公路工程混凝土拌合站选址方案研究

2022-10-11张国峰

山西建筑 2022年20期

张国峰

(中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京 100041)

在公路工程建设项目施工过程中，混凝土拌合站选址具有重要意义，合理的选址可以使施工成本进一步降低，与此同时，拌合站的位置，不但会对混凝土质量产生影响，还会影响施工进度。因此，施工单位应以实际施工情况为基础，合理设计拌合站的地址和布局。下面以国道G205津冀界至黄骅绕城起点段改建工程项目为例，对如何进行水泥混凝土拌合站选址方案的比选进行研究。

1 工程概况

国道G205津冀界黄骅绕城公路改建项目是河北与天津、山东等地贯通的交通要道，对构建京津冀一体化综合交通运输体系具有重要意义。起讫里程为K357+000～K380+300，全长23.3 km，采用双向四车道一级公路标准建设,设计时速80 km，路基宽度25.5 m。全线设置特大桥1座，大桥2座，中桥5座，桥涵设计汽车荷载采用公路-Ⅰ级，路面面层采用沥青混凝土结构,结构层厚度通过计算确定。项目需要生产桥梁混凝土15万m3，涵洞混凝土0.6万m3，路基附属、路面工程混凝土1.7万m3，全线混凝土合计18.3万m3。其中特大桥及大桥混凝土约14.5万m3，占混凝土总方量的80%。

2 混凝土拌合站选址原则

根据项目混凝土生产数量，结合当地市场资源和供求情况，为保证能及时向项目供应混凝土以满足项目关键工序要求，实现项目整体施工生产进度和工程质量达到预期目标，经过项目管理团队分析研究，制定了在施工现场建设水泥混凝土拌合站、项目部自行供应混凝土的方案[1]。混凝土搅拌站建设施工布局原则如下:

1)少占耕地原则。严格控制用地指标，合理统筹临时用地，降低混凝土搅拌站临时用地规模，尽量不占或少占耕地，保持国家耕地面积。

2)交通便利原则。在既有道路、铁路附近，远离乡村，交通便利，有利于机械设备和工程材料运输，减少施工对当地居民的干扰，尽量就近利用附近既有道路和公路。

3)合理利用现有资源原则。便于施工管理，充分利用当地劳动力和企业现有设备，建设文明工地、智能工地。

4)车间、营地安全原则。临时搅拌站建设要尽量远离危险源，避开落石、滑坡、泥石流、洪灾等易发自然灾害的地址以及车辆密集危险性大的区域，尽量选择设施完善的场地。

5)以基建成本最低为原则。通过市场调研与现场调查，对混凝土搅拌站各地址建设方案的建设成本进行测算，选择投入成本最低的建设方案。

6)以运距最短为原则。以方便混凝土运输到施工现场，对项目总体混凝土供应的平均运距最短为选址的依据。

3 混凝土拌合站选址方案比选

3.1 水泥混凝土拌合站选址方案

根据现场调查，初步选定了三个拟建地址：治超站搅拌站、北排河搅拌站、北堤桥搅拌站。从交通畅通情况、占用耕地面积、运输距离、选址处地质、距离村庄远近等几个方面进行比较[2]。

3.2 各选址方案情况

1)方案一：治超站混凝土拌合站。位于线路K368+466.5处，距离子牙河特大桥8 km及预制梁场9 km，线路采用全线封闭式断交施工，修建保通道路保证社会车辆通行，据现场调查了解国道G205是天津至黄骅的主要干线，大型重载汽车车流量较大，经常性交通堵塞并且持续时间较长。

计划征用耕地1.67万m2，土地性质属于集体土地，该位置比较偏僻,距离村庄较远不涉及施工扰民，附近设有高速公路连接线，距离高速公路5.6 km。租金为每年8.25元/m2。

该区域土质松软，坑洼淤泥面积较大，考虑到场内车辆均为重载车辆，经检测既有地面不能满足车辆正常行驶，需对场内道路和砂石料仓位置地基进行加固处理，拟定采取挖除地表0.8 m换填片石，路面硬化厚度为0.25 m，以满足道路通行要求。

据现场调查了解该区域曾为石油开采区，地下比较空旷，因此水泥及粉煤灰储料罐基础采用预应力混凝土管桩+二级钢筋混凝土承台，管桩长度15 m，桩径40 cm，需进行基础地基承载力检算。

2)方案二：北排河混凝土拌合站。位于线路K361+300左侧30 m，位于国道G205旁，距离子牙河特大桥0.5 km，预制梁场0.3 km，全线80%混凝土在此1 km范围内。

占地面积1.4万m2，交通比较便利。远离城镇,对周边污染少，施工现场用电由既有10 kV高压线作为提供点由架空线统一接入，通过施工区域时接入已设置好的变压器(500 kV)，然后接入施工现场。现场施工用水采用打井取水；每年11.25元/m2，包括地上附作物补偿，租赁期满后恢复至原貌。

该区域地势平坦、土质坚硬，路面硬化厚度0.18 m。

3)方案三：北堤桥混凝土拌合站。位于线路K358+375右侧，距离主线路1 km，距离子牙河特大桥2.5 km，预制梁场3 km。

占地面积15 000 m2，距离村庄较近，周边设有两家石油工厂，水质污染严重，土地所有人涉及多家，容易产生纠纷,每年9.450元/m2。

该区域地质与北排河附近地质情况接近，地形平坦土质坚硬。

3.3 各选址方案SWOT分析

各选址方案SWOT分析见表1。

表1 各选址方案SWOT分析

3.4 各选址方案经济性分析

对三个拟选址方案的直接费(租地、硬化、地基处理等)和运费分别进行测算，然后汇总成建设总费用，治超站搅拌站建设费用502.18万元；北排河搅拌站建设费用198.48万元；北堤桥搅拌站建设费用226.80万元。经过计算，在北排河设搅拌站建设费用最低。各拟选方案费用见表2[3]。

表2 各拟建搅拌站建设费用比较表

3.5 北排河选址方案技术可行性

经过查阅地质报告表明，北排河选址处持力层地基承载力为138 kPa，回填土重度取15 kN/m3；根据基础假设确定为4.5 m×3 m×18 m，水泥罐独立状态的最大起吊高度H0=21 m，计算高度H=21 m，水泥罐身桁架结构为圆钢管，桁架结构宽度B=2.121 m，基础扇形布置，见图1。按照基础尺寸检算地基承载力。

3.5.1 基础荷载值

1)竖向荷载计算(外力)。

作用在基础顶面的荷载有竖向力、水平剪力、弯矩，统一按照中心受压基础检算。罐体荷载计算：

竖向荷载设计值：

1.35FK′=1.35×(G罐+G水泥)=
1.35×(1 500×2+2 000×2+160×4)=10 314 kN。

混凝土基础荷载设计值：

G=1.35GK=1.35×[(18×4.5×1.5)+
(18×3.5×1.5)]×2.5×10=7 290 kN。

2)基础轴心荷载作用应力。

Pk=(10 314+7 290)/(18×4.5)=217 kPa。

3.5.2 基础底面压力验算

修正后地基承载力：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=fak+0.3×19×1.5+1.6×19×(3-0.5)=fak+84.55 kPa。

轴心作用时地基承载力验算：Pk=217.7 kPa≤fa=fak+84.55 kPa，即fak≥133.15 kPa。

北排河选址处持力层地基承载力为138 kPa>fak，能够满足搅拌站基础荷载要求。

3.5.3 基础抗倾覆计算

当水泥都是空罐，在最大风力时，基础的抗倾覆能力最小，根据力学公式：

W=K1K2K3K4W0=K1K2K3K4V2/1.6。

其中，K1,K2,K3,K4均为风荷载系数，取0.8,1.1,1.0,1.0。

基本风压：W0=γ×v2/(2g)=12.255×28.4×28.4/2/9.8=0.504 kPa。

其中，γ为空气容重，取12.255 N/m3；g为重力加速度，取值9.8 m/s2。

风荷载强度W=K1K2K3K4W0=0.8×1.1×1.0×1.0×0.504=0.443 kPa。

4个罐体有效受风面积A=12.5×4.12×4=206 m2。

所受的风力：F=W×A=0.443×206=91.3 kN。

空罐体和基础总重：G=(10×4+18×4.5×1.5+18×3.5×1.5)×10=2 560 kN。

风力作用高度：H=5.7+12.5/2=11.95 m。

风力产生的力矩：M风=F×H=91.3×11.95=1 091 kN·m。

重力作用下的力矩：按照最不利因素考虑，重力作用在水泥储存罐支腿的一个面上，则D=2.12 m。

重力产生的力矩：M重=G×D=2 560×2.12=5 427 kN·m。

M风

通过对基础的地面应力和抗倾覆稳定性检算，北排河搅拌站处地基能满足承载要求，能够防止十级大风的风力，技术上满足建站要求。

4 方案选定

通过对拟选址方案的SWOT分析：在北排河建站临近预制梁场及特大桥，混凝土运输干扰因素少，能够确保混凝土运输过程中的质量；混凝土运输距离短，沿途车流量小，因此混凝土运输干扰因素少，能够保证现场施工进度；此区域地势地质条件好，在设置钢筋混凝土基础后，地基承载力能够满足拌合站的最大荷载，不会产生安全事故。

北排河建站地基承载力满足要求，抗颠覆能力强、稳定性好、技术上可行；另外北排河建站建设费用最低(仅198万元)，是北堤桥建站成本的87.5%，是治超站建站成本的39.52%。

通过对三种方案进行优劣势及经济、技术等综合因素比较后得出：在北排河建站造价低、混凝土运输车辆及厂区生产受外界影响最低，不会影响混凝土生产进度，安全可靠性高，对项目的控制有利，可作为建设拌合站的首选方案。

其他方案投入大、安全危害大、影响混凝土质量及施工工期因素较多，不适合作为拌合站建设方案实施。