拌和站裝配式型鋼基礎(chǔ)的應(yīng)用

馮小龍 曹志凱 竇少林 楊佳興 杜 垚

1. 中建重慶機(jī)械租賃有限公司 重慶 402279；2. 中國建筑第二工程局有限公司 重慶 400020

傳統(tǒng)混凝土拌和站的混凝土基礎(chǔ)為了確保拌和站運(yùn)行時(shí)的整體穩(wěn)定性，厚度通常為1.0～1.5 m，一般都是建設(shè)在臨時(shí)征用的土地上，工程完工后，需要進(jìn)行復(fù)墾。因此在工程施工結(jié)束后對(duì)遺留的混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行清除時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較多的建筑垃圾，對(duì)環(huán)境保護(hù)及復(fù)墾都造成較大的影響[1-5]。為了減小對(duì)環(huán)境及復(fù)墾的影響，本項(xiàng)目采用的裝配式型鋼基礎(chǔ)為型鋼基礎(chǔ)＋鋼筋混凝土基礎(chǔ)（即在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上安裝型鋼基礎(chǔ)），在同樣確保拌和站運(yùn)行穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，將拌和站底部的混凝土基礎(chǔ)厚度降低至0.3～0.5 m，在鋼筋混凝土用量方面可減少約2/3，而頂部的型鋼基礎(chǔ)部分可多次重復(fù)利用，節(jié)能環(huán)保，在減小對(duì)環(huán)境的傷害的同時(shí)，施工更高效，成本更低[6-11]。

1 創(chuàng)新的緣由

本項(xiàng)目為青海加西公路的一部分，跨越青海海東市、西寧市，修筑長度20.4 km，共有3個(gè)拌和站生產(chǎn)線。自建拌和站為臨時(shí)設(shè)施，建設(shè)用地均需要臨時(shí)征地，且周轉(zhuǎn)周期短、次數(shù)多，當(dāng)項(xiàng)目完工后，還需將拌和站用地復(fù)耕還田。若采用傳統(tǒng)的拌和站混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)高度達(dá)1.5 m，從而導(dǎo)致鋼筋混凝土使用量較大，以一條單線拌和站配置計(jì)算，需要鋼筋混凝土約382.5 m3。

在拌和站移位安裝時(shí)，傳統(tǒng)鋼筋混凝土基礎(chǔ)因不能重復(fù)使用需要清除復(fù)墾，導(dǎo)致施工現(xiàn)場將留下大量的建筑垃圾，且清除復(fù)墾處理費(fèi)用較高，既不符合可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保發(fā)展理念，也增加了施工成本。

因此，在本項(xiàng)目的拌和站基礎(chǔ)施工前，聯(lián)系拌和站租賃公司、設(shè)備廠家，對(duì)拌和站的基礎(chǔ)提出創(chuàng)新性的改變—由傳統(tǒng)的單一鋼筋混凝土變?yōu)檠b配式型鋼基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)在底部與地面接觸部分仍為鋼筋混凝土，但是使用量大大減少。鋼筋混凝土基礎(chǔ)上部通過預(yù)埋在基礎(chǔ)內(nèi)的U形螺栓＋壓板方式安裝型鋼基礎(chǔ)，型鋼基礎(chǔ)部分采用模塊化設(shè)計(jì)，相互之間通過高強(qiáng)度螺栓緊密連接。拌和站通過連接螺栓安裝在型鋼基礎(chǔ)的專用連接口上，定位精準(zhǔn)、連接緊密。

在不改變拌和站使用安全的前提下，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，裝配式型鋼基礎(chǔ)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）相比傳統(tǒng)基礎(chǔ)形式，減少了約2/3的鋼筋混凝土的使用量。

2）型鋼基礎(chǔ)與底部的混凝土基礎(chǔ)通過U形預(yù)埋螺栓＋壓板方式連接，降低了預(yù)埋螺栓的埋設(shè)精度，可提高施工效率。

3）型鋼基礎(chǔ)在工廠加工制作，提高了拌和站的連接精度，縮短了現(xiàn)場施工周期。

4）型鋼基礎(chǔ)循環(huán)利用率高達(dá)95%，節(jié)能環(huán)保。

5）型鋼基礎(chǔ)采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊之間采用高強(qiáng)度螺栓連接，在減輕單元結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，也確保整個(gè)型鋼基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

6）與傳統(tǒng)基礎(chǔ)通過預(yù)埋螺栓安裝拌和站的方案相比，裝配式型鋼基礎(chǔ)通過工廠加工專用連接端口，在安裝拌和站時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確連接，有效地減少了安裝時(shí)間，提升了安裝效率。

2 創(chuàng)新的具體過程

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

為了能實(shí)現(xiàn)有效減少拌和站基礎(chǔ)的混凝土使用量，在不改變基礎(chǔ)底部受力面積的情況下，還要考慮保證拌和站基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性、抗傾覆能力等。項(xiàng)目技術(shù)人員大膽創(chuàng)新，最終決定采用裝配式型鋼基礎(chǔ)（混凝土基礎(chǔ)＋型鋼基礎(chǔ)的形式），順利解決了上述難題。

裝配式型鋼基礎(chǔ)底部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)面積與原基礎(chǔ)圖一致，確保拌和站基礎(chǔ)底部地基承載力要求不提高。鋼筋混凝土基礎(chǔ)的厚度確保U形預(yù)埋螺栓的抗拔力滿足要求，從原來1.5 m的高度降低至0.5 m，鋼筋混凝土使用量直接減少約2/3。

型鋼基礎(chǔ)之間通過高強(qiáng)度螺栓連接成整體，頂部連接拌和站，增大了拌和站對(duì)底部鋼筋混凝土基礎(chǔ)部分的受力面積（原基礎(chǔ)為拌和站立柱點(diǎn)狀傳力給鋼筋混凝土基礎(chǔ)，現(xiàn)為型鋼基礎(chǔ)整體傳力給底部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)），可使拌和站對(duì)基礎(chǔ)的傳力更均勻，降低底部鋼筋混凝土基礎(chǔ)的抗剪要求。而型鋼基礎(chǔ)與混凝土基礎(chǔ)間通過U形螺栓＋壓板的方式連接，降低了安裝的精度要求。型鋼基礎(chǔ)具有重復(fù)利用的特性，可有效降低項(xiàng)目成本。

裝配式型鋼基礎(chǔ)的具體組成（圖1）如下：將原來的單一鋼筋混凝土基礎(chǔ)分為底部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)和頂部的型鋼基礎(chǔ)，兩部分之間通過多組預(yù)埋的U形螺栓及壓板連接形成整體，型鋼基礎(chǔ)頂部焊接有拌和站連接口，用于安裝拌和站。其中，型鋼基礎(chǔ)由若干300 mm×300 mm×8 mm×12 mm的H型鋼與加勁板、連接板等焊接而成的單元模塊組成，各單元模塊之間通過高強(qiáng)度螺栓連接，既方便構(gòu)件運(yùn)輸及安裝，同時(shí)又確保了型鋼基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性。

圖1 裝配式型鋼基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意

2.2 施工流程

混凝土拌和站采用裝配式型鋼基礎(chǔ)時(shí)，一般的施工流程如下所述：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)→基坑開挖→地基承載力試驗(yàn)→鋼筋綁扎→預(yù)埋U形預(yù)埋件→混凝土澆筑→型鋼基礎(chǔ)安裝固定→罐體安裝

2.3 施工要點(diǎn)

1）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)并交付工廠制作。需根據(jù)拌和站原基礎(chǔ)圖及受力要求，新設(shè)計(jì)的裝配式型鋼基礎(chǔ)強(qiáng)度及穩(wěn)定性不得弱于原傳統(tǒng)式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，確?；A(chǔ)的安全可靠?；A(chǔ)底部的地基承載力要求不得高于原基礎(chǔ)，避免增加基礎(chǔ)底部的地基處理成本。

2）場地平整開挖，進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，試驗(yàn)不合格時(shí)進(jìn)行土方換填、分層碾壓等，待試驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)后，方可進(jìn)行下道工序。

3）鋼筋綁扎并嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求預(yù)埋U形螺栓和鋼板預(yù)埋件等，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的間距、數(shù)量及標(biāo)高進(jìn)行預(yù)埋，U形預(yù)埋螺栓應(yīng)采取固定措施保持其垂直、穩(wěn)固，否則會(huì)影響后期安裝及使用安全。

4）澆筑混凝土，型鋼底部基礎(chǔ)處的混凝土面高差不得大于1 cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C30。澆筑時(shí)應(yīng)分段分層連續(xù)進(jìn)行，分層高度為振搗器作用部分的1.25倍?；炷翝仓^程中注意保持U形預(yù)埋螺栓的垂直度。

5）待混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，按照預(yù)埋件位置安裝、固定拌和站型鋼基礎(chǔ)。對(duì)于型鋼基礎(chǔ)與鋼筋混凝土基礎(chǔ)不平整的部位，應(yīng)通過墊設(shè)薄鋼板進(jìn)行墊實(shí)及找平，確保其頂部拌和站連接口平面度小于2‰。型鋼基礎(chǔ)間的高強(qiáng)度螺栓應(yīng)該按規(guī)范要求的預(yù)緊力進(jìn)行緊固。

6）最后安裝拌和機(jī)械。拌和站與型鋼基礎(chǔ)間的連接螺栓按規(guī)范要求緊固，并采取雙螺母防松。

3 創(chuàng)新的結(jié)果

傳統(tǒng)基礎(chǔ)的拌和站安裝時(shí)，一般是將拌和站直接安裝在底部鋼筋混凝土預(yù)埋螺栓上，對(duì)預(yù)埋螺栓的預(yù)埋精度要求較高。

由于拌和站的受力是通過其立柱傳遞給預(yù)埋螺栓，再傳遞給底部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)的，因此對(duì)鋼筋混凝土基礎(chǔ)的抗剪強(qiáng)度要求較高，導(dǎo)致傳統(tǒng)拌和站基礎(chǔ)高度通常為1.0～1.5 m。而采用裝配式型鋼基礎(chǔ)時(shí)，則在以下方面有了較大的改善。

3.1 安全性

裝配式型鋼基礎(chǔ)各模塊之間是由高強(qiáng)度螺栓連接為整體的，拌和站通過型鋼基礎(chǔ)上的連接口與型鋼基礎(chǔ)連接為一體，再通過型鋼基礎(chǔ)將力整體傳遞到底部的鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

拌和站對(duì)基礎(chǔ)的傳力由傳統(tǒng)式基礎(chǔ)的點(diǎn)狀式傳力變?yōu)樾弯摶A(chǔ)的整體式傳力，因此增大了拌和站鋼筋混凝土基礎(chǔ)的受力面積，提高了基礎(chǔ)的抗傾覆穩(wěn)定性；型鋼基礎(chǔ)的整體傳力，也降低了底部鋼筋混凝土的抗剪要求，大大降低了鋼筋混凝土的高度。

3.2 便捷性

傳統(tǒng)基礎(chǔ)通過預(yù)埋螺栓直接與拌和站連接，對(duì)預(yù)埋螺栓的預(yù)埋精度要求較高；型鋼基礎(chǔ)在鋼結(jié)構(gòu)加工廠進(jìn)行加工，加工精度高，與拌和站的連接精度大大優(yōu)于傳統(tǒng)基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓的精度，安裝方便、快捷。由于在工廠加工，同時(shí)也節(jié)約了現(xiàn)場施工工期。

型鋼基礎(chǔ)與底部的鋼筋混凝土通過預(yù)埋的U形螺栓及壓板緊固連接，相對(duì)于傳統(tǒng)基礎(chǔ)，安全性沒有降低，卻大大降低了安裝難度，安裝更方便、快捷。型鋼基礎(chǔ)采取模塊化設(shè)計(jì)，使用完畢后可以進(jìn)行拆解，方便轉(zhuǎn)場運(yùn)輸。其單元模塊構(gòu)件質(zhì)量輕，安裝、拆除時(shí)不需要使用大型輔助起重設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人工拼接，方便快捷。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

裝配式型鋼不僅在安全性、便捷性方面具有較大優(yōu)勢，由于型鋼基礎(chǔ)的可循環(huán)利用性極高，因此在經(jīng)濟(jì)性方面也有很強(qiáng)的競爭力。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用情況，按一個(gè)單線拌和站配置計(jì)算裝配式型鋼基礎(chǔ)取得的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.1 傳統(tǒng)基礎(chǔ)

制作傳統(tǒng)拌和站基礎(chǔ)需要混凝土382.5 m3，鋼筋13.4 t，基礎(chǔ)預(yù)埋件鋼板2 t，預(yù)埋件鋼筋1.5 t，基坑土方450 m3，單臺(tái)基礎(chǔ)合計(jì)費(fèi)用約423 341.5元。

3.3.2 裝配式型鋼基礎(chǔ)

制作裝配式型鋼基礎(chǔ)需要混凝土114.2 m3，鋼筋6.7 t，型鋼32 t，基坑土方308 m3，基礎(chǔ)安拆費(fèi)用30 000元/次，單臺(tái)基礎(chǔ)合計(jì)費(fèi)用約442 758元。

3.3.3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

從上述分析可以看出，制作裝配式型鋼基礎(chǔ)首次投入費(fèi)用略大于傳統(tǒng)基礎(chǔ)，但型鋼基礎(chǔ)部分具有極高的可循環(huán)利用特性，按照型鋼基礎(chǔ)循環(huán)使用5次后進(jìn)行報(bào)廢處理，分別計(jì)算傳統(tǒng)基礎(chǔ)與裝配式型鋼基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)鋼筋混凝土基礎(chǔ)制作5次的費(fèi)用為：423 341.5×5＝2 116 707.5元。裝配式型鋼基礎(chǔ)循環(huán)使用5次后進(jìn)行報(bào)廢，型鋼采購價(jià)格為8 652元/t，基礎(chǔ)制作使用的型鋼成本為276 864元，型鋼基礎(chǔ)報(bào)廢殘值（廢鐵）按800元/t計(jì)算，其制作5次的費(fèi)用為：（442 758－276 864）×5＋276 864－（800×32）＝1 080 734元。

通過計(jì)算，裝配式型鋼基礎(chǔ)循環(huán)使用5次后，可以直接節(jié)省基礎(chǔ)施工成本約103.60萬元，其綜合成本只有傳統(tǒng)基礎(chǔ)的約51%，大大地節(jié)約了拌和站基礎(chǔ)制作成本，為項(xiàng)目帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

拌和站的裝配式型鋼基礎(chǔ)與傳統(tǒng)的單一鋼筋混凝土基礎(chǔ)相比，不僅安全可靠，使用也更便捷；其型鋼基礎(chǔ)部分在工廠進(jìn)行加工制作，質(zhì)量也更容易把控，制作精度高；同時(shí)在經(jīng)濟(jì)性方面也優(yōu)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

裝配式型鋼基礎(chǔ)減少鋼筋混凝土用量2/3，型鋼基礎(chǔ)部分的循環(huán)利用率也高達(dá)95%，綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效且可持續(xù)，符合國家節(jié)能環(huán)保的總體政策。

在國家大力推行“新基建”的背景下，欠發(fā)達(dá)地區(qū)的高等級(jí)公路、城市道路、鐵路、機(jī)場等建設(shè)必將更加火熱。而高等級(jí)公路、鐵路、機(jī)場建設(shè)項(xiàng)目通常比較偏遠(yuǎn)，均需項(xiàng)目自行建設(shè)穩(wěn)定土拌和站、水穩(wěn)拌和站、瀝青拌和站、混凝土拌和站等以保證正常施工。而裝配式型鋼基礎(chǔ)的基礎(chǔ)制作方式適用于所有拌和站的基礎(chǔ)建設(shè)，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)，因此本技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。