大型水泥库基础沉降对生产的影响与对策

水泥 2008-12-19

　　随着水泥技术的快速发展，水泥装备正向大型化方向发展。由于水泥企业的窑、磨、生料库和水泥库等大型关键设备安全运行需要依赖坚实的基础。就影响基础质量而言，影响因素很多，如地下水位的高低、地基的岩层结构状况、冻土层的深度等。尽管这些主要影响因素在建筑施工和结构设计中进行了详细的计算，符合设备安全使用的规范要求，但在实际使用过程中都不同程度存在基础的不均匀沉降问题，对水泥生产和设备安全性造成影响。本文分析大型水泥库基础不均匀沉降对生产的影响及采取的预防性措施，供同行参考。

　　1、存在问题分析

　　某水泥厂于2005年7月开始新建2座φ22.5×54m水泥库，水泥上库输送采用板链式提升机输送（技术性能参数见表1），在水泥库新建的过程中设置沉降检测测点，并对水泥库的沉降情况进行监测（监测测点布置见图1）。该水泥库在新建过程中严格按照设计规范设计、施工和管理。2006年1月25日，水泥库建成后开始对加入PO42.5级水泥；由于在春节期间水泥磨时常停产和避峰生产，加上春节休假，水泥库沉降监测曾一度停止。由于在项目设计时定位1#水泥库主要发运散装水泥，2#水泥库只能发运袋装水泥，同时作为水泥销售淡季承担储备水泥功能；PO42.5级水泥主要用于重点工程和混凝土搅拌站，散装水泥占总量的3/4，因此，两个水泥库卸料情况存在明显的差异，很容易出现水泥库内水泥储存量相差较大的问题。2006年2月8日，发现两个水泥库连接支架发生严重位移，2月22日出现水泥库顶斜槽出现拉裂现象，水泥上库输送提升机出现严重偏移现象，在随后的多次加库过程中，只要水泥库库存达到16000吨时，水泥库的基础沉降有加剧现象，给水泥生产带来较大影响。具体存在问题如下：

表1 水泥库及主要设备技术性能参数

　　1.1、为做到水泥库均匀沉降，在第一次水泥加库过程中采取一个库加2000～3000吨后，再加另一个水泥库，保持2个水泥库的水泥库存差不大于2000吨。当2个水泥库的水泥库存达到6000吨时，水泥库的沉降开始加剧（见表2），这时，在水泥库顶明显看到两个水泥库连接支架发生位移（支架位移120mm），由于是春节期间，没有及时对水泥库沉降进行监测。随后采取每次加水泥1000吨入库，交替频繁加库，保持2个水泥库的水泥库存数量差异不的大于1000吨。2006年2月18日，当水泥库存量超过10000吨时，此时水泥库顶支架位移180mm，出现斜槽拉裂，造成水泥库顶尾端斜槽扬尘现象。随后在修复斜槽后，开始对水泥库基础沉降监测。

表2 水泥库库存数量与沉降记录统计表

　　1.2、当水泥库存量由8000吨上升到12000吨时，由于这次基础沉降造成两个水泥库向两个不同方向偏斜，不仅造成库顶支架位移达到240mm，库顶连接支架与支撑搭接长度只有100mm，而且使得水泥库顶库顶斜槽尾端法兰被拉裂（见图2b），造成水泥外溢到水泥库顶，粉尘大量飞扬，并时常出现斜槽堵塞现象，只得安排对斜槽进行修复。

　　1.3、当水泥库存达到15000吨时，2006年2月28日～3月2日(3月1日1#水泥库最大库存水泥达到14085t)三天日沉降量均大于4mm，尤其是4#、5#和6#测点沉降加快；随后对水泥库快速卸载，水泥库存维持在12000吨左右，水泥库沉降逐步趋于稳定。在经过10天稳定后，再次组织加库，当1#水泥库存达到16000吨时，1#测点沉降加快，6#测点达到最大沉降为46mm。由于4#和1#测点较2#和3#测点累计沉降量大，造成水泥上库提升机向西北侧严重偏移（达到12mm），威胁提升机的运行安全。

　　1.4、根据对水泥库基础沉降监测发现，当水泥库存量达到16000吨时，基础沉降有出现加剧的趋势，这时只得尽快卸载。经过三次加载和卸载后，基础沉降趋于稳定。因5～12月进入水泥销售旺季，水泥库内水泥库存量逐步下降。当水泥库存量超过17000吨时，基础沉降再次加剧，但较前期16000吨水泥库存量时基础沉降幅度减小；尽管4#、5#和6#测点累计沉降较大。因各测点累计沉降量相对较小，对水泥上库提升机和水泥库顶输送斜槽影响较小。

　　2、对策

　　随着水泥窑和磨机的大型化，大型水泥库在国内应用时间较短，对基础沉降问题还缺少处理的经验，其沉降机理目前还不能定性定量地准确判断。在出现基础沉降问题时，除查阅有关资料外，及时与工程设计单位联系，协调解决问题的方案。根据各个水泥企业管理的特点，制定具体工作计划，以便于实际操作。现将有关措施介绍如下：

　　2.1、对于水泥库等较大重量的基础，在建设期间必须建立沉降监测点，建设方和业主方共同建立监测制度和确定监测方法，项目建设期间基础沉降由建设单位负责，业主方每周核对监测资料。在基础建设期间和水泥库加载初期，要求做到每天对基础沉降情况进行监测，并要求沉降监测工作不能间断；水泥库投入使用后，水泥库基础沉降由业主方安排人员负责检测沉降量，沉降量要延续建设期的沉降累计量。从该水泥厂发现水泥库顶连接支架被拉裂后才开始延续监测的做法，说明水泥厂缺乏实际管理经验，也没有对项目设计单位下达明确要求，对大型水泥库沉降预防控制估计不足。

　　2.2、对于大型水泥库而言，基础沉降与水泥库存量相关，在每次水泥库存量增加到一个新的高点时，必须进行监测，对于过去的敏感沉降库存量要每天多次监测（至少监测2次），以便及时调整水泥库存量，控制沉降变化。尤其是在基础沉降活动期间（指沉降频繁变化，累计量持续上升），水泥库基础沉降监测每天早晚在确定监测时段各一次，同时对水泥输送上库提升机和库顶连接支架位移情况（水泥库支架完成安装后用油漆对支架进行标注）每天测定一次。

　　2.3、确定基础沉降控制标准。大型水泥库要求基础各测点的最大沉降量累计差小于90mm，各测点平均沉降总量累计小于200mm。如果出现基础沉降加速或达到沉降控制标准，必须立即卸载，以确保基础安全。对于基础沉降量接近控制标准时，应制定基础加固预案，做好基础加固的准备工作。水泥库的基础加固应在卸载后进行。

　　2.4、2006年3月初，在水泥库水泥库存达到13000吨时，出现水泥库快速沉降现象，其中5#测点和6#测点三天连续沉降超过15mm。对此，停止水泥加库，加大水泥发放速度，快速卸载，使得水泥库存控制在12000吨以下，观察水泥库基础沉降稳定一周后，再次加载监测基础沉降情况。当水泥库存达到15000吨时，再次出现沉降加速现象，随后对每个水泥库卸载2000吨，经过一周后观察，沉降趋于稳定，再次加载到15000吨继续观察，确定一周内沉降稳定，加载1000吨观察。以此类推，不断增加水泥库的库存水泥量，直到水泥库加满为止。

　　2.5、由于16000吨水泥库存是水泥库基础沉降的敏感区，在水泥库库存达到该库存量时，必须做到2个水泥库的水泥库存量均衡，尤其是第一次增加水泥库存量时，其比较库存量相差不得大于1500吨，一旦出现差异较大时，应控制水泥加库或控制卸料来保证。

　　2.6、在水泥库顶斜槽出现焊缝拉裂时（拉裂尺寸较小），采取补焊方式堵漏；在水泥库顶斜槽法兰拉裂时，通过增加一段200mm斜槽、更换透气层处理；对于水泥库顶连接支架与支撑搭接较少问题，对连接支架加上（采用槽钢焊接）；对于水泥上库提升机开始出现偏斜现象时，需定期对提升机的偏斜情况进行监测，当水泥库基础沉降趋于稳定时，及时对提升机壳体进行矫正，确保提升机安全运行。

　　3、效果与体会

　　大型水泥库基础沉降是正常现象，随着载荷的变化，其沉降过程分为：缓慢—活跃—缓慢—稳定，关键要控制水泥库基础的不均匀沉降问题，确保基础的安全。通过对2座大型水泥库基础沉降监测与控制过程，主要体会是：

　　3.1、对于该水泥厂的2座水泥库而言，由于基础之间的距离较近，在加水泥入库时要尽量均衡加载（水泥库的水泥存量差额控制在2000吨以内），以保持2个水泥库的基础沉降均衡，减少对水泥库顶斜槽和库侧提升机的影响。当水泥库存超过3/4时，水泥库间水泥库存量差额控制应再次减少，这使得水泥加库也变得十分频繁。由于采取均衡控制水泥库存量，使得水泥库基础沉降相对较小，确保水泥库、库顶连接支架和输送设备的安全。

　　3.2、当水泥库存量达到合理库存以上时，在确定一定水泥库存量观察基础沉降期间，应允许水泥库发运水泥，确保水泥正常发运，减少对水泥销售的影响；但卸库后要求在当天及时加库补充（也可采取上加下放操作），以稳定库存量。

　　3.3 、由于大型水泥库沉降是正常现象，随着各个水泥库的沉降不同，必然造成水泥库顶连接支架发生移位。因此，水泥库顶连接支架只能固定一端，另一端变成活动的（不要焊接）；同时要求活动端的支撑和支架搭接要有足够长（要求控制在500mm以上），防止水泥库库顶支架出现滑落事故。

　　3.4、在水泥库基础沉降加速期间，除按照要求进行水泥库的沉降测定外，还需要每天测定水泥库顶连接支架和水泥上库提升机壳体变动情况，检查提升机运行状况，并做好记录。当库顶支撑和连接支架搭接量少于150mm时，应及时对支架进行加长，以防止出现支架滑落事故。在出现链斗摩擦壳体时，应及时停机组织矫正，防止出现提升机损坏事故。

　　3.5、按照要求定期对水泥库顶连接支架和斜槽廊道位移情况进行观测，一旦发现水泥库库顶支架基础被拉坏，应及时用防水材料进行处理，防止雨水渗漏到水泥库中，造成水泥结块。

　　4、结束语

　　4.1、由于大型水泥库的的本身重量较大，在建库初期需要设置沉降观测点，安排专门人员进行沉降测定。在沉降活动期，需要每天监测一次；在沉降稳定期，每周安排监测一次，以确保水泥库的沉降处于受控状态，确保安全。

　　4.2、考虑到水泥库基础沉降活动期的及时卸载问题，水泥库加载不能安排在春节期间和雨雪天气，防止出现因没有客户购买水泥而使得水泥库不能及时卸载现象的发生。

　　4.3、通过对大型水泥库的地质勘探、图纸设计和施工全过程的关键环节分析，笔者认为在水泥库的桩基浇注前，受条件的限制，不能将桩基孔中的积水完全抽净，造成桩基根部混凝土空隙率较高，在受到较大载荷压力时产生变形，致使水泥库基础发生沉降。由于这种沉降机理是经验推测，尚无理论依据，还需相关专家进一步分析研究，以便给出定量解释。

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