混凝土拌和站設計與應用

張新文

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

為適應鐵路總公司對鐵路工地混凝土拌和站標準化管理的有關要求，大力推行現代化管理手段，構筑科學系統的標準化管理體系，充分發揮機械化、工廠化、專業化、信息化施工的優勢，促進鐵路建設施工管理的標準化、規范化、精細化，規范工程現場管理，全面提升工程質量、安全、環保管理水平和行業文明施工形象，保障工程質量安全。鐵路沿線主體工程的混凝土必須由工廠化的集中拌和站統一供應，嚴禁使用小型分散拌和的混凝土。因此，設計單位應在現場調查的基礎上，按照全線施工組織設計的方案，對鐵路沿線混凝土拌和站進行專項設計，確定拌和站建設標準、數量以及站址布置等，并將相關費用納入概算，以滿足鐵路工廠化施工及信息化、標準化管理的要求。

1 混凝土拌和站的外業調查

鐵路工程的混凝土拌和站按其主要服務的對象可分為線下工程拌和站和預制梁(軌枕、軌道板)場拌和站。后者是根據梁場及枕、板場的選址來確定，前者應結合鐵路沿線的工程情況、拌和物使用時間要求及建場條件，經技術經濟比選后確定。本文主要是對線下工程拌和站的設計進行簡要說明。外業調查前應收集本線路的平、縱斷面圖，了解本項目的主要技術標準及路橋隧工程的分布情況，并搜集類似項目的每路基公里、橋梁公里、隧道公里的混凝土用量情況，粗略估算本項目線下工程總的混凝土用量。對于鐵路沿線大于1 km的橋隧工程應盡量在平面圖上進行標注，大于4 km的隧道以及設置了輔助坑道的隧道，應在平面圖上予以特別標注。一般情況下，小于4 km的隧道及相連的橋梁、路基工程，可依據沿線的交通情況、建材分布情況及建場的條件，拌和站設置在其供應范圍的中間位置附近;大于4 km且交通不便的隧道工程，其進出口工區的混凝土可考慮由不同的拌和站進行供應，但各拌和站應兼顧隧道兩端的隧道和橋梁工程;長大隧道的輔助坑道工區，若鄰近的兩工區距離較遠且交通不便時，可考慮單獨設置拌和站。

2 混凝土拌和站的選址原則

混凝土拌和站的選址應根據拌和站設計供應范圍內混凝土需求情況，結合區段內的建場條件、材料運輸條件和工程條件，從滿足工期、供應強度、拌和物使用時間要求以及合理造價等方面進行技術經濟比選后確定。拌和站分布首先應滿足混凝土運輸時間要求，其供應半徑不宜大于15 km。混凝土運輸過程中，應確保混凝土不發生離析、漏漿及坍落度損失過多的現象，混凝土從加水攪拌至入模澆筑的最長時間，應由試驗室根據水泥的初凝時間和施工氣溫來確定，當無試驗數據時，可參考表1執行。

表1 混凝土拌和物運輸時間限制 min

拌和站選點應考慮其供應范圍內混凝土的需求情況，盡量設置在混凝土需求集中地段，以減少混凝土運輸的平均運距，從而減少工程投資。混凝土需求量可根據類似項目或本項目(已開展設計)的消耗量指標，估算其分段路基、橋梁、隧道的混凝土用量，以此來確定混凝土需求的集中地段。拌和站選點應考慮其供應范圍內工程分布情況及交通運輸情況，拌和站到各工點力求都比較方便。拌和站布點時應先粗略計算其至各工區工點(如隧道的進口、出口、輔助坑道)的距離，并依據道路情況、混凝土運輸時間要求來進行比較和調整。拌和站應選擇交通、水、電、通信均較為便利的位置，盡量臨近既有公路，并與既有公路或施工便道相連，以利于裝備、材料和混凝土進出場原則。拌和站盡量選擇在征地拆遷及復墾量少，地質狀況好，土石方工程和基礎加固較少的平坦地域，并盡量避開居民集中的地帶。拌和站的設置應盡量靠近砂、石、水泥等原材料料源點，并滿足原材料及拌和后的混凝土運輸費用之和最小。拌和站盡量設置在地勢較高，水源豐富，排水通暢的區域，并考慮防洪與排澇要求，嚴禁設置在泥石流、滑坡體等危險區域，與集中爆破區、通信、天然氣等地下管線保持一定距離，以確保施工安全。

3 混凝土拌和站的設備選型

混凝土拌和站拌和設備每小時生產能力的確定，由兩個方面的因素決定:最大日混凝土需求量以及連續時間內混凝土的澆筑強度。

1)由最大日混凝土需求量計算拌和設備的每小時需要完成的產量:

其中，Qh1為混凝土拌和設備每小時產量，m3/h;Q為最大日混凝土需求量;C為每日有效工作臺班，可取2～3;t為每班有效工作小時，可取6～7;K1為拌和設備日生產能力不均衡系數，可取0.5 ～0.8。

2)由連續時間內混凝土的澆筑強度計算拌和設備每小時需要完成的產量:

其中，Qh2為混凝土拌和設備每小時產量，m3/h;Q為連續澆筑混凝土需求量;T為連續澆筑時間。

3)混凝土拌和站拌和設備每小時生產能力的確定。

其中，Qh為混凝土拌和設備每小時生產能力，m3/h;K2為拌和設備效率系數，一般取0.5 ～0.85。

鐵路工程混凝土拌和站每小時生產能力(即實際的生產效率)應根據攪拌站攪拌混凝土實際投料時間、實際攪拌周期、實際出料時間及出料容積、出料系數等綜合計算確定，不能按攪拌站廠家標稱的生產率計算，必要時應根據試驗數據來確定。

4)混凝土拌和站拌和設備的選型。根據計算出的拌和設備每小時生產能力(Qh)，確定混凝土拌和站的生產設備，所選擇的拌和設備的生產能力Q選≥Qh;再依據混凝土拌和站的攪拌設備，配備相關的輔助設備，如水泥罐、粉煤灰罐、混凝土運輸車、變壓器設備等。混凝土攪拌站的規格大小是按其每小時的理論生產來命名的。目前，我國常用的規格有:HZS35，HZS50，HZS60，HZS75，HZS90，HZS120，HZS150，HZS180，HZS240 等。如:HZS75是指每小時生產能力為75 m3的攪拌站，主機為雙臥軸強制式攪拌機。若是主機用單臥軸則型號為HZD75。混凝土攪拌站又可分為單機站和雙機站。單機站即每個攪拌站有一個攪拌主機，雙機站有兩個攪拌主機，每個攪拌主機對應一個出料口，因此，雙機攪拌站是單機攪拌站生產能力的2倍，比如2HZS75指攪拌能力為2×75=150 m3/h的雙機攪拌站。鐵路工程的特點是施工工點較為分散，山區地帶交通不便，一次性澆筑的混凝土數量較大并且質量要求較高，因此鐵路混凝土攪拌站按一主一副的雙機配制。特殊情況下，如較近處設置有其他混凝土拌和站可增援時，并能保證混凝土連續供應滿足工程要求，可設置為單機攪拌站。鐵路混凝土拌和站采用周期式雙臥軸強制式(HZS)攪拌主機。鐵路線下工程混凝土拌和站可依據以下經驗數據進行選型:年產量20萬m3以下混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS90以下;年產量在20萬m3～30萬m3混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS90～2HZS150，年產量30萬m3以上混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS150以上。

4 混凝土拌和站的平面布置

混凝土拌和站主要由攪拌站、骨料存放區、試驗檢測區、保障系統、生活區和辦公區組成。

攪拌站是用于生產混凝土的成套設備，包括攪拌機、骨料、粉料、水和液體外加劑等物料的貯存系統、輸送系統、稱量系統、控制系統五大系統和其他附屬設施。骨料存放區分為細骨料存放區及不同粒徑的粗骨料存放區，并按待檢區和已檢區分開設置，骨料的儲備量宜滿足連續3 d～5 d生產的需求。保障系統主要由供電系統、給水系統、供熱系統、排水排污系統、運輸車存放區、油罐存放區、工具房及運輸通道等組成。混凝土拌和站布局應結合場地條件，根據拌和站類型、存儲骨料數量、占地面積的不同進行拌和站布局。拌和站的平面布置，應根據現場地形，因地制宜，力求緊湊，滿足裝備生產工藝和生產效率要求，做到工序銜接合理，功能區緊密配合，人、物、機流便捷通暢，以提高土地利用率和拌和站生產效率，拌和站生產規模應適度并留有余量。混凝土拌和站在拌和設備確定后，其規模主要由骨料存放區的存料數量控制。鐵路線下工程拌和站內的骨料儲備量一般可按滿足連續5 d生產的需求考慮。不同骨料存放區之間應設置隔墻，骨料堆高不宜超過3.0 m。骨料的堆場面積可按下式計算:

其中，M為堆場面積，m2;Qd為拌和站混凝土日生產量，m3/d;K1為拌和設備日生產能力不均衡系數，可取0.5～0.8;V為每立方米混凝土所需粗或細骨料的體積，m3;f為骨料的損耗系數，可取5%;n為儲存周期，可取5 d;q為每平方米堆場面積可儲存的骨料數量，m3/m2，可取2.0 ～3.0;K 為堆場面積利用系數，可取0.7。

鐵路線下工程混凝土拌和站占地面積與其生產能力成正比，總的占地面積約為12畝～32畝，骨料存放區的堆場面積一般占拌和站總面積的30%左右。

5 應用示例

某客運專線建設項目中的一段，起訖里程為DK1+995～DK61+245，新建正線長59.32 km。主要工程量有:路基長約3.41 km，占線路全長的5.7%，橋梁30座約11.37 km，占線路全長的19.2%，隧道18座44.54 km，占線路全長的75.1%，橋隧合計占線路全長94.3%。車站2個。本線大于4 km的隧道5座，31.95 km，其中2座大于8 km的隧道有輔助坑道;大于3 km但小于4 km的隧道2座，6.08 km，其余為小于2 km的隧道。Ⅱ級、Ⅲ級圍巖約占隧道總長的80%，Ⅳ級、Ⅴ級圍巖約占20%。隧道平均每延米混凝土用量約為31 m3;本段線路位于山區地帶，路基擋護圬工較大，路基平均每延米混凝土用量約為35 m3;橋梁下部建筑及連續梁平均每延米混凝土用量約為38 m3。初步估算線下工程的混凝土用量約為193萬m3。按照上述的設計原則進行混凝土拌和站的布點，本線拌和站初步擬設置為10處，詳細資料見表2。

表2 混凝土拌和站初步設置表

兩隧道間混凝土拌和站的設備選型:隧道單口每月成洞按160 m計算，隧道每延米混凝土用量為31 m3，則單工作面每日最大混凝土需求量為194.5 m3，由于拌和站是向大、小里程兩個工作面同時供應混凝土，因此混凝土每日最大需求量約為400 m3。再由每日需求量計算出混凝土拌和設備每小時需要的生產能力Qh，并考慮一定的富余量。由于鐵路工程點多面廣，質量要求高，故按雙機站進行設備配置，本拌和站混凝土攪拌機可選擇為2HZS90。

［1］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］.

［2］經規標準函［2012］126號，鐵路工程建設混凝土拌和站通用參考圖［Z］.