一种解决因基础损伤引起回转窑振动的方法研究

高怀玉宋海武潘均强

（南京恒海水泥设计有限公司 江苏 南京 210011）

一种解决因基础损伤引起回转窑振动的方法研究

高怀玉1宋海武1潘均强2

（南京恒海水泥设计有限公司 江苏 南京 210011）

通过研究水泥生产线的回转窑支撑结构，分析得出回转窑基础损伤产生的原因。深度研究桩基承台窑墩结构，当其出现损伤致使回转窑振动的加固方法，并将方法思路应用与一个工程实例中。对比分析工程实例的三种设计方案，进一步说明回转窑基础损伤的加固方法。实例显示加固方法思路有效可行，且效率高效。

回转窑；振动；加固

0 引言

随着我国水泥工业的快速发展，到2010年底，我国水泥生产规模达到空前的规模，随后几年基本保持在这个水平附近[1]。国内已建成的水泥生产线绝大多数采用水泥回转窑，回转窑是水泥生产线的主机设备，属于超大型筒体设备，因工艺生产需要，工作时须将其倾斜支撑在窑墩之上，且低速的回转。窑墩所受荷载主要有：上部回转窑产生的压力、上下窜动荷载、工作时提供窑转动的扭矩等荷载[2,3]。回转窑属于重型工作制的大型设备，这使得传至基础底面的荷载相当大。提供窑回转的作用力，会使窑墩的基础和墩体存在相对于窑长度方向的左右运动的趋势；窑上下窜动时的荷载，会使窑和基础存在沿着窑长度方向运动的趋势。这两种运动的趋势叠加后，使得窑墩和基础整体运动的趋势加强。如果基础为独立基础或整板基础，则计算分析时主要保证不滑移，和抗倾覆满足要求。若地基承载力不够，基础选型为桩基，窑墩的桩基承台相接处经常会出现松动或者钢筋被剪力剪断的现象,导致回转窑发生振动[4]。

1 分析振动现象产生的原因及后果

经过分析和研究发现，因基础损伤导致回转窑振动的原因主要有三点：1）窑墩在长期重复的周期荷载作用下，桩顶嵌固端的应力不断的集中[5,6]；2）由某种外部大的作用如地震、龙卷风、施工、运输等外部干扰，使窑墩的基础及地基的稳定状态无法保持；3）因为设计、施工质量缺陷导致，桩承台强度不足。当桩顶嵌固端失效后，窑墩会跟随旋窑转动一起振动，振幅会在短时间内发展，严重影响正常生产，这种振动对回转窑的危害是致命的，不仅回转窑自身会损坏且其内部的保温隔热措施[7]会受到严重的脱落，时间久会使回转窑传动设备毁坏。另外，会出现连锁反应，危害其他窑墩和设施，造成极大的安全和经济损失。回转窑不仅在水泥行业使用，在冶金、化工、石灰等行业被普遍使用[8]。故上述这种现象应被重视，需设计高效可靠的加固技术。

2 分析对回转窑窑墩加固存在的问题

当结构出现缺陷时，似乎无关紧要，请一个专业的设计、施工单位稍作处理就会使结构恢复使用功能。这种处理方式是不严肃的，用这种方式处理问题有可能会成功，一旦失败，会带来三方面复杂问题。1）前次加固会使结构破坏的原始情况扰动，再次加固时无从考证其破坏的原因；2）使原有的结构形式及受力形式发生改变，结构不再和以前的初始状态一样；3）再固加时的投资会较初次加固的投资显著增加。所以，当出现此类难题时，不能简单的进行处理，应该协同有经验的工艺专家和土建结构工程师对问题进行严密的讨论分析，查明结构破坏或扰动的真正原因，在保持生产线的工艺流程不变的情况下一次处理成功。在初始设计时，也应该考虑周到，我们团队长期秉承这种设计理念，成功的设计出多条大型新型水泥生产线，以科学经济的角度出发为水泥、化工、煤电等多家客户排忧解难。在工艺设计、结构设计、结构加固、工艺优化、结构优化等方面积攒了丰厚的工程经验。以下将介绍一个成功的实例。

3 工程实例

重庆某3500吨/天水泥生产线，因某种外部大的扰动，致使回转窑的支撑结构受力机制发生改变，用于支撑回转窑的2#窑墩的基础损坏，产生较大的位移，并引起回转窑振动。窑墩跟随回转窑一起振动，振动方向大致为窑中心线左右方向，振幅较明显，最大时达到80mm。该厂先后进行了两次加固处理，问题才得以彻底解决，以下将对三种设计方案进行对比。

1）原始设计：可以看出原始的布置方案（见图1）是比较传统的设计方法，是合理的设计方案，对其进行复核计算发现，按照原始的设计方案，还需要增加4根同样的桩才能满足水平承载力要求，勘察发现这6根桩基，均在桩基嵌固承台部位严重受损，部分钢筋被剪断。

2）第一次加固：新增桩基布置（见图2）的力学思路本身就不合理，因桩顶面弯矩的方向和窑中心线方向一致，应将桩布置在垂直窑中心线方向上是有利的布置方案。故第一次加固从方案开始就出现了理论错误，虽轻微的减小了窑振动。但是他还在振动，也证明了增加的桩基也受到损伤。

3） 第二次加固：新的布置方案（见图3）可弥补桩承载力的不足，同时增大了抵抗延窑中心线方向的弯矩。延深度方向加厚原始承台1.8m，并包裹原始和第一次加固扩大的承台，使三次形成的承台组合为一个整体；这样做还有一个好处，就是将所有的桩基都被有效的嵌入承台当中，使所有的桩重新发挥作用，消除了所有桩基在受损区域强度不足的安全隐患。经勘探发现承台底面以下1.5米深度范围内的桩基有不同程度的受损，继续向下到承台底面以下1.6米处桩基不再有受损，并且可作为受力构件发挥其作用。所有新老混凝土接合面均作特殊处理，保证承台整体强度要求。

4 实例总结和达到的工艺目标

不难看出，每一次加固都使承台面积有增大，经过统计可以得出，若第一次加固成功则可以使所用材料和投资减半。加固工程实施工是安排在生产线例行检修期间[9]进行的，施工期间几乎没有对生产线的生产计划产生影响。因设计时考虑了其工厂例行检修期，充分利用这个时间，将损失控制到最低。科学合理的分析问题，密切结合工艺生产的需要，做出合理经济解决问题的方法，是本实例工程成功的主要关键所在。另外，团队组织设计人员深入现场进行反复勘查、分析原因，为确保施工质量，现场派专门督导人员。2015年11月生产线重新投产，回转窑运行至今，振动完全消除，加固工程取得圆满的成果。

5 总结与展望

经上述论述以及工程的实践的需要，可对本文提出以下几点展望与思考：

1）研究新的工艺生产技术，从生产流程上处理问题，设计着应广泛学习，设计中应懂的相关专业的技术需要，加强交流，全面的考虑设计问题；

2）相关设计人员要多方案对比，参考以前的经验固然重要，但是每一个工程项目都是一个特殊工程，特殊问题特殊对待；

3）若是加固工程，则须查明结构破坏的原因，以便用合理的方法应对实际问题，切勿一概而论，急于进行施工；

4）施工时确保质量，特别是桩基工程，隐蔽工程必须确保混凝土浇捣密实和做好验收；

5）对问题工程进行检测是研究工程出问题的主要难题，发展更为先进的检测技术是非常有实际意义的。

[1]韩仲琦.我国水泥工业的发展新阶段(上)[J]. 中国水泥,2012,12∶20-23.

[2]张波.大型回转窑筒体的力学分析与计算[D].北方工业大学,2012.

[3]闫东晓.水泥回转窑托轮轴向受力的分析与检测[D].武汉理工大学,2010.

[4]朱国民,李元普.回转窑振动的原因分析及处理方法[J].水泥,2016,01∶44-45.

[5]李志刚,贾慧芳,罗强,刘云郎.基于ANSYS的大型回转窑及其支承件结构分析[J].矿山机械,2014,04∶104-107.

[6]李恒刚.回转窑设计转速与实际转速偏差的处理[J].水泥,2016,04∶63-64.

[7]赵龙.新型干法窑耐火砖砌筑常见问题的处理[J].水泥,2007,10∶47-50.

[8]乔斌,张凯博.2015年度石灰回转窑技术发展报告[J].耐火与石灰,2016,01∶1-4.

[9]于国东.水泥回转窑的维护和调整[J].工程建设与设计,2016,10∶144.

TQ172

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1007-6344（2017）01-0005-01

高怀玉 男，1985.06出生 ，中级工程师，工学硕士，现就职：南京恒海水泥工程设计有限公司

宋海武 男，教授级高级工程师

潘均强 男，一级注册结构工程师