圆形煤场结构设计优化

摘要: 根据某电厂圆形煤场储煤量的要求及场地范围的限制,提出半地下式的毛石砌筑重力式挡煤墙结构方案,优化挡煤墙的受力特性,以降低挡煤墙和扶壁柱的工程量,并与钢筋混凝土挡煤墙结构方案进行技术经济比较,得出一些有益的结论,供类似工程参考.

关键词: 毛石砌筑挡煤墙;扶壁柱;半地下式结构

Circular coal field structure design optimization

ZhuFeng

(Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211100)

Abstract:According to a power plant coal circle quantity of coal storage requirements and venues, and puts forward the limited scope of underground type freestone half gravity type block masonry wall structure scheme, optimize coal block the stress characteristics of coal wall, in order to reduce BiZhu retaining wall and coal quantity, and help with reinforced concrete block coal wall structure scheme that compare technical economy, some useful conclusions, reference for other similar projects.

1 概述

某电厂扩建2×1000 MW发电机组，在原有煤场东侧，根据贮煤量要求需新建1座圆形煤场，直径为Φ120m，挡煤侧墙高度约8m，最高堆煤高度约28m。根据电厂前期勘测资料，地下水稳定水位埋深一般为2.00～3.50m。上部地基土以粘性土为主，层③、④粘土具有低压缩性、较高承载力的特性，是良好的天然地基持力层。

目前国内已运行的圆形封闭煤场结构均由带扶壁柱的钢筋混凝土挡煤墙和大跨度螺栓球节点空间网架屋面组成. 对已建工程的整体造价进行分析可知120m直径封闭煤场在采用国产设备后土建费用约占总造价的60%以上, 因此土建费用对整体造价起控制作用和决定作用。而在土建费用中，基础和上部结构扶壁柱挡煤墙造价占总造价的70 %左右,网架结构和屋面系统的造价所占的比例约为30 %,因此如何有效的降低挡煤墙及基础的造价,将直接影响到圆形煤场整体造价。

2 圆形煤场结构特点及受力特性分析

带扶壁柱的挡煤墙，平面布置如图1 所示。扶壁柱、挡煤墙的受荷主要来源于煤场内堆煤的水平侧压力、上部空间网架结构自重和水平推力。挡煤墙扶壁柱一般按间距10°沿圆周均匀分布，扶壁柱为悬臂结构，它的受力类似于挡土墙,计算时将网架屋面的支座反力作用在扶壁柱顶,并计算煤堆的水平推力及其不利组合,按照组合内力确定截面尺寸和配筋. 目前工程常用的挡煤墙均为钢筋混凝土挡煤墙，其沿高度方向的两边简支在扶壁柱上,底边简支在环形基础上,顶边处于自由状态, 可按照三边简支一边自由的板承受三角形荷载作用来计算内力。

3 圆形煤场优化分析及经济比较

根据本工程的特点，可采用两种方式降低土建工程造价。一是采用半地下式结构,即不改变封闭煤场直径,通过调整挡煤墙基础埋深后采用部分地下结构,利用地下结构外侧的土压力平衡部分煤压力,以达到减少挡煤墙结构总的侧压力、从而降低工程造价的目的.二是将钢筋混凝土挡煤墙改为毛石砌筑挡煤墙。降低材料造价以达到降低工程造价的目的。

3.1 调整基础埋深

对于全地上式挡煤墙,可根据环形基础承台的体积,并考虑基础开挖时适当放坡来计算该方案的开挖土石方量,由于地下水位较低,此方案不需考虑施工阶段的降水措施及费用.对于半地下式挡煤墙,如果煤场场地较深，除考虑基础体积和开挖工作面所需土石方量，煤场混凝土底板外,还应考虑施工过程中应采取降、排水措施及其费用。

半地下式结构与全地上结构相比,合理利用了挡煤墙外侧土体的压力来抵抗水平煤压力,整个煤场范围内的基础费用可以大幅度降低;但是当需要考虑地下水位影响时,增设煤场混凝土底板之后,半地下式结构与全地上结构相比,工程总造价不但没有降低,反而有所增加,主要原因是,由于地下水位较高,增加地下室结构之后,在满足地下室防水、抗浮稳定性要求的前提下,煤场底板所需的混凝土量很大,而这部分混凝土仅仅是用来抵抗地下水对地下室的浮力,因而经济性不佳;随着地下室埋深的增加,整个煤场范围内的土方量增加较快,对施工期间的基坑支护和基坑降水也很不利,导致土方的综合单价提高、基坑降水费用增加,是工程总造价增加不可忽视的因素。

不考虑地下水的影响和工艺布置允许时,适当降低基础埋深的条件下,可以达到降低工程造价的目的,具有一定的经济性。因此，根据该电厂地质条件,可将煤场地坪降为-1.000。由于水位较高，调整后经济效果并不明显，但是对于西北方等底水位地区，采用此方法可以大幅降低工程造价。

3.2 调整挡煤墙材料

建筑地基基础设计规范中要求重力式挡墙高度应小于6m，而04J008挡土墙（重力式、衡重式、悬臂式）图集中对也对挡墙高度有限制，其中仰斜式、折背式重力式挡土墙要求高度在2～10米，直立式、俯斜式重力式挡土墙要求高度在2～8米。由于本工程挡煤墙高度不是很高的特点，堆煤侧高度仅8米，通过降低煤场地坪后，实际内外高差仅6米，满足重力式挡土墙构造设计要求。根据前面的受力分析计算(过程略),两种方案的技术经济指标对比见表

根据对比可以明显看出，采用毛石砌筑挡煤墙方案可以比钢筋混凝土挡煤墙方案省大约300万左右。主要原因为：一、其挡煤墙材料造价便宜；二、毛石挡煤内侧不需贴保温内衬；三、扶壁柱及基础计算仅考虑球壳网架传来的上部荷载及扶壁柱宽度的煤场堆煤荷载，因此扶壁柱及其基础材料用量较钢筋混凝土挡煤墙方案少。同时采用毛石砌筑挡煤墙方案，因其结构简单，施工方便，有能够就地取材的优势，对后续的维修也极为便利。

4 结论

因本工厂厂址位于长江下游地区，水位较高，降低基础埋深对工程造价的影响不大。由于重力式挡土墙对高度有一定的限制，在使用中有一定的局限。但是通过对煤场地坪适当优化降低了内外堆煤高差，满足了毛石砌筑挡煤墙的构造设计要求，降低了圆形煤场的造价。对于其它工程中采用毛石砌筑已不合理的圆形煤场，可经过经济比较选择采用混凝土重式挡墙，在强度不够的地方配置钢筋，进一步提高挡土墙的高度。目前此工程尚在设计中，对后续相似工程有一定的借鉴参考作用。

参考文献:

[1] 半地下式储煤场结构设计探讨武汉大学学报 2007年10月第40卷增刊

[2] 建筑结构静力计算手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,1998.

[3] 建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002） . 北京:中国建筑工业出版社,2002.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。