裝配式預應力混凝土結構用于生物厭氧發酵罐體的研究

陳文龍

（山西八建集團有限公司，太原 030027）

1 引言

由于農業生產方式的改變和農民生活水平的提高，原先用于肥料和燃料的農業廢棄物越來越多。其中，大部分廢棄物被當作垃圾丟棄或焚燒排放到自然環境中，造成可利用資源的浪費和對環境的污染[1]。經濟的發展對生態環境的破壞日益嚴峻。

新時代低碳經濟背景下，農業經濟發展模式的轉變向專家學者和環保人士提出了新的課題，必須結合當地農業經濟結構和實際現狀采取個性化、科學合理的舉措，以實現農業GDP 的綠色、環保、可持續發展[2]?；诖死砟?，本文利用不同類型的秸稈、畜禽糞便等農業廢棄物，通過罐體預應力板工廠模塊化生產，現場工具化安裝，通過無黏結預應力后張技術施工形成厭氧發酵罐體，為秸稈資源和畜禽糞便的循環利用提供技術保障。

2 工程概況

某新能源有限公司2×104Nm3/d 生物天然氣及有機肥生態循環利用施工總承包工程。工程建設用地79 483.8 m2，總建筑面積34 325.2 m2（包括道路及廣場用地13 683 m2），綠化率4.29%（3 410 m2）。該廠區是由農業農村部撥款，某新能源有限公司投資實施建設的山西省內首個農林資源化利用環保項目。

本項目包括6 個直徑32.74 m，高7 m，凈容積5 048 m3的裝配式預應力混凝土結構罐體。采用德國厭氧發酵技術，現場通過預應力鋼絞線后張法安裝施工形成發酵罐體。利用玉米秸稈、雞糞、牛糞等農林廢棄物通過發酵罐體進行厭氧發酵、沼氣提純，最終形成生物天然氣及有機肥產物進行資源回收利用。

3 技術優勢

厭氧發酵罐體裝配式預應力混凝土結構的主體為預制預應力混凝土板體（φ9.5 mm 鋼絞線先張法施工）。其中，圍護板體安裝是關鍵環節。

3.1 整體性強

每一塊預應力混凝土弧形板體厚130～165mm、長7000mm、寬1 575 mm。板與板之間安裝結束后，由鋼絞線通過后張連接成整體。

3.2 密封性好

板與板之間在拼裝時，在板的凹面抹專用瑞士西卡SikaTopseal107 防水黏結雙組分砂漿（粉劑+液劑）黏結砂漿通過板體之間的相互擠壓，保證其密封性。

3.3 施工便易

預制板體通過加工廠生產，一次成型，運輸到施工現場后通過吊車吊運組裝，無須其他輔助設備。

3.4 抗滲漏性可靠

現澆混凝土結構施工過程中，原材料、現場振搗、混凝土養護等外在條件影響較多，會出現一定的微裂縫，造成使用過程中滲漏水等質量缺陷的產生。因此，采用預制拼裝板在加工廠一次成型，并采取蒸汽養護有效避免了現場混凝土澆筑等施工因素的影響。另外，在安裝過程中，通過對板體之間豎向接縫與水平接縫的處理，可以有效消除滲漏現象的出現。

3.5 工期短、造價低

預應力混凝土板體運至現場直接進行裝配拼接，板面無須進行二次處理，故施工速度快，工期縮短。

4 工藝原理

發酵罐體墻板為預應力混凝土板體，以水泥、石子、中粗砂、鋼筋、鋼絞線等為主要原料，采用專用模具混凝土澆筑成型，如圖1 所示。經10～12 h 蒸汽養護環境制作而成的高性能混凝土墻板，具有強度高，表面無裂縫，板面整潔、光滑等特性。此墻板現場安裝方便，使用施工機械數量少，耐腐蝕性能強，綠色環保、集成化高、施工簡便、使用壽命長。

圖1 張拉板剖面圖（質量5.4 t，3 塊/ 罐體；單位：mm）

發酵罐體墻板施工采用單塊吊裝，板與板之間采用瑞士西卡SikaTopseal107 預拌專用防水黏結砂漿進行黏結，于板體橫向預留孔道內穿入一道φ15.24 m 鋼絞線預張拉緊箍，擠出多余黏結砂漿。每一塊墻板安裝就位后，采用可調解支撐桿臨時固定。待發酵罐墻板安裝達整體的1/3 時，可拆除可調解支撐桿以備安裝剩余墻板時使用。安裝完畢后于板體橫向穿入29 道φ15.24 m 鋼絞線，間隔7 d，分兩次進行張拉，最終形成整體發酵罐體。

5 施工工藝流程及關鍵技術

5.1 工藝流程

工藝流程：加工廠預制→墻板進場及驗收→墻板場內碼放→施工放線及驗收→裝配組裝拼接→細節處理，現場施工時需要重點把控裝配組裝拼接和各部位細節處理環節。

5.2 關鍵技術

5.2.1 加工廠預制

每個生物厭氧發酵罐體由68 塊（65 塊標準板和3 塊張拉板）預制墻板拼裝而成，墻板規格為1 575 mm×（130～165 mm）×7 000 mm，混凝土強度等級為C45。

墻板在生產過程中應重點控制預留洞口位置的準確性和混凝土振搗的密實性，構件出廠前重點核查預應力板的完整性和預留張拉孔道的暢通性。

5.2.2 墻板進場及驗收

墻板在運輸過程中須固定穩妥，每垛碼放高度不超過4塊板，板與板之間用100 mm×100 mm 墊木三點支撐且墊木位置擺放準確，如圖2 所示。板材運至現場后用25 t 汽車吊進行卸車，由監理工程師組織相關人員對其進行驗收。

圖2 拼裝板碼放支點圖（單位：mm）

5.2.3 墻板場內碼放

把驗收合格的預制墻板吊運至指定的發酵罐體基礎上，每垛碼放高度不超過6 塊，每垛板與板之間墊木擺放位置準確（見圖2），起吊時采用專用尼龍吊帶（規格為100 mm×10 m，每根吊帶可承重3 t）捆綁在板材兩端約1/4 處。碼放按事先制定的拼裝順序分別編號進行擺放，對于張拉板進行單獨碼放，位置嚴格按基礎上劃定的區域擺放。

5.2.4 施工放線及驗線

在預制板材拼裝前，根據施工圖紙在罐體筏板基礎上對每塊預制標準墻板、張拉板的拼裝位置進行標記。放線完成后，選定一基準點，測量每塊預制墻板拼裝位置的高程偏差并在相應位置做好記錄，并通知監理單位，會同業主單位、設計單位進行現場驗收。

5.2.5 裝配組裝拼接

1）安裝節點做法

放線及高程偏差測量完成后，按照編號順序對預制墻板進行吊裝，板與板直接采用后張法預應力固定。

2）安裝步驟

（1）單塊預應力混凝土板體固定：將80 t 汽車吊支設在罐體筏板基礎圓心處，起吊前先在墻板縱向凹面處滿抹黏結砂漿，吊裝到指定位置后，采用可調支撐桿對其進行臨時固定。

（2）板體就位調平：人工配合汽車吊將墻板吊至對應位置，用硬質PE 塑料墊塊在墻板底部進行高程偏差調整，通過調整支撐桿的伸出長度調整墻板垂直度直至合格。

（3）安裝順序：在罐體筏板指定位置處安裝第一塊張拉板，然后沿順時針方向（板體縱向凹面）依次進行，直至安裝到第二塊張拉板處，按此順序依次類推，直至預應力混凝土板體封閉成環。

（4）安裝后處理：板體安裝完成后，首先在板體內橫向的29 道預留孔道內穿設鋼絞線，然后按照設計張拉順序進行第一次張拉，張拉達到設計值后，間隔7 d，再次進行二次張拉。二次張拉至設計值后，用專用黏結砂漿（SikaTopseal 107）對預應力混凝土板體間縫隙進行補平，外側涂刷防水涂料。

（5）切除多余鋼絞線，采用專用密封材料封堵張拉孔。

5.2.6 細部處理

1）預應力混凝土板塊間縫隙處理

預應力混凝土板安裝時，在板體縱向凹面處滿涂專用黏結砂漿，砂漿厚度不小于20 mm。第一塊張拉板安裝就位后，在板內預留孔道內穿入一道φ15.24 m 鋼絞線，待第二塊預應力混凝土板就位后，將上述鋼絞線通過張拉設備進行設計張拉力的10%預緊（初張），使砂漿與板體之間緊密接觸。

2）特殊部位防水處理

板體安裝完畢后，板體與筏板基礎之間的水平縫隙處理尤為重要。首先，將板體下部內側防水凹槽及筏板基礎表面清理干凈，保持干燥，涂刷專用膠黏劑，粘貼止水密封條；待罐體的所有預應力板體全部安裝完成且二次張拉達到設計值后，在板體根部二次澆筑200 mm 高C35 微膨脹混凝土上翻梁，混凝土澆筑時注意振搗方式，嚴禁碰撞止水密封條。如圖3所示。

圖3 板與板之間連接細節（單位：mm）

3）發酵罐體內閉水

在預應力混凝土板安裝驗收完成后進行閉水試驗。發酵罐體內蓄水500 mm 高，蓄水持續時間不得小于24 h。

蓄水后定時檢查接縫處有無滲漏現象。發現有滲漏水、滲濕、印水現象的部位作醒目標記，查明滲漏原因，并將檢查情況作詳細書面記錄。

4）拆除斜支撐桿后預留支撐孔洞的處理

發酵罐體預應力混凝土墻板安裝完成后，采用專用防水材料對支撐桿預留孔洞進行封堵。

6 結語

采用裝配式預應力混凝土結構施工，實現了罐體快速、安全的施工，縮小了壁體截面尺寸，節約了材料，有效避免了大體積混凝土澆筑產生的裂縫等問題，減少了現場施工帶來的粉塵污染、噪聲污染，減少了勞務力的投入，施工簡便易行[3]。另外，構件外觀質量、截面尺寸、整體平整度以及混凝土強度均能夠達到設計及規范要求，預留孔道和周邊混凝土振搗密實性的重點控制，使得整體施工質量得以有效保障[4]。

該項目根據施工圖紙，嚴格控制工藝流程，把控關鍵環節，注重細部處理，確保施工質量。項目投產后，利用厭氧發酵罐體將農林廢棄物進行高效循環利用，每年可消納10～20 萬畝農作物秸稈（1 畝=666.67 m2），處理畜禽養殖廢棄物10～15 萬t，生產生物天然氣1 400 萬m3、固體有機肥3 萬余噸、液態有機肥1 萬余噸、氣肥600 萬m3。該項目是貫徹落實國家關于圍繞資源化利用農林廢棄物，開展規?；锾烊粴庠圏c，加快生態文明建設，推進農林可持續發展戰略部署的具體舉措。

該項目是山西省首個生物厭氧發酵天然氣及有機肥項目，有效解決了農林廢棄物處理帶來的資源浪費和環境污染問題，有利于促進地方生態環境改善及農業可持續性發展。該工藝符合國家政策要求，達到國際領先水平，對探索可持續、可復制、可推廣的農業廢棄物資源化利用有效治理模式具有積極帶動作用和廣闊的應用前景。