公路工程混凝土拌合站選址方案研究

張國峰

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京 100041)

在公路工程建設項目施工過程中，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一步降低，與此同時，拌合站的位置，不但會對混凝土質量產生影響，還會影響施工進度。因此，施工單位應以實際施工情況為基礎，合理設計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段改建工程項目為例，對如何進行水泥混凝土拌合站選址方案的比選進行研究。

1 工程概況

國道G205津冀界黃驊繞城公路改建項目是河北與天津、山東等地貫通的交通要道，對構建京津冀一體化綜合交通運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準建設,設計時速80 km，路基寬度25.5 m。全線設置特大橋1座，大橋2座，中橋5座，橋涵設計汽車荷載采用公路-Ⅰ級，路面面層采用瀝青混凝土結構,結構層厚度通過計算確定。項目需要生產橋梁混凝土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

根據項目混凝土生產數量，結合當地市場資源和供求情況，為保證能及時向項目供應混凝土以滿足項目關鍵工序要求，實現項目整體施工生產進度和工程質量達到預期目標，經過項目管理團隊分析研究，制定了在施工現場建設水泥混凝土拌合站、項目部自行供應混凝土的方案[1]。混凝土攪拌站建設施工布局原則如下:

1)少占耕地原則。嚴格控制用地指標，合理統籌臨時用地，降低混凝土攪拌站臨時用地規模，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，遠離鄉村，交通便利，有利于機械設備和工程材料運輸，減少施工對當地居民的干擾，盡量就近利用附近既有道路和公路。

3)合理利用現有資源原則。便于施工管理，充分利用當地勞動力和企業現有設備，建設文明工地、智能工地。

4)車間、營地安全原則。臨時攪拌站建設要盡量遠離危險源，避開落石、滑坡、泥石流、洪災等易發自然災害的地址以及車輛密集危險性大的區域，盡量選擇設施完善的場地。

5)以基建成本最低為原則。通過市場調研與現場調查，對混凝土攪拌站各地址建設方案的建設成本進行測算，選擇投入成本最低的建設方案。

6)以運距最短為原則。以方便混凝土運輸到施工現場，對項目總體混凝土供應的平均運距最短為選址的依據。

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

根據現場調查，初步選定了三個擬建地址：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、運輸距離、選址處地質、距離村莊遠近等幾個方面進行比較[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車輛通行，據現場調查了解國道G205是天津至黃驊的主要干線，大型重載汽車車流量較大，經常性交通堵塞并且持續時間較長。

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

該區域土質松軟，坑洼淤泥面積較大，考慮到場內車輛均為重載車輛，經檢測既有地面不能滿足車輛正常行駛，需對場內道路和砂石料倉位置地基進行加固處理，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。

據現場調查了解該區域曾為石油開采區，地下比較空曠，因此水泥及粉煤灰儲料罐基礎采用預應力混凝土管樁+二級鋼筋混凝土承臺，管樁長度15 m，樁徑40 cm，需進行基礎地基承載力檢算。

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

占地面積1.4萬m2，交通比較便利。遠離城鎮,對周邊污染少，施工現場用電由既有10 kV高壓線作為提供點由架空線統一接入，通過施工區域時接入已設置好的變壓器(500 kV)，然后接入施工現場。現場施工用水采用打井取水；每年11.25元/m2，包括地上附作物補償，租賃期滿后恢復至原貌。

該區域地勢平坦、土質堅硬，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，距離主線路1 km，距離子牙河特大橋2.5 km，預制梁場3 km。

占地面積15 000 m2，距離村莊較近，周邊設有兩家石油工廠，水質污染嚴重，土地所有人涉及多家，容易產生糾紛,每年9.450元/m2。

該區域地質與北排河附近地質情況接近，地形平坦土質堅硬。

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 各選址方案經濟性分析

對三個擬選址方案的直接費(租地、硬化、地基處理等)和運費分別進行測算，然后匯總成建設總費用，治超站攪拌站建設費用502.18萬元；北排河攪拌站建設費用198.48萬元；北堤橋攪拌站建設費用226.80萬元。經過計算，在北排河設攪拌站建設費用最低。各擬選方案費用見表2[3]。

表2 各擬建攪拌站建設費用比較表

3.5 北排河選址方案技術可行性

經過查閱地質報告表明，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；根據基礎假設確定為4.5 m×3 m×18 m，水泥罐獨立狀態的最大起吊高度H0=21 m，計算高度H=21 m，水泥罐身桁架結構為圓鋼管，桁架結構寬度B=2.121 m，基礎扇形布置，見圖1。按照基礎尺寸檢算地基承載力。

3.5.1 基礎荷載值

1)豎向荷載計算(外力)。

作用在基礎頂面的荷載有豎向力、水平剪力、彎矩，統一按照中心受壓基礎檢算。罐體荷載計算：

豎向荷載設計值：

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

混凝土基礎荷載設計值：

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

2)基礎軸心荷載作用應力。

Pk=(10 314+7 290)/(18×4.5)=217 kPa。

3.5.2 基礎底面壓力驗算

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。

軸心作用時地基承載力驗算：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荷載要求。

3.5.3 基礎抗傾覆計算

當水泥都是空罐，在最大風力時，基礎的抗傾覆能力最小，根據力學公式：

W=K1K2K3K4W0=K1K2K3K4V2/1.6。

其中，K1,K2,K3,K4均為風荷載系數，取0.8,1.1,1.0,1.0。

基本風壓：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。

風荷載強度W=K1K2K3K4W0=0.8×1.1×1.0×1.0×0.504=0.443 kPa。

4個罐體有效受風面積A=12.5×4.12×4=206 m2。

所受的風力：F=W×A=0.443×206=91.3 kN。

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

風力作用高度：H=5.7+12.5/2=11.95 m。

風力產生的力矩：M風=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，重力作用在水泥儲存罐支腿的一個面上，則D=2.12 m。

重力產生的力矩：M重=G×D=2 560×2.12=5 427 kN·m。

M風

通過對基礎的地面應力和抗傾覆穩定性檢算，北排河攪拌站處地基能滿足承載要求，能夠防止十級大風的風力，技術上滿足建站要求。

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制梁場及特大橋，混凝土運輸干擾因素少，能夠確保混凝土運輸過程中的質量；混凝土運輸距離短，沿途車流量小，因此混凝土運輸干擾因素少，能夠保證現場施工進度；此區域地勢地質條件好，在設置鋼筋混凝土基礎后，地基承載力能夠滿足拌合站的最大荷載，不會產生安全事故。

北排河建站地基承載力滿足要求，抗顛覆能力強、穩定性好、技術上可行；另外北排河建站建設費用最低(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%。

通過對三種方案進行優劣勢及經濟、技術等綜合因素比較后得出：在北排河建站造價低、混凝土運輸車輛及廠區生產受外界影響最低，不會影響混凝土生產進度，安全可靠性高，對項目的控制有利，可作為建設拌合站的首選方案。

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

5 結語

為保障混凝土拌合站正常運轉，管理人員應從宏觀角度出發，做好綜合分析，結合實際狀態做好選址方案細節控制以及管理，保障混凝土拌合站建設位置合理。與此同時，在選址過程中，要從混凝土安全質量控制角度著手，保障拌合站能夠發揮出自身價值，提升工程施工效率。