖未按指定位置放置、检修时设备放置位置不当等；撞击：结构受车辆等撞击损坏。

（2）维护不当。有些建筑结构由于没有适时地采取预防保养措施或者修理不够及时，造成不应产生的损坏或提前损坏，以致发生房屋破损及安全事故，如钢筋混凝土露筋、钢结构锈蚀、门窗铰链松动等类似需要日常维护的情况，所有这些若不及时维护，都可能酿成事故。

1.4 由偶然事故引起

偶然停电。例如，下大雨时，突然停电，可能会导致回转窑弯曲，如不能及时发现问题而继续运行，弯曲的回转窑产生附加水平力，引起窑墩摇摆及滑移；煤自燃，对附近结构造成高温损伤；边坡岩土塌落、矿山竖井堵料塌落等情况，均会砸坏结构构件。

2 使用中的问题实例

2.1 辊磨、风机振动问题

辊磨因底座与基础连接不牢，局部区域灌浆不实，导致磨体振动，引起地脚螺栓疲劳断裂；风机二次浇注层较厚，因未设置连接插筋及钢筋网等加强措施，在振动作用下混凝土浇注层碎裂。辊磨螺栓断裂情况见图1，风机基础浇筑层破裂情况见图2。

问题处理：（1）辊磨螺栓断裂：采用对接焊及圆管套筒焊接修复断裂螺栓，用钢板将基座与基础钢筋连接牢固，所有空隙用高强无收缩灌浆料灌注密实；（2）风机浇注层破裂：打掉浇注层，增设插筋及钢筋网，灌注密实。

应对措施：振动是这类设备的固有特性，关键是要做好结构振动设计方案及构造措施。对于辊磨振动，主要做好两点，一是底座与基础要牢固连接，二是底座与基础间的空隙要灌注密实；对于风机振动，二次浇注层是薄弱环节，当浇注层较厚时，应设置插筋及钢筋网，并灌注密实。

2.2 石灰石卸料仓、库侧卸料口磨损问题

卸料仓前壁防护钢板，未做整板全面积防护，在卸料冲击下边角开裂、翘曲；库侧卸料口，在料压作用下，物料与仓壁存在较大的摩擦力，物料的流动作用使得物料流动区域呈现扇形严重磨损。库侧卸料口磨损情况见图3，卸料仓防护钢板裂开情况见图4。

问题处理：卸料仓防护钢板裂开，拆除变形的钢板，重新全面积设置耐磨厚钢板，不留薄弱边角；库侧卸料口磨损，增设钢板防磨措施。

图1 辊磨螺栓断裂

图2 风机基础浇注层破裂

图3 库侧卸料口磨损

图4 卸料仓防护钢板裂开

应对措施：有物料流动，就会有磨损，关键是如何做好防磨措施。对于卸料仓防护钢板裂开，要做成全面积防护，不留薄弱边角；对于库侧卸料口磨损，要在物料流动区域，全面积设置防磨措施。另外，从筒仓结构安全考虑，特别是高细筒仓，不宜在库侧开卸料口。

2.3 回转窑、篦冷机高温问题

窑墩在回转窑高温辐射下表面出现裂缝；篦冷机基础支柱在其底座热膨胀力作用下劈裂。窑墩表面开裂见图5，篦冷机支柱劈裂见图6。

问题处理：窑墩表面开裂一般不影响结构安全，对裂缝进行封闭处理即可；篦冷机基础支柱劈裂，需进行加固处理，处理后要适应篦冷机底座胀缩的变化。

应对措施：窑墩要增大水平钢筋抗裂能力，减小水平钢筋间距；篦冷机支柱与篦冷机底座的连接构造要适应热胀冷缩，要考虑温度变化引起的胀缩力的影响。

2.4 止水带、混凝土耐久性问题

熟料出料地沟伸缩缝侧壁止水带因老化破裂漏水；筒仓混凝土表面混凝土老化出现纵横不规则裂缝。止水带老化漏水见图7，混凝土老化开裂见图8。

问题处理：止水带漏水处理由专业堵漏公司完成堵漏方案并实施，主要措施为注浆、填塞、外防水等；筒仓混凝土表面老化裂缝，需进行鉴定。经鉴定未影响到结构安全时，对较大裂缝进行封闭，观察使用；影响到结构安全时，需进行加固处理。

应对措施：对于耐久性问题，除了设计、施工要有针对性的措施外，使用中也要按照使用要求，定期检查，正常维护，及时维修，并按照使用年限要求及时更换。

2.5 车辆碰撞问题

网架及钢支架杆件被运输货车撞击弯曲。网架杆件被撞弯曲情况见图9，钢支架被撞弯曲见图10。

图5 窑墩表面开裂

图6 篦冷机支柱劈裂

图7 止水带老化漏水

图8 混凝土老化开裂

图9 网架杆件被撞弯曲

图10 钢支架被撞弯曲

问题处理：替换受损构件，必要时增设防撞措施。

应对措施：除了使用中的车辆要注意躲避结构，避免碰撞外，设计上也要留有足够的运行使用空间，设置必要的防撞措施。

2.6 回转窑因下雨停电弯曲、煤自燃偶然事故

回转窑因下雨停电弯曲问题：回转窑在运转过程中，突遇大雨，正赶上停电。电力恢复后，继续运转，发现窑墩来回摆动，窑墩底部同时出现滑移。经检查，窑墩来回摆动并滑移的原因是由于回转窑已经发生了弯曲，从而对窑托轮产生了很大的周期性水平推力。联合储库角区煤堆长期堆积，导致煤自燃。二号窑墩摆动加固见图11，煤自燃见图12。

问题处理：窑墩摆动问题：将窑调直，基础下注浆并加大基础底板，增设抗滑键。煤自燃问题：需对结构进行受损检查，根据检查情况进行结构处理。同时，清除角区长期积压的煤堆，对于处在死角的煤堆可填土替代。

应对措施：对于回转窑问题，一旦出现意外，要及时停窑检查，发现弯曲，及时调直；对于煤自燃问题，关键是要避免煤堆的长期积压。

3 结构使用问题控制措施

图11 二号窑墩摆动加固

图12 煤自燃

（1）设计措施。对振动、磨损、高温、耐久性等问题，设计时在结构计算、构造措施中要充分考虑。例如，《水泥工厂设计规范》中规定，“长期处于磨损工作状态下的结构构件，应采取抗磨损措施，且结构层外应单独设置耐磨层，同时应对耐磨层进行每年一次的定期检查”。因此，对于文中提到的不利因素，结构设计要采取必要的措施，确保在预期年限内正常使用，并针对使用中的注意事项，向业主提供建构筑物统一的使用说明。

（2）施工措施。对工程施工难点，要制定针对性的施工方案，采取必要的质量保证措施，不留结构施工隐患。对于施工难度大、工序复杂、受人为因素影响大等施工工程，诸如：回填土及特殊地基处理、桩端持力层施工及检验、钢筋密集构件施工、筒仓滑模混凝土质量控制、高温或严寒等特殊施工条件的质量控制等，要给予重点控制，做好专项施工组织方案编制及实施。

（3）使用措施。使用中要遵循不超载使用、不改变使用功能、不随意拆改等使用要求，同时重点做好以下工作：（1）日常检查，主要目的是了解房屋状况，及时发现房屋存在的陷患，以便采取抢修加固措施，排除险情。（2）正常维护，分为计划维护与强制维护。计划维护是依据使用年限对必须维护、更换的结构及材料进行维护，如：油漆、涂料、易损构件及材料等；强制维护是对日常检查中发现的需要尽快处理的结构安全隐患进行维护，必要时进行鉴定加固。

总之，工程中的一些隐患将会在使用过程中逐步暴露出来，例如设计及施工隐患、生产运行中的不利因素不断对结构产生损害、构件不断老化、结构材料性能降低等均可能在使用中引发结构问题，但出现问题的时间不可预知，因此投产使用后对建筑结构使用安全状况的检查至关重要，必须掌控不同时期的结构状况，做到定期检查、正确评估、正常维护、及时维修。■