公路工程混凝土拌合站選址方案研究

張國峰

(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100041)

在公路工程建設(shè)項(xiàng)目施工過程中，混凝土拌合站選址具有重要意義，合理的選址可以使施工成本進(jìn)一步降低，與此同時(shí)，拌合站的位置，不但會(huì)對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響，還會(huì)影響施工進(jìn)度。因此，施工單位應(yīng)以實(shí)際施工情況為基礎(chǔ)，合理設(shè)計(jì)拌合站的地址和布局。下面以國道G205津冀界至黃驊繞城起點(diǎn)段改建工程項(xiàng)目為例，對如何進(jìn)行水泥混凝土拌合站選址方案的比選進(jìn)行研究。

1 工程概況

國道G205津冀界黃驊繞城公路改建項(xiàng)目是河北與天津、山東等地貫通的交通要道，對構(gòu)建京津冀一體化綜合交通運(yùn)輸體系具有重要意義。起訖里程為K357+000～K380+300，全長23.3 km，采用雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)時(shí)速80 km，路基寬度25.5 m。全線設(shè)置特大橋1座，大橋2座，中橋5座，橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載采用公路-Ⅰ級，路面面層采用瀝青混凝土結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)層厚度通過計(jì)算確定。項(xiàng)目需要生產(chǎn)橋梁混凝土15萬m3，涵洞混凝土0.6萬m3，路基附屬、路面工程混凝土1.7萬m3，全線混凝土合計(jì)18.3萬m3。其中特大橋及大橋混凝土約14.5萬m3，占混凝土總方量的80%。

2 混凝土拌合站選址原則

根據(jù)項(xiàng)目混凝土生產(chǎn)數(shù)量，結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌鲑Y源和供求情況，為保證能及時(shí)向項(xiàng)目供應(yīng)混凝土以滿足項(xiàng)目關(guān)鍵工序要求，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目整體施工生產(chǎn)進(jìn)度和工程質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，經(jīng)過項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)分析研究，制定了在施工現(xiàn)場建設(shè)水泥混凝土拌合站、項(xiàng)目部自行供應(yīng)混凝土的方案[1]?；炷翑嚢枵窘ㄔO(shè)施工布局原則如下:

1)少占耕地原則。嚴(yán)格控制用地指標(biāo)，合理統(tǒng)籌臨時(shí)用地，降低混凝土攪拌站臨時(shí)用地規(guī)模，盡量不占或少占耕地，保持國家耕地面積。

2)交通便利原則。在既有道路、鐵路附近，遠(yuǎn)離鄉(xiāng)村，交通便利，有利于機(jī)械設(shè)備和工程材料運(yùn)輸，減少施工對當(dāng)?shù)鼐用竦母蓴_，盡量就近利用附近既有道路和公路。

3)合理利用現(xiàn)有資源原則。便于施工管理，充分利用當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力和企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備，建設(shè)文明工地、智能工地。

4)車間、營地安全原則。臨時(shí)攪拌站建設(shè)要盡量遠(yuǎn)離危險(xiǎn)源，避開落石、滑坡、泥石流、洪災(zāi)等易發(fā)自然災(zāi)害的地址以及車輛密集危險(xiǎn)性大的區(qū)域，盡量選擇設(shè)施完善的場地。

5)以基建成本最低為原則。通過市場調(diào)研與現(xiàn)場調(diào)查，對混凝土攪拌站各地址建設(shè)方案的建設(shè)成本進(jìn)行測算，選擇投入成本最低的建設(shè)方案。

6)以運(yùn)距最短為原則。以方便混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，對項(xiàng)目總體混凝土供應(yīng)的平均運(yùn)距最短為選址的依據(jù)。

3 混凝土拌合站選址方案比選

3.1 水泥混凝土拌合站選址方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，初步選定了三個(gè)擬建地址：治超站攪拌站、北排河攪拌站、北堤橋攪拌站。從交通暢通情況、占用耕地面積、運(yùn)輸距離、選址處地質(zhì)、距離村莊遠(yuǎn)近等幾個(gè)方面進(jìn)行比較[2]。

3.2 各選址方案情況

1)方案一：治超站混凝土拌合站。位于線路K368+466.5處，距離子牙河特大橋8 km及預(yù)制梁場9 km，線路采用全線封閉式斷交施工，修建保通道路保證社會(huì)車輛通行，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解國道G205是天津至黃驊的主要干線，大型重載汽車車流量較大，經(jīng)常性交通堵塞并且持續(xù)時(shí)間較長。

計(jì)劃征用耕地1.67萬m2，土地性質(zhì)屬于集體土地，該位置比較偏僻,距離村莊較遠(yuǎn)不涉及施工擾民，附近設(shè)有高速公路連接線，距離高速公路5.6 km。租金為每年8.25元/m2。

該區(qū)域土質(zhì)松軟，坑洼淤泥面積較大，考慮到場內(nèi)車輛均為重載車輛，經(jīng)檢測既有地面不能滿足車輛正常行駛，需對場內(nèi)道路和砂石料倉位置地基進(jìn)行加固處理，擬定采取挖除地表0.8 m換填片石，路面硬化厚度為0.25 m，以滿足道路通行要求。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解該區(qū)域曾為石油開采區(qū)，地下比較空曠，因此水泥及粉煤灰儲(chǔ)料罐基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+二級鋼筋混凝土承臺，管樁長度15 m，樁徑40 cm，需進(jìn)行基礎(chǔ)地基承載力檢算。

2)方案二：北排河混凝土拌合站。位于線路K361+300左側(cè)30 m，位于國道G205旁，距離子牙河特大橋0.5 km，預(yù)制梁場0.3 km，全線80%混凝土在此1 km范圍內(nèi)。

占地面積1.4萬m2，交通比較便利。遠(yuǎn)離城鎮(zhèn),對周邊污染少，施工現(xiàn)場用電由既有10 kV高壓線作為提供點(diǎn)由架空線統(tǒng)一接入，通過施工區(qū)域時(shí)接入已設(shè)置好的變壓器(500 kV)，然后接入施工現(xiàn)場?，F(xiàn)場施工用水采用打井取水；每年11.25元/m2，包括地上附作物補(bǔ)償，租賃期滿后恢復(fù)至原貌。

該區(qū)域地勢平坦、土質(zhì)堅(jiān)硬，路面硬化厚度0.18 m。

3)方案三：北堤橋混凝土拌合站。位于線路K358+375右側(cè)，距離主線路1 km，距離子牙河特大橋2.5 km，預(yù)制梁場3 km。

占地面積15 000 m2，距離村莊較近，周邊設(shè)有兩家石油工廠，水質(zhì)污染嚴(yán)重，土地所有人涉及多家，容易產(chǎn)生糾紛,每年9.450元/m2。

該區(qū)域地質(zhì)與北排河附近地質(zhì)情況接近，地形平坦土質(zhì)堅(jiān)硬。

3.3 各選址方案SWOT分析

各選址方案SWOT分析見表1。

表1 各選址方案SWOT分析

3.4 各選址方案經(jīng)濟(jì)性分析

對三個(gè)擬選址方案的直接費(fèi)(租地、硬化、地基處理等)和運(yùn)費(fèi)分別進(jìn)行測算，然后匯總成建設(shè)總費(fèi)用，治超站攪拌站建設(shè)費(fèi)用502.18萬元；北排河攪拌站建設(shè)費(fèi)用198.48萬元；北堤橋攪拌站建設(shè)費(fèi)用226.80萬元。經(jīng)過計(jì)算，在北排河設(shè)攪拌站建設(shè)費(fèi)用最低。各擬選方案費(fèi)用見表2[3]。

表2 各擬建攪拌站建設(shè)費(fèi)用比較表

3.5 北排河選址方案技術(shù)可行性

經(jīng)過查閱地質(zhì)報(bào)告表明，北排河選址處持力層地基承載力為138 kPa，回填土重度取15 kN/m3；根據(jù)基礎(chǔ)假設(shè)確定為4.5 m×3 m×18 m，水泥罐獨(dú)立狀態(tài)的最大起吊高度H0=21 m，計(jì)算高度H=21 m，水泥罐身桁架結(jié)構(gòu)為圓鋼管，桁架結(jié)構(gòu)寬度B=2.121 m，基礎(chǔ)扇形布置，見圖1。按照基礎(chǔ)尺寸檢算地基承載力。

3.5.1 基礎(chǔ)荷載值

1)豎向荷載計(jì)算(外力)。

作用在基礎(chǔ)頂面的荷載有豎向力、水平剪力、彎矩，統(tǒng)一按照中心受壓基礎(chǔ)檢算。罐體荷載計(jì)算：

豎向荷載設(shè)計(jì)值：

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

混凝土基礎(chǔ)荷載設(shè)計(jì)值：

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

2)基礎(chǔ)軸心荷載作用應(yīng)力。

Pk=(10 314+7 290)/(18×4.5)=217 kPa。

3.5.2 基礎(chǔ)底面壓力驗(yàn)算

修正后地基承載力：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。

軸心作用時(shí)地基承載力驗(yàn)算：Pk=217.7 kPa≤fa=fak+84.55 kPa，即fak≥133.15 kPa。

北排河選址處持力層地基承載力為138 kPa>fak，能夠滿足攪拌站基礎(chǔ)荷載要求。

3.5.3 基礎(chǔ)抗傾覆計(jì)算

當(dāng)水泥都是空罐，在最大風(fēng)力時(shí)，基礎(chǔ)的抗傾覆能力最小，根據(jù)力學(xué)公式：

W=K1K2K3K4W0=K1K2K3K4V2/1.6。

其中，K1,K2,K3,K4均為風(fēng)荷載系數(shù)，取0.8,1.1,1.0,1.0。

基本風(fēng)壓：W0=γ×v2/(2g)=12.255×28.4×28.4/2/9.8=0.504 kPa。

其中，γ為空氣容重，取12.255 N/m3；g為重力加速度，取值9.8 m/s2。

風(fēng)荷載強(qiáng)度W=K1K2K3K4W0=0.8×1.1×1.0×1.0×0.504=0.443 kPa。

4個(gè)罐體有效受風(fēng)面積A=12.5×4.12×4=206 m2。

所受的風(fēng)力：F=W×A=0.443×206=91.3 kN。

空罐體和基礎(chǔ)總重：G=(10×4+18×4.5×1.5+18×3.5×1.5)×10=2 560 kN。

風(fēng)力作用高度：H=5.7+12.5/2=11.95 m。

風(fēng)力產(chǎn)生的力矩：M風(fēng)=F×H=91.3×11.95=1 091 kN·m。

重力作用下的力矩：按照最不利因素考慮，重力作用在水泥儲(chǔ)存罐支腿的一個(gè)面上，則D=2.12 m。

重力產(chǎn)生的力矩：M重=G×D=2 560×2.12=5 427 kN·m。

M風(fēng)

通過對基礎(chǔ)的地面應(yīng)力和抗傾覆穩(wěn)定性檢算，北排河攪拌站處地基能滿足承載要求，能夠防止十級大風(fēng)的風(fēng)力，技術(shù)上滿足建站要求。

4 方案選定

通過對擬選址方案的SWOT分析：在北排河建站臨近預(yù)制梁場及特大橋，混凝土運(yùn)輸干擾因素少，能夠確保混凝土運(yùn)輸過程中的質(zhì)量；混凝土運(yùn)輸距離短，沿途車流量小，因此混凝土運(yùn)輸干擾因素少，能夠保證現(xiàn)場施工進(jìn)度；此區(qū)域地勢地質(zhì)條件好，在設(shè)置鋼筋混凝土基礎(chǔ)后，地基承載力能夠滿足拌合站的最大荷載，不會(huì)產(chǎn)生安全事故。

北排河建站地基承載力滿足要求，抗顛覆能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、技術(shù)上可行；另外北排河建站建設(shè)費(fèi)用最低(僅198萬元)，是北堤橋建站成本的87.5%，是治超站建站成本的39.52%。

通過對三種方案進(jìn)行優(yōu)劣勢及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等綜合因素比較后得出：在北排河建站造價(jià)低、混凝土運(yùn)輸車輛及廠區(qū)生產(chǎn)受外界影響最低，不會(huì)影響混凝土生產(chǎn)進(jìn)度，安全可靠性高，對項(xiàng)目的控制有利，可作為建設(shè)拌合站的首選方案。

其他方案投入大、安全危害大、影響混凝土質(zhì)量及施工工期因素較多，不適合作為拌合站建設(shè)方案實(shí)施。

5 結(jié)語

為保障混凝土拌合站正常運(yùn)轉(zhuǎn)，管理人員應(yīng)從宏觀角度出發(fā)，做好綜合分析，結(jié)合實(shí)際狀態(tài)做好選址方案細(xì)節(jié)控制以及管理，保障混凝土拌合站建設(shè)位置合理。與此同時(shí)，在選址過程中，要從混凝土安全質(zhì)量控制角度著手，保障拌合站能夠發(fā)揮出自身價(jià)值，提升工程施工效率。