引言

隨著我國水泥工業的快速發展，到2010年底，我國水泥生產規模達到空前的規模，隨后幾年基本保持在這個水平附近。國內已建成的水泥生產線絕大多數采用水泥回轉窯，回轉窯是水泥生產線的主機設備，屬于超大型筒體設備，因工藝生產需要，工作時須將其傾斜支撐在窯墩之上，且低速的回轉。窯墩所受荷載主要有：上部回轉窯產生的壓力、上下竄動荷載、工作時提供窯轉動的扭矩等荷載。回轉窯屬于重型工作制的大型設備，這使得傳至基礎底面的荷載相當大。提供窯回轉的作用力，會使窯墩的基礎和墩體存在相對于窯長度方向的左右運動的趨勢；窯上下竄動時的荷載，會使窯和基礎存在沿著窯長度方向運動的趨勢。這兩種運動的趨勢疊加后，使得窯墩和基礎整體運動的趨勢加強。如果基礎為獨立基礎或整板基礎，則計算分析時主要保證不滑移，和抗傾覆滿足要求。若地基承載力不夠，基礎選型為樁基，窯墩的樁基承臺相接處經常會出現松動或者鋼筋被剪力剪斷的現象，導致回轉窯發生振動。

經過分析和研究發現，因基礎損傷導致回轉窯振動的原因主要有三點：1）窯墩在長期重復的周期荷載作用下，樁頂嵌固端的應力不斷的集中；2）由某種外部大的作用如地震、龍卷風、施工、運輸等外部干擾，使窯墩的基礎及地基的穩定狀態無法保持；3）因為設計、施工質量缺陷導致，樁承臺強度不足。當樁頂嵌固端失效后，窯墩會跟隨旋窯轉動一起振動，振幅會在短時間內發展，嚴重影響正常生產，這種振動對回轉窯的危害是致命的，不僅回轉窯自身會損壞且其內部的保溫隔熱措施會受到嚴重的脫落，時間久會使回轉窯傳動設備毀壞。另外，會出現連鎖反應，危害其他窯墩和設施，造成極大的安全和經濟損失。回轉窯不僅在水泥行業使用，在冶金、化工、石灰等行業被普遍使用。故上述這種現象應被重視，需設計高效可靠的加固技術。

當結構出現缺陷時，似乎無關緊要，請一個專業的設計、施工單位稍作處理就會使結構恢復使用功能。這種處理方式是不嚴肅的，用這種方式處理問題有可能會成功，一旦失敗，會帶來三方面復雜問題。

1）前次加固會使結構破壞的原始情況擾動，再次加固時無從考證其破壞的原因；2）使原有的結構形式及受力形式發生改變，結構不再和以前的初始狀態一樣；3）再加固時的投資會較初次加固的投資顯著增加。

所以，當出現此類難題時，不能簡單的進行處理，應該協同有經驗的工藝專家和土建結構工程師對問題進行嚴密的討論分析，查明結構破壞或擾動的真正原因，在保持生產線的工藝流程不變的情況下一次處理成功。

在初始設計時，也應該考慮周到，我們團隊長期秉承這種設計理念，成功的設計出多條大型新型水泥生產線，以科學經濟的角度出發為水泥、化工、煤電等多家客戶排憂解難。在工藝設計、結構設計、結構加固、工藝優化、結構優化等方面積攢了豐厚的工程經驗。以下將介紹一個成功的實例。

重慶某3500噸/天水泥生產線，因某種外部大的擾動，致使回轉窯的支撐結構受力機制發生改變，用于支撐回轉窯的2#窯墩的基礎損壞，產生較大的位移，并引起回轉窯振動。窯墩跟隨回轉窯一起振動，振動方向大致為窯中心線左右方向，振幅較明顯，最大時達到80mm。該廠先后進行了兩次加固處理，問題才得以徹底解決，以下將對三種設計方案進行對比。

1）原始設計：可以看出原始的布置方案是比較傳統的設計方法，是合理的設計方案，對其進行復核計算發現，按照原始的設計方案，還需要增加4根同樣的樁才能滿足水平承載力要求，勘察發現這6根樁基，均在樁基嵌固承臺部位嚴重受損，部分鋼筋被剪斷。

2）第一次加固：新增樁基布置的力學思路本身就不合理，因樁頂面彎矩的方向和窯中心線方向一致，應將樁布置在垂直窯中心線方向上是有利的布置方案。故第一次加固從方案開始就出現了理論錯誤，雖輕微的減小了窯振動。但是他還在振動，也證明了增加的樁基也受到損傷。

3） 第二次加固：新的布置方案可彌補樁承載力的不足，同時增大了抵抗延窯中心線方向的彎矩。延深度方向加厚原始承臺1.8m，并包裹原始和第一次加固擴大的承臺，使三次形成的承臺組合為一個整體；這樣做還有一個好處，就是將所有的樁基都被有效的嵌入承臺當中，使所有的樁重新發揮作用，消除了所有樁基在受損區域強度不足的安全隱患。經勘探發現承臺底面以下1.5米深度范圍內的樁基有不同程度的受損，繼續向下到承臺底面以下1.6米處樁基不再有受損，并且可作為受力構件發揮其作用。所有新老混凝土接合面均作特殊處理，保證承臺整體強度要求。

不難看出，每一次加固都使承臺面積有增大，經過統計可以得出，若第一次加固成功則可以使所用材料和投資減半。加固工程實施工是安排在生產線例行檢修期間進行的，施工期間幾乎沒有對生產線的生產計劃產生影響。因設計時考慮了其工廠例行檢修期，充分利用這個時間，將損失控制到最低。科學合理的分析問題，密切結合工藝生產的需要，做出合理經濟解決問題的方法，是本實例工程成功的主要關鍵所在。另外，團隊組織設計人員深入現場進行反復勘查、分析原因，為確保施工質量，現場派專門督導人員。2015年11月生產線重新投產，回轉窯運行至今，振動完全消除，加固工程取得圓滿的成果。

經上述論述以及工程的實踐的需要，可對本文提出以下幾點展望與思考：

1）研究新的工藝生產技術，從生產流程上處理問題，設計者應廣泛學習，設計中應懂得相關專業的技術需要，加強交流，全面的考慮設計問題；

2）相關設計人員要多方案對比，參考以前的經驗固然重要，但是每一個工程項目都是一個特殊工程，特殊問題特殊對待；

3）若是加固工程，則須查明結構破壞的原因，以便用合理的方法應對實際問題，切勿一概而論，急于進行施工；

4）施工時確保質量，特別是樁基工程，隱蔽工程必須確保混凝土澆搗密實和做好驗收；

5）對問題工程進行檢測是研究工程出問題的主要難題，發展更為先進的檢測技術是非常有實際意義的。

作者：高懷玉1，宋海武1，潘均強2

來源：《南京恒海水泥設計有限公司》

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