設皮帶輸送機卸料小車堆棚基礎優化設計探討

鄒 沁

（合肥水泥研究設計院有限公司， 安徽 合肥 230051）

0 引言

工藝背景介紹：船運物料→碼頭（通過皮帶輸送機運輸）→進入各自堆棚→卸料小車任意點卸料→鏟車→料斗（通過皮帶輸送機運輸）→各生產車間。

為了將水泥生產原料快速地從船上運輸到堆棚，相關專業廠家研發了皮帶輸送卸料小車，它兼顧皮帶輸送和卸料小車的優點，具有輸送量大，能耗低，可多點輸送的特點。

1 基本資料

以無錫市金久水泥有限公司 80萬噸/年水泥粉磨生產線建設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，卸料小車平臺標高 18.300m。堆料容重 r=16KN/m3，擋墻區堆料計算高度6.5m，內摩擦角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。主要地質由上至下依次為表土、粉質粘土、粉土夾層、粘土、粉質粘土和粘土，常年平均地下水位為1.31m。

表1 邊柱底荷載設計值

2 擋墻與邊柱基礎方案比選

2.1 比選方案一

根據工程地質情況、上部結構和地質勘察報告建議，適宜樁型為摩擦樁，擬采用預應力混凝土管樁。

直徑400mm預應力混凝土管樁試算，根據《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008計算，群樁水平承載力特征值 Rha=596KN，擋墻單位長度土壓力標準值Ea=216KN。

主動土壓力分項系數1.3，柱底剪力分項系數1.3。總剪力荷載設計值S=1.3×7.88×216+45=2257.7KN>Rha=596KN。

如采用直徑500mm預應力混凝土管樁，也不能滿足抗剪要求，計算過程同直徑“400mm預應力混凝土管樁”，在此不再贅述。因此，樁基方案不滿足。

2.2 比選方案二

本工程用地緊張，總圖布置緊湊，新建車間軸線離已有車間軸線僅2.5m，優先采用小直徑300mm預應力混凝土管樁。擬采用直徑300mm預應力混凝土管樁、壓實的①層表土共同受力，其上設300mm厚級配砂石褥墊層的復合地基方案。單樁承載力特征值Ra=489.0KN，按《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2012計算復合地基承載力fspk=290KPa，經過驗算，地基承載力驗算滿足要求。

2.3 擋墻與邊柱基礎沉降計算（工況：滿料）

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

3 中柱基礎方案比選

3.1 中柱基本信息

堆料容重r=16KN/m3，中柱堆料計算高度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應力管樁復合地基，結合中柱荷載和堆料荷載，天然地基無法滿足承載力和地基變形要求，擬采用樁基。下面就兩樁承臺方案、三樁承臺方案進行比選。

3.2 比選方案一-兩樁承臺

該方案在堆棚主受力方向，也即橫向設置兩樁，縱向設置承臺梁。該方案能結構滿足設計要求，但該方案存在正常使用方面較大問題，承臺梁截面剛度較大，自身變形較小，承臺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，承臺梁處地面與天然地基地面沉降差很大，地面開裂，影響正常使用，且觀感不佳。

3.3 比選方案二-三樁承臺2

3.3.1 三樁水平承載力特征值計算

計算過程同“邊柱預應力混凝土管樁”，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，滿足要求。樁基豎向承載力計算在此不再贅述。平均壓縮模量 Es=8.0MPa,樁基沉降計算經驗系數ψ=1.680 ，樁基中心點沉降量S=ψS=11.6mm。根據上表，可計算出在滿料，且柱底軸力最大工況下，中柱樁基沉降量為22.8mm。

3.3.2 樁基沉降計算

（1）樁基沉降量計算

表12 各種不利工況下基礎沉降量

《建筑地基基礎設計規范》GB 50007-2011第5.3.4條對此類結構地基變形允許值無明確規定，參考表第5.3.4條中單層排架結構(柱距為6m)柱基的地基變形允許值120mm>MAX（79.5，22.8）=79.5mm，基礎沉降量滿足規范要求。

（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，堆料高度一般會逐步變化，相鄰柱基承受物料荷載也逐步變化，柱傳來的上部結構荷載也相差不大，所以，相鄰柱基承受的荷載相差非常小，在基礎類型、參數相同的情況下，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沉降差

《建筑地基基礎設計規范》GB 50007-2011第5.3.4條對此類結構地基變形允許值無明確規定，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，傾斜滿足規范要求。

5 結論

堆棚邊柱與擋墻采用方案二預應力混凝土管樁和土復合地基，以及中柱方案二采用三樁樁承臺可滿足工藝使用要求、承載力和變形限值要求，安全可靠；施工簡便可行；基礎施工工期可縮短約30%，造價可降低約50%，經濟指標良好；同時，避免了灌注樁施工護壁泥漿污染環境。