設(shè)皮帶輸送機(jī)卸料小車(chē)堆棚基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

鄒 沁

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司， 安徽 合肥 230051）

0 引言

工藝背景介紹：船運(yùn)物料→碼頭（通過(guò)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸）→進(jìn)入各自堆棚→卸料小車(chē)任意點(diǎn)卸料→鏟車(chē)→料斗（通過(guò)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸）→各生產(chǎn)車(chē)間。

為了將水泥生產(chǎn)原料快速地從船上運(yùn)輸?shù)蕉雅?，相關(guān)專(zhuān)業(yè)廠家研發(fā)了皮帶輸送卸料小車(chē)，它兼顧皮帶輸送和卸料小車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，具有輸送量大，能耗低，可多點(diǎn)輸送的特點(diǎn)。

1 基本資料

以無(wú)錫市金久水泥有限公司 80萬(wàn)噸/年水泥粉磨生產(chǎn)線建設(shè)工程混合材堆棚為例，堆棚平面布置：橫向共4跨,每跨跨度 19m；縱向柱距 7.88m×10，端部柱距 12m×2，卸料小車(chē)平臺(tái)標(biāo)高 18.300m。堆料容重 r=16KN/m3，擋墻區(qū)堆料計(jì)算高度6.5m，內(nèi)摩擦角φ=35°，土與墻背材料外摩擦角δ=18°，柱截面850×850，縱向柱距7.88m。主要地質(zhì)由上至下依次為表土、粉質(zhì)粘土、粉土夾層、粘土、粉質(zhì)粘土和粘土，常年平均地下水位為1.31m。

表1 邊柱底荷載設(shè)計(jì)值

2 擋墻與邊柱基礎(chǔ)方案比選

2.1 比選方案一

根據(jù)工程地質(zhì)情況、上部結(jié)構(gòu)和地質(zhì)勘察報(bào)告建議，適宜樁型為摩擦樁，擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

直徑400mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁試算，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008計(jì)算，群樁水平承載力特征值 Rha=596KN，擋墻單位長(zhǎng)度土壓力標(biāo)準(zhǔn)值Ea=216KN。

主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)1.3，柱底剪力分項(xiàng)系數(shù)1.3?？偧袅奢d設(shè)計(jì)值S=1.3×7.88×216+45=2257.7KN>Rha=596KN。

如采用直徑500mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，也不能滿(mǎn)足抗剪要求，計(jì)算過(guò)程同直徑“400mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁”，在此不再贅述。因此，樁基方案不滿(mǎn)足。

2.2 比選方案二

本工程用地緊張，總圖布置緊湊，新建車(chē)間軸線離已有車(chē)間軸線僅2.5m，優(yōu)先采用小直徑300mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。擬采用直徑300mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、壓實(shí)的①層表土共同受力，其上設(shè)300mm厚級(jí)配砂石褥墊層的復(fù)合地基方案。單樁承載力特征值Ra=489.0KN，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012計(jì)算復(fù)合地基承載力fspk=290KPa，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，地基承載力驗(yàn)算滿(mǎn)足要求。

2.3 擋墻與邊柱基礎(chǔ)沉降計(jì)算（工況：滿(mǎn)料）

壓縮模量的當(dāng)量值 Es=15.5MPa，查表知，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ=0.4；分層總和法，計(jì)算出的地基變形量:S=ψS=0.4×198.8=79.5mm。同理，可計(jì)算出在空料，且柱底軸力最小工況下，邊柱樁基沉降量為24.5mm。

3 中柱基礎(chǔ)方案比選

3.1 中柱基本信息

堆料容重r=16KN/m3，中柱堆料計(jì)算高度6.5m，柱截面850×850，縱向柱距7.88m。

表9 中柱底荷載表

擋墻和邊柱初步確定采用預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基，結(jié)合中柱荷載和堆料荷載，天然地基無(wú)法滿(mǎn)足承載力和地基變形要求，擬采用樁基。下面就兩樁承臺(tái)方案、三樁承臺(tái)方案進(jìn)行比選。

3.2 比選方案一-兩樁承臺(tái)

該方案在堆棚主受力方向，也即橫向設(shè)置兩樁，縱向設(shè)置承臺(tái)梁。該方案能結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但該方案存在正常使用方面較大問(wèn)題，承臺(tái)梁截面剛度較大，自身變形較小，承臺(tái)梁總變形量基本等同于樁基沉降量；而天然地基地面荷載大，壓縮模量小，沉降量大，承臺(tái)梁處地面與天然地基地面沉降差很大，地面開(kāi)裂，影響正常使用，且觀感不佳。

3.3 比選方案二-三樁承臺(tái)2

3.3.1 三樁水平承載力特征值計(jì)算

計(jì)算過(guò)程同“邊柱預(yù)應(yīng)力混凝土管樁”，在此不再贅述，中柱群樁水平承載力特征值 Rha=112KN，柱底最大剪力Vmax=12KN< Rha=112KN，滿(mǎn)足要求。樁基豎向承載力計(jì)算在此不再贅述。平均壓縮模量 Es=8.0MPa,樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ=1.680 ，樁基中心點(diǎn)沉降量S=ψS=11.6mm。根據(jù)上表，可計(jì)算出在滿(mǎn)料，且柱底軸力最大工況下，中柱樁基沉降量為22.8mm。

3.3.2 樁基沉降計(jì)算

（1）樁基沉降量計(jì)算

表12 各種不利工況下基礎(chǔ)沉降量

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2011第5.3.4條對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)地基變形允許值無(wú)明確規(guī)定，參考表第5.3.4條中單層排架結(jié)構(gòu)(柱距為6m)柱基的地基變形允許值120mm>MAX（79.5，22.8）=79.5mm，基礎(chǔ)沉降量滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）樁基沉降差

從上表可知，由堆料荷載引起沉降量所占比例43%以上，在正常使用情況下，堆料高度一般會(huì)逐步變化，相鄰柱基承受物料荷載也逐步變化，柱傳來(lái)的上部結(jié)構(gòu)荷載也相差不大，所以，相鄰柱基承受的荷載相差非常小，在基礎(chǔ)類(lèi)型、參數(shù)相同的情況下，相鄰柱基沉降差基本可以忽略。

4 邊柱和中柱沉降差

表13 各種不利工況下基礎(chǔ)沉降差

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007-2011第5.3.4條對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)地基變形允許值無(wú)明確規(guī)定，參考表第5.3.4條中高度小于24m的多層建筑的整體傾斜允許值=0.004×19000=76mm>67.9mm，傾斜滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

堆棚邊柱與擋墻采用方案二預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和土復(fù)合地基，以及中柱方案二采用三樁樁承臺(tái)可滿(mǎn)足工藝使用要求、承載力和變形限值要求，安全可靠；施工簡(jiǎn)便可行；基礎(chǔ)施工工期可縮短約30%，造價(jià)可降低約50%，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好；同時(shí)，避免了灌注樁施工護(hù)壁泥漿污染環(huán)境。