鐵路工程建設通用參考圖《混凝土拌和站》內容要點及應用解析

張立青,唐 鑫

(1.中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600;2.江蘇大學汽車與交通工程學院,江蘇鎮江 212013)

1 概述

隨著鐵路建設的科學發展，以混凝土拌和站為代表的大型臨時工程在鐵路工程建設中的重要性逐漸明確，所體現出來的問題也日漸突出，如征地與建設問題，環保、水保、復墾問題，安全和質量問題，投資問題[1-5]。

規劃與設計是混凝土拌和站建設的基礎工作，從國內早期鐵路拌和站的建設情況來看，在混凝土拌和站規劃與設計技術上，一般以經驗指導進行，在選址、整體規劃、平面布置、土建結構設計、主要機械設備配置等方面缺乏成熟技術指導，從而可能造成拌和站選址和規劃不系統、土地利用率低、土建工程量大、機械配置不合理等現象。為做好混凝土拌和站的規劃設計與建設管理工作，貫徹和落實國家有關土地利用政策，規范拌和站規劃，優化工藝布局和工裝配置，降低建設成本，中鐵五院集團公司主持編制鐵路工程建設通用參考圖《混凝土拌和站》，該套通用圖已于2012年8月發布，圖號為通臨(2012)8401，對該通用圖編制原則、設計參數、主要內容、適用范圍及主要注意事項進行簡介，供使用通用圖時參考。

2 技術特點和適用范圍[6]

2.1 技術特點

該通用圖主要有如下技術特點：從全線混凝土供應角度，結合拌和站環境、工期、造價、地質情況等因素綜合考慮，制訂拌和站選址原則；提出拌和站標準化設計理念，根據混凝土拌和站系列化要求，制定平面布置通用圖；對拌和站生產能力、存料場占地面積等關鍵參數進行指標量化，并提出各種主要參數的計算公式；突破鐵路傳統基于容許應力法的設計方法，采用基于極限狀態法且適合鐵路大臨的設計方法對拌和站主要土建結構物進行設計；根據拌和站生產能力，科學提出拌和站主要機械配置數量參考表[7-8]。

2.2 適用范圍

該通用圖適用于新建鐵路工程混凝土拌和站建設，主要針對鐵路工程線下工程系列混凝土拌和站、預制構件混凝土拌和站進行編制，線下工程混凝土拌和站包括2HZS35～2HZS200系列混凝土拌和站，預制構件混凝土拌和站包括預制梁場、無砟軌道板場和雙塊式軌枕場混凝土拌和站等。使用通用圖時應注意以下邊界條件：

(1)主要針對鐵路工程中普遍應用的拆遷式拌和站編制，移動式拌和站和船式拌和站未予納入；

(2)拌和站平面布置采用單列式布置，即混凝土出料口布置在一側，每臺攪拌機各配置1套儲料及稱量設備，以保證混凝土生產效率、質量，保障混凝土供應持續性、穩定性及混凝土運輸方便；

(3)考慮質量、效率、用地和環保等要求，骨料生產場地與裝備未納入參考圖編制，拌和站應保證粗細骨料進場質量，若質量存在問題，宜在骨料生產場地和骨料清洗場提前解決，本圖提供的骨料清洗場僅供參考；

(4)骨料存放場中粗、細骨料按公路運輸考慮，線下工程混凝土拌和站粗、細骨料主要原材按存儲5 d混凝土生產需求量計算，預制構件混凝土拌和站粗、細骨料按存儲15 d計算；

(5)鐵路混凝土拌和站宜配置為全自動混凝土生產成套設備，通用圖采用周期式雙臥軸強制式(HZS)攪拌主機，宜配置為雙攪拌機站或多攪拌機站；在特定工程環境下，如隧道洞口站，或較近處設置有其他混凝土拌和站作備用站等，能保證混凝土連續供應滿足工程要求，宜設置為單攪拌機站；

(6)攪拌站基礎及拌和站結構設計均按臨時結構考慮，基礎及結構設計壽命為5年，現場混凝土拌和站未考慮地震荷載，在抗震設防烈度為7～9度地區工作時，宜按本地區設防烈度進行設計和采取相應的抗震措施，拌和站建設時，必須結合當地的工程技術條件對拌和站結構重新進行檢算、計算和設計，通用圖僅適用于限定地形、地質、荷載等工程技術條件下參考使用。

通用圖基于以上工程技術經濟條件進行編制，在現場進行拌和站規劃與設計過程中，應根據工程實際情況進行技術經濟比較后確定合理方案。

3 內容組成[6]

通用圖主要由設計說明書和施工圖組成，施工圖部分主要內容如下：

(1)線下工程2HZS35～2HZS200拌和站規劃與布局圖，主要包括線下工程2HZS35～2HZS200拌和站規劃與布局、拌和站主要工程數量、攪拌站主要配置等；

(2)線下工程2HZS35～2HZS200攪拌站基礎圖，主要針對持力地基承載力特征值為200 kPa地基的2HZS35～2HZS200攪拌站基礎布置和基礎設計等；

(3)預制梁場2HZS120拌和站規劃與布局圖，主要包括箱梁、T梁預制場2HZS120拌和站規劃與布局、拌和站主要工程數量等；

(4)無砟軌道板場2HZS120拌和站規劃與布局圖，主要包括Ⅰ型板、Ⅱ型板預制場2HZS120拌和站規劃與布局、拌和站主要工程數量等；

(5)雙塊式軌枕場2HZS60拌和站規劃與布局圖，主要包括Ⅰ型枕、Ⅱ型枕預制場2HZS60拌和站規劃與布局、拌和站主要工程數量等；

(6)線下工程HZS120拌和站規劃與布局圖，主要包括線下工程HZS120單機拌和站規劃與布局、拌和站主要工程數量等；

(7)2HZS90～2HZS180攪拌站板式基礎圖，主要針對持力地基承載力特征值為150 kPa地基的2HZS90～2HZS180攪拌站板式基礎布置和基礎設計等；

(8)骨料清洗場平面布置圖；

(9)骨料棚圖，主要包括橫向10 m、15 m、20 m跨度的骨料棚設計圖及工程數量等；

(10)骨料隔倉砌磚布置圖；

(11)排水及路面圖。

4 若干原則及注意點說明

4.1 幾個術語

該通用圖中將混凝土拌和站、攪拌站和攪拌機等相關術語進行了定義，以求規范現場術語，主要如下。

(1)混凝土拌和站：指包括混凝土攪拌站、骨料存放區、試驗檢測區、保障系統、辦公區和生活區等具備混凝土生產、運輸、試驗等功能的綜合區域。

(2)混凝土攪拌站：指由供料、貯料、配料、攪拌、出料、控制等系統及結構部件組成，用于生產混凝土的成套機械設備及相關區域。

(3)混凝土攪拌機：指將一定配合比的水泥、骨料、水等攪拌物料攪拌成混凝土的機械。

4.2 拌和站分類和基本組成

據拌和站供應混凝土目標的不同，通用圖將拌和站分為線下工程混凝土拌和站和預制構件混凝土拌和站。拌和站主要由攪拌站(拌和區)、骨料存放區、試驗檢測區、保障系統、生活區和辦公區組成[9]。

4.3 拌和站生產能力[10]

(1)拌和站的生產能力主要由配備的攪拌站生產率、數量、工作班數、生產不平衡度等確定，線下工程混凝土拌和站理論生產率可按下式確定

Qh=n·Qz

(1)

式中Qh——拌和站理論生產率，m3/h；

n——攪拌站配備攪拌機的數量；

Qz——根據攪拌周期確定的單臺攪拌機生產率，m3/h。

需要特別注意的是，鐵路工程混凝土拌和站小時生產能力應根據攪拌站攪拌鐵路混凝土實際投料時間、實際攪拌周期、實際出料時間等綜合確定拌和站小時生產能力，不能根據攪拌站廠家銘牌標稱生產率確定，必要時應根據工程試驗確定拌和站小時生產能力。

(2)線下工程混凝土拌和站日產能力可按下式確定

Qd=a·C·t·Qh

(2)

式中Qd——拌和站日產能力，m3/d；

a——日產能力不均衡系數，可取0.5～0.8；

C——每日有效工作班數；

t——每班有效工作小時數；

Qh——拌和站理論生產率，m3/h。

(3)線下工程混凝土拌和站年產能力可按下式確定

Qy=K·y·Qd

(3)

式中Qy——拌和站年產能力，m3/a；

K——年產能力不均衡系數，可取0.65～0.7；

y——年有效工作天數；

Qd——拌和站日產能力，m3/d。

線下工程混凝土拌和站生產應具備適當超前能力，可按以下經驗設置線下工程混凝土拌和站生產能力：年產量20萬m3以下混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS90以下；年產量20萬～30萬m3混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS90～150；年產量30萬m3及以上混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS150以上。

預制構件(箱梁、T梁、軌道板、軌枕等)場內混凝土拌和站應根據預制構件生產數量、生產進度、混凝土要求、構件質量標準等工程技術和經濟條件計算確定拌和站各種生產能力參數，預制構件混凝土拌和站主要參數計算可參考文獻[11]。

4.4 平面布局

根據料倉、計量料斗等的相對位置不同，通用圖將拌和站布置形式分為“一”型、“二”型和“L”型等型式，應根據工程裝備和場地條件確定拌和站的平面布置形式。“一”型、“二”型和“L”型拌和站平面布置見圖1～圖3[12]。

4.5 骨料存放面積計算原則[11]

(1)骨料存放區面積的確定應考慮拌和站總體規劃、拌和站類型、生產速度、當地原材料生產供應情況與運輸方式確定。當采用公路運輸方式時，線下工程混凝土拌和站場內骨料存放區存料規模不宜小于5 d生產用量，預制構件混凝土拌和站場內存料規模不宜小于15 d生產用量，采用鐵路、水路等其他運輸方式時，應根據交通調度和混凝土供應計劃要求綜合確定儲存用量。

圖1 “一”型鐵路混凝土拌和站基本平面布置

圖2 “二”型鐵路混凝土拌和站基本平面布置

圖3 “L”型鐵路混凝土拌和站基本平面布置

(2)線下工程混凝土拌和站骨料年需求量可按下式計算

(4)

式中Qgy——骨料的年需要量，m3；

G——拌和站混凝土年生產量，m3；

A——每m3混凝土所需骨料的質量，kg/m3；

γ——骨料密度，kg/m3；

f——骨料的損耗系數，可取5%。

(3)線下工程混凝土拌和站骨料儲存量可按下式計算

(5)

式中P——儲存量，m3；

Qgy——骨料的年需要量，m3；

T——年工作天數；

n——儲存周期，d。

(4)線下工程混凝土拌和站骨料堆場面積可按下式計算

(6)

式中F——堆場面積，m2；

P——堆場應堆放的骨料數量，m3；

q——每一平方米堆場面積骨料儲存定額，m3/m2，采用鏟車為堆料工具時，可取2.0～3.0；

K——堆場面積利用系數，可取0.7。

通用圖中計算表格為確定線下工程混凝土拌和站骨料占地面積為基于限定工程條件下的計算結果，現場應根據工程實際進行拌和站骨料占地面積計算和調整。預制構件場內混凝土拌和站則應根據預制構件規劃生產數量、生產進度和所供混凝土自身要求等確定混凝土拌和站骨料占地面積。

4.6 基礎及附屬結構

通用圖將攪拌站基礎及附屬結構分為配料機基礎、皮帶機基礎、主機基礎、粉倉基礎、雨棚和骨料倉砌磚擋墻等，其設計遵循以下原則：

(1)攪拌站基礎應滿足承載力、剛度、穩定性和地基變形要求；攪拌站基礎的各種沉降應小于攪拌站的容許沉降值，不同基礎沉降差不宜超過4 mm。與攪拌站設備支撐的連接部位應進行局部承壓分析；

(2)攪拌站基礎根據地質情況和荷載的不同，可采用明挖基礎、板式基礎、樁基礎等形式，各種基礎宜各自獨立；

(3)拌和站結構設計按鐵路大型臨時工程考慮，使用壽命為5年；

(4)攪拌站基礎應按照設備制造單位提供的技術參數，對每種不同的基礎分別進行荷載分析，取每種基礎的最不利工況進行基礎設計；

(5)拌和站基礎和結構由于受條件限制而位于特殊土地基上，如濕陷性黃土、膨脹土、凍土等地基上，其設計應符合相應規范的規定；在不良地質上設置攪拌站基礎，應先進行地基處理，消除其不良性質后方可進行基礎設計和施工，混凝土拌和站地基處理技術可參考文獻[13]。

通用圖基礎及拌和站結構為限定地質、荷載等工程條件下編制，具體攪拌站基礎及拌和站結構應結合具體工程條件另行地基、基礎、結構計算和設計，設計成果應包含設計圖紙和計算書等。

4.7 拌和站安裝、調試、試驗與驗收

通用圖專門對拌和站安裝、調試、試驗和驗收作出了規定，主要如下。

(1)建設與設備安裝：拌和站應按場地規劃、輔助工程規劃、地基處理、基礎、混凝土和鋼結構相應規范及要求進行施工，并按相應規范進行驗收。

(2)設備調試：攪拌站設備調試應包括以下內容，檢查各氣路元件的氣密性、電氣元件的接線；檢查各開關、閥門及信號的靈活性;檢查各電機轉向；試驗和標稱；設置計算機相關參數。

(3)試驗：攪拌站試驗應包括空運轉試驗和負載試驗。

(4)驗收：攪拌站進行空運轉試驗和負載試驗后，方可按相關規定進行驗收。

5 結語

鐵路工程建設通用參考圖《混凝土拌和站》依托不同行業不同形式的拌和站規劃設計經驗，充分吸收相關課題科研成果進行編制，力求達到混凝土拌和站規劃設計標準化目標。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2008]189號 鐵路大型臨時工程和過渡工程設計暫行規定[S].北京：中國鐵道出版社，2008．

[2] 張言華.大臨工程設置與投資控制合理性分析[J].鐵路工程造價管理，2010(11):9-12．

[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2009]89號 關于加強鐵路大型臨時工程設計和審查工作的通知[Z].北京：鐵道部辦公廳，2009．

[4] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設函[2011]787號 關于盡快啟動鐵路工程可靠度標準編制工作的通知[Z].北京：鐵道部辦公廳，2011．

[5] 中華人民共和國鐵道部.建技函[2011]203號 關于印發“鐵路工程結構極限狀態法設計標準轉軌工作實施方案”評審會專家意見的通知[Z].北京：鐵道部建設管理司，2011．

[6] 中鐵第五勘察設計院集團有限公司.通臨(2012)8401 混凝土拌和站[S].北京：鐵道部經濟規劃研究院，2012．

[7] 中鐵第五勘察設計院集團有限公司.鐵路混凝土拌和站建設技術研究報告[R].北京：中鐵第五勘察設計院集團有限公司，2011．

[8] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2012]113號 鐵路混凝土拌和站機械配置指導意見[S].北京：中國鐵道出版社，2012．

[9] 中華人民共和國鐵道部.TB10441—2008 鐵路建設項目現場管理規范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2008．

[10] 趙國堂，李化建.高速鐵路高性能混凝土應用管理技術[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[11] 張立青.鐵路混凝土拌和站建設技術探析[J].國防交通工程與技術，2012(6):17-21．

[12] 中鐵三局集團有限公司，中鐵第五勘察設計院集團有限公司，等.鐵路工程混凝土拌和站技術指南(報批稿)[S].北京，2011．

[13] 張立青.鐵路客運專線箱梁預制場地基處理設計[J].路基工程，2010(1):103-105，108．

[14] 王金.《高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》內容要點及應用解析[J].鐵道標準設計，2012(6):70-73，78．