電廠煤場封閉改造方案分析

趙欣

（中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

某電廠采用燃煤機(jī)組，裝機(jī)容量為2×660MW。廠內(nèi)設(shè)有1 座條形煤場，位于廠區(qū)最南端，煤堆有效長度273m，堆煤高度15m，煤場中部設(shè)置一座跨度為100m，長度為80m 的兩端敞開式鋼結(jié)構(gòu)干煤棚，干煤棚為三心圓網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，壓型鋼板圍護(hù)，網(wǎng)殼支座高度3.500m（相對煤場內(nèi)地坪），外側(cè)上弦跨度為100m，干煤棚縱向支座間距為8m。

煤場同軌布置有2 臺斗輪堆取料機(jī)，采用折返式，斗輪機(jī)下方各布置1 條帶式輸送機(jī)。

煤場四周設(shè)置有16m 高的防風(fēng)抑塵網(wǎng)及噴淋水裝置，以抑制煤塵飛揚(yáng)。

根據(jù)國家環(huán)保要求，擬對儲煤場進(jìn)行全封閉；本次煤場封閉改造工程，是在電廠原煤場干煤棚東西兩側(cè)分別擴(kuò)建干煤棚，同時對干煤棚兩端設(shè)置圍擋設(shè)施，以滿足現(xiàn)行國家及地方環(huán)保要求。

2 工程建設(shè)條件

2.1 巖土工程條件

地基巖土工程特性評價如下。

第①層填土屬新近堆積土，顏色較雜，素填土為可塑～硬塑狀態(tài)的粘性土夯實堆積而成，呈稍密～中密狀態(tài)。

第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土物理力學(xué)性質(zhì)差，承載力低，屬于軟弱土，不宜作為建筑物基礎(chǔ)持力層。

第③-1層粉質(zhì)粘土，濕，以軟塑為主，局部夾流塑狀淤泥質(zhì)土和松散粉砂、粉土。該層物理力學(xué)性質(zhì)差，承載力低，屬于軟弱土，可以作為對變形要求不高的輕型荷載建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)持力層。

第③-2層粉質(zhì)粘土，濕，以可塑為主，局部軟塑，局部夾松散粉砂、粉土。該層物理力學(xué)性質(zhì)較差，承載力較低，屬于軟弱土，可作為一般建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)持力層及其下臥層。

第④層含粘性土粉砂，松散～梢密，該層厚度不一，層頂標(biāo)高變化大，層位不穩(wěn)定，物理力學(xué)性質(zhì)較差，承載力較低，可作為輕型荷載建（構(gòu)）筑物地基基礎(chǔ)持力層及其下臥層。

第⑤-1層粉細(xì)砂，稍密，局部中密，飽和。該層厚度不一，層頂標(biāo)高變化大，該層物理力學(xué)性質(zhì)一般，承載力一般。在局部埋深淺地段可作為一般輕型建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)持力層。不宜作為重要建筑物樁基的樁端持力層。

第⑤-2層粉細(xì)砂，中密，局部密實，飽和。物理力學(xué)性質(zhì)好，承載力高，分布連續(xù)，厚度較大?？勺鳛橹匾ㄖ飿痘臉抖顺至?。

這一次，青辰再也招架不住。面對壓下來的血盆大口，他瞪起雙眼，惡狠狠地與那對幽深而邪惡的狼眸對視。從對方的眼中，他看到了自己猙獰的臉，那張臉齜著牙，瞪著眼，被搏斗時飛濺的鮮血染紅了半扇，恐怖而兇戾。

第⑤-3層粉細(xì)砂，密實，局部中密。分布連續(xù)厚度大，分布廣泛。物理力學(xué)性質(zhì)好，承載力較高?？勺鳛橹匾ㄖ飿痘臉抖顺至雍拖屡P層。

第⑥層中粗砂，密實，局部中密。物理力學(xué)性質(zhì)好，承載力較高?？勺鳛橹匾ㄖ飿痘臉抖顺至雍拖屡P層。

第⑦層粉細(xì)砂，密實，局部中密。物理力學(xué)性質(zhì)好，承載力較高?？勺鳛橹匾ㄖ飿痘臉抖顺至雍拖屡P層。

⑧-1強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：青灰色、青色、紫紅色，鉆探取芯率較低，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、部分呈散體砂狀，較破碎?？勺鳛橹匾ㄖ飿痘臉抖顺至雍拖屡P層。

⑧-2中等風(fēng)化粉砂巖：暗紅色，灰白色，青色，強(qiáng)度較高，錘敲聲脆，巖芯呈短柱狀～長柱狀。可作為重要建筑物樁基的樁端持力層和下臥層。

總之，擬改造場地淺部地層巖土工程特性較差，同時場地內(nèi)地下水位埋深淺，因此天然地基條件較差，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》[1]要求，擬建建（構(gòu)）筑物除部分輕型建構(gòu)筑物在滿足強(qiáng)度、變形驗算條件下，可采用天然地基外，基本上均需要采用樁基礎(chǔ)或進(jìn)行地基處理。

2.2 地震效應(yīng)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[2]，工程場地相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅴ度。建筑場地類為Ⅲ類。根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[3]的規(guī)定，本工程封閉煤場相當(dāng)于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的乙類建筑，地震作用按抗震設(shè)防烈度Ⅴ度計算，按烈度為7 度采取抗震構(gòu)造措施。

3 煤場封閉型式

煤場封閉改造時主要考慮以下因素。

煤場封閉后，保證儲煤量，煤棚的設(shè)置要根據(jù)斗輪機(jī)的運行包絡(luò)線及現(xiàn)有煤場的大小來確定。

煤棚封閉范圍要充分考慮現(xiàn)有道路、建筑物、邊界等因素，保證在最大利用場地的情況下，盡可能的減少對現(xiàn)有建筑物的影響。

3.1 煤場類型

現(xiàn)階段，根據(jù)環(huán)保要求，國內(nèi)火力發(fā)電廠露天或半露天煤場均需進(jìn)行煤場封閉改造。電廠煤場類型通常有筒倉、圓形煤場和條形煤場。

筒倉是平面為圓形、方形、矩形、多角形及其他幾何外形的貯存散料的直立容器。筒倉為全封閉結(jié)構(gòu)，可以徹底解決粉塵對環(huán)境的污染。建設(shè)筒倉同時必須同步建設(shè)高位棧橋，需要改變原有的堆取運輸系統(tǒng)?，F(xiàn)廠內(nèi)已建有1 座條形煤場，如需改造為筒倉，需對廠內(nèi)的輸煤系統(tǒng)進(jìn)行徹底改造，施工工期和改造費用會成倍增長，對電廠的正常運行有非常大的影響。針對現(xiàn)場的實際情況，筒倉并不適合本煤場全封閉改造工程。

圓形煤場平面呈圓形，外來煤經(jīng)轉(zhuǎn)載點，通過架空棧橋由堆煤機(jī)存放于煤場，再經(jīng)地下煤斗和地下煤廊由輸煤皮帶運出至廠房。這種煤場采用底部環(huán)形擋煤墻+上部半球形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。其具有環(huán)保性能好、占地面積小、儲煤量大的特點，但其也有造價高昂、施工對現(xiàn)有煤場運行影響較大且該方案需改變原有的輸煤系統(tǒng)，因此不適用于改造類的煤場工程。

條形煤場是國內(nèi)外電廠煤場常用的成熟技術(shù)方案，因其煤場堆取料機(jī)設(shè)備成熟、設(shè)計施工便利而廣泛使用。條形煤場在堆取料設(shè)備配置、儲煤量、延伸擴(kuò)建條件、施工運行條件、場地利用率和降低綜合造價等方面，比圓形煤場等更有優(yōu)勢?，F(xiàn)廠內(nèi)已建煤場就為條形煤場。其中條形煤場全封閉主要采用的兩種型式為：①全覆蓋干煤棚+端部防風(fēng)抑塵網(wǎng)型式；②全封閉干煤棚型式。其中全封閉干煤棚型式又分為端部垂直于地面的全封閉干煤棚方案、端部為蠶繭型的條形煤棚全封閉方案、氣膜式條形煤棚全封閉型式等。

3.2 全覆蓋干煤棚+端部防風(fēng)抑塵網(wǎng)型式

這種型式對儲煤區(qū)域上方設(shè)置全覆蓋干煤棚（一般采用空間鋼結(jié)構(gòu)承重+壓型鋼板封閉），并在干煤棚的兩端設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)。防風(fēng)抑塵網(wǎng)使得煤場自然通風(fēng)，后續(xù)運行過程中工作環(huán)境較好，有利于運行時職工的職業(yè)衛(wèi)生。但由于兩端還存在一定的未封閉區(qū)域，并不能完全解決揚(yáng)塵、流失及滲漏問題。

3.3 端部垂直地面型全封閉條形煤棚型式

這種型式除煤場上方設(shè)置壓型鋼板封閉外，端部也采用壓型鋼板全封閉，其封閉效果要比第一種方案稍好。在今后環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越高的趨勢下，煤場封閉改造時，本方案將成為選型趨勢。

3.4 端部蠶繭型條形煤棚全封閉型式

這種型式在煤場上方設(shè)置壓型鋼板封閉，端部采用蠶繭型全封閉，除外觀設(shè)計不同外，該型式的通風(fēng)措施、封閉抑塵效果以及對周邊環(huán)境的影響與端部垂直地面型全封閉條形煤棚方案相同。該方案的外觀設(shè)計中，在干煤棚端部采取流線型設(shè)計，使整個建筑既優(yōu)雅又大氣。

3.5 氣膜式全封閉條形煤棚型式

這種封閉式煤棚型式一般由控制系統(tǒng)、新風(fēng)增壓系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急備用電源系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)體系為用膜材料做成封閉空間，加以錨定充氣后，使膜內(nèi)外持續(xù)的保持一定壓差，再在膜結(jié)構(gòu)外部設(shè)置斜向正交索網(wǎng)，成為穩(wěn)定的封閉式儲煤建筑。氣膜式貯煤場內(nèi)無梁柱，充氣后矗立在基礎(chǔ)或擋煤墻之上。其具有節(jié)省鋼材、施工周期短，一次投資低等優(yōu)勢。

3.6 本工程煤場封閉型式方案比選

本次煤場封閉改造工程，是在電廠原條形煤場干煤棚東西兩側(cè)分別擴(kuò)建干煤棚，同時對干煤棚兩端設(shè)置圍擋設(shè)施。擴(kuò)建干煤棚的建筑結(jié)構(gòu)型式宜與原有干煤棚統(tǒng)一協(xié)調(diào)。氣膜結(jié)構(gòu)封閉式煤場，雖然有施工工期較短，一次投資較低等優(yōu)點，但同時膜材料易老化、撕裂和松弛，不能達(dá)到與主體結(jié)構(gòu)相同的使用年限，因此該方案后期日常維護(hù)要求高，會導(dǎo)致二次投資且投資費用較高；氣膜結(jié)構(gòu)需要鼓風(fēng)機(jī)不斷充氣來維持膜內(nèi)壓力，外部設(shè)備依賴性高。本工程煤場已建有80m 長干煤棚，采用氣膜結(jié)構(gòu)則必須把已有的干煤棚網(wǎng)架拆除，大大增加了投資費用和工期。因此本工程煤場封閉型式方案比選中不采用氣膜式結(jié)構(gòu)方案。

端部垂直地面型封閉條形煤場與端部蠶繭型封閉條形煤場的區(qū)別只是在于煤場占地、儲煤量和端部幾何形狀有所不同，這兩種形式的封閉煤場能夠達(dá)到的環(huán)保效果基本相當(dāng)。與蠶繭型封閉條形煤場比較，端部垂直于地面型的封閉條形煤場的優(yōu)勢在于占地小，儲煤量多，工程綜合造價較低。兩種外形比較更推薦端部垂直地面型封閉。

綜合以上考慮，最終方案比選如表1 所示。從各方面對比可以看出，各方案均能滿足環(huán)保要求，由于本工程為改造工程，方案二端部垂直地面型全封閉干煤棚方案與方案一全覆蓋干煤棚+端部防風(fēng)抑塵網(wǎng)方案相比，其具有更好的封閉抑塵作用，環(huán)保效果更好，造價費用相對增加不大。因此本工程推薦方案二，即端部垂直地面型全封閉條形煤棚方案，本方案可以滿足目前國內(nèi)的環(huán)保要求，且改造不會對煤場現(xiàn)有運行帶來較大影響，技術(shù)成熟可靠。

表1 煤場封閉方案比選

4 地基與基礎(chǔ)

根據(jù)前期地質(zhì)報告揭露的地層條件分析以及擬建建（構(gòu)）筑物的特點，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[4]的相關(guān)要求，本場地較適宜的樁型為鉆孔灌注樁和預(yù)制樁。鉆孔灌注樁易穿透上部較厚的填土層，相對于預(yù)制樁也無噪聲污染，但采用灌注樁也存在樁的質(zhì)量難以控制，施工工期長等問題。預(yù)制樁樁身質(zhì)量容易保證，施工工期較短，但預(yù)制樁不易穿透上部較厚的填土層，噪聲污染也較大。

根據(jù)電廠工程實踐經(jīng)驗及原有干煤棚基礎(chǔ)采用樁徑為600mm 的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的實際情況，本次擴(kuò)建干煤棚基礎(chǔ)暫采用與原有干煤棚基礎(chǔ)相同的樁型即樁徑為600mm 的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。樁頂標(biāo)高為-2.50m，單樁豎向承載力特征值2250kN，單樁水平承載力特征值不小于160kN。

5 干煤棚結(jié)構(gòu)方案

對條形儲煤場干煤棚結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)有過應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式有梁柱單框架體系、門剛體系、排架體系、預(yù)應(yīng)力管桁架體系、三心圓鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系等，其中三心圓鋼網(wǎng)架體系運用最多，也是目前最常用的結(jié)構(gòu)方案，其具有適用跨度大、經(jīng)濟(jì)性好、空間利用率高的特點。從建筑物平面型式上來說，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也可以適應(yīng)各種平面形式的建筑：如矩形、圓形、扇形及各種多邊形等平面建筑形式。

常規(guī)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和拱形預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)同屬大跨度項目中常用的結(jié)構(gòu)形式，在不同類型項目不同使用條件下各有優(yōu)勢，拱形預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)在超大跨度結(jié)構(gòu)優(yōu)勢較大，常規(guī)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在常規(guī)跨度優(yōu)勢較大。本封閉煤場干煤棚跨度為100m，屬常規(guī)跨度。采用空間網(wǎng)架方案在工程應(yīng)用、總體造價、設(shè)計施工難度、后期運行維護(hù)等方面均具有優(yōu)勢。

本工程已建干煤棚采用的就是三心圓空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。從經(jīng)濟(jì)性及美觀方面考慮，本工程東、西兩側(cè)擴(kuò)建干煤棚上部仍建議采用三心圓全鋼空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。東西擴(kuò)建段的干煤棚跨度、外形與原干煤棚相同，并應(yīng)保證剖面弧線與已有干煤棚相同或采取過渡措施減少弧線的偏差。

方案二中全封閉干煤棚方案中將干煤棚往西側(cè)擴(kuò)建140m，往東側(cè)擴(kuò)建100m，干煤棚跨度為100m。干煤棚端部山墻采用垂直平板網(wǎng)架，與上部網(wǎng)殼整體連接，形成良好的空間整體結(jié)構(gòu)，干煤棚的傳力方式為空間傳力體系，山墻可以提高上部網(wǎng)殼的側(cè)向剛度，上部網(wǎng)殼可作為山墻的上部支撐點。新建干煤棚結(jié)構(gòu)向原有干煤棚方向懸挑，新老干煤棚之間預(yù)留變形縫，進(jìn)行建筑構(gòu)造處理。

6 結(jié)語

《中華人民共和國大氣污染防治法》[5]實施以來，電廠對煤場進(jìn)行封閉改造是國家環(huán)保政策的必然趨勢，煤場封閉不但可使貯煤場粉塵的逸散量減少，也縮小了降塵范圍，這樣就可以減少煤粉損失，改善煤場周邊地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，同時也有效的降低電廠的運營成本。目前進(jìn)行煤場封閉改造已經(jīng)是電廠的普遍行為，本工程既符合國家環(huán)保政策，又能為煤場封閉形式的多樣性取得良好的經(jīng)驗和效果。