混凝土拌和站設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張新文

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

為適應(yīng)鐵路總公司對(duì)鐵路工地混凝土拌和站標(biāo)準(zhǔn)化管理的有關(guān)要求，大力推行現(xiàn)代化管理手段，構(gòu)筑科學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，充分發(fā)揮機(jī)械化、工廠化、專業(yè)化、信息化施工的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)鐵路建設(shè)施工管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細(xì)化，規(guī)范工程現(xiàn)場(chǎng)管理，全面提升工程質(zhì)量、安全、環(huán)保管理水平和行業(yè)文明施工形象，保障工程質(zhì)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(tǒng)一供應(yīng)，嚴(yán)禁使用小型分散拌和的混凝土。因此，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照全線施工組織設(shè)計(jì)的方案，對(duì)鐵路沿線混凝土拌和站進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，確定拌和站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)量以及站址布置等，并將相關(guān)費(fèi)用納入概算，以滿足鐵路工廠化施工及信息化、標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求。

1 混凝土拌和站的外業(yè)調(diào)查

鐵路工程的混凝土拌和站按其主要服務(wù)的對(duì)象可分為線下工程拌和站和預(yù)制梁(軌枕、軌道板)場(chǎng)拌和站。后者是根據(jù)梁場(chǎng)及枕、板場(chǎng)的選址來確定，前者應(yīng)結(jié)合鐵路沿線的工程情況、拌和物使用時(shí)間要求及建場(chǎng)條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后確定。本文主要是對(duì)線下工程拌和站的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。外業(yè)調(diào)查前應(yīng)收集本線路的平、縱斷面圖，了解本項(xiàng)目的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及路橋隧工程的分布情況，并搜集類似項(xiàng)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(xiàng)目線下工程總的混凝土用量。對(duì)于鐵路沿線大于1 km的橋隧工程應(yīng)盡量在平面圖上進(jìn)行標(biāo)注，大于4 km的隧道以及設(shè)置了輔助坑道的隧道，應(yīng)在平面圖上予以特別標(biāo)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(jù)沿線的交通情況、建材分布情況及建場(chǎng)的條件，拌和站設(shè)置在其供應(yīng)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(jìn)出口工區(qū)的混凝土可考慮由不同的拌和站進(jìn)行供應(yīng)，但各拌和站應(yīng)兼顧隧道兩端的隧道和橋梁工程;長(zhǎng)大隧道的輔助坑道工區(qū)，若鄰近的兩工區(qū)距離較遠(yuǎn)且交通不便時(shí)，可考慮單獨(dú)設(shè)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(yīng)根據(jù)拌和站設(shè)計(jì)供應(yīng)范圍內(nèi)混凝土需求情況，結(jié)合區(qū)段內(nèi)的建場(chǎng)條件、材料運(yùn)輸條件和工程條件，從滿足工期、供應(yīng)強(qiáng)度、拌和物使用時(shí)間要求以及合理造價(jià)等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后確定。拌和站分布首先應(yīng)滿足混凝土運(yùn)輸時(shí)間要求，其供應(yīng)半徑不宜大于15 km?；炷吝\(yùn)輸過程中，應(yīng)確?；炷敛话l(fā)生離析、漏漿及坍落度損失過多的現(xiàn)象，混凝土從加水?dāng)嚢柚寥肽仓淖铋L(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)由試驗(yàn)室根據(jù)水泥的初凝時(shí)間和施工氣溫來確定，當(dāng)無試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可參考表1執(zhí)行。

表1 混凝土拌和物運(yùn)輸時(shí)間限制 min

拌和站選點(diǎn)應(yīng)考慮其供應(yīng)范圍內(nèi)混凝土的需求情況，盡量設(shè)置在混凝土需求集中地段，以減少混凝土運(yùn)輸?shù)钠骄\(yùn)距，從而減少工程投資?；炷列枨罅靠筛鶕?jù)類似項(xiàng)目或本項(xiàng)目(已開展設(shè)計(jì))的消耗量指標(biāo)，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(diǎn)應(yīng)考慮其供應(yīng)范圍內(nèi)工程分布情況及交通運(yùn)輸情況，拌和站到各工點(diǎn)力求都比較方便。拌和站布點(diǎn)時(shí)應(yīng)先粗略計(jì)算其至各工區(qū)工點(diǎn)(如隧道的進(jìn)口、出口、輔助坑道)的距離，并依據(jù)道路情況、混凝土運(yùn)輸時(shí)間要求來進(jìn)行比較和調(diào)整。拌和站應(yīng)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(jìn)出場(chǎng)原則。拌和站盡量選擇在征地拆遷及復(fù)墾量少，地質(zhì)狀況好，土石方工程和基礎(chǔ)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(shè)置應(yīng)盡量靠近砂、石、水泥等原材料料源點(diǎn)，并滿足原材料及拌和后的混凝土運(yùn)輸費(fèi)用之和最小。拌和站盡量設(shè)置在地勢(shì)較高，水源豐富，排水通暢的區(qū)域，并考慮防洪與排澇要求，嚴(yán)禁設(shè)置在泥石流、滑坡體等危險(xiǎn)區(qū)域，與集中爆破區(qū)、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(shè)備選型

混凝土拌和站拌和設(shè)備每小時(shí)生產(chǎn)能力的確定，由兩個(gè)方面的因素決定:最大日混凝土需求量以及連續(xù)時(shí)間內(nèi)混凝土的澆筑強(qiáng)度。

1)由最大日混凝土需求量計(jì)算拌和設(shè)備的每小時(shí)需要完成的產(chǎn)量:

其中，Qh1為混凝土拌和設(shè)備每小時(shí)產(chǎn)量，m3/h;Q為最大日混凝土需求量;C為每日有效工作臺(tái)班，可取2～3;t為每班有效工作小時(shí)，可取6～7;K1為拌和設(shè)備日生產(chǎn)能力不均衡系數(shù)，可取0.5 ～0.8。

2)由連續(xù)時(shí)間內(nèi)混凝土的澆筑強(qiáng)度計(jì)算拌和設(shè)備每小時(shí)需要完成的產(chǎn)量:

其中，Qh2為混凝土拌和設(shè)備每小時(shí)產(chǎn)量，m3/h;Q為連續(xù)澆筑混凝土需求量;T為連續(xù)澆筑時(shí)間。

3)混凝土拌和站拌和設(shè)備每小時(shí)生產(chǎn)能力的確定。

其中，Qh為混凝土拌和設(shè)備每小時(shí)生產(chǎn)能力，m3/h;K2為拌和設(shè)備效率系數(shù)，一般取0.5 ～0.85。

鐵路工程混凝土拌和站每小時(shí)生產(chǎn)能力(即實(shí)際的生產(chǎn)效率)應(yīng)根據(jù)攪拌站攪拌混凝土實(shí)際投料時(shí)間、實(shí)際攪拌周期、實(shí)際出料時(shí)間及出料容積、出料系數(shù)等綜合計(jì)算確定，不能按攪拌站廠家標(biāo)稱的生產(chǎn)率計(jì)算，必要時(shí)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定。

4)混凝土拌和站拌和設(shè)備的選型。根據(jù)計(jì)算出的拌和設(shè)備每小時(shí)生產(chǎn)能力(Qh)，確定混凝土拌和站的生產(chǎn)設(shè)備，所選擇的拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力Q選≥Qh;再依據(jù)混凝土拌和站的攪拌設(shè)備，配備相關(guān)的輔助設(shè)備，如水泥罐、粉煤灰罐、混凝土運(yùn)輸車、變壓器設(shè)備等?；炷翑嚢枵镜囊?guī)格大小是按其每小時(shí)的理論生產(chǎn)來命名的。目前，我國(guó)常用的規(guī)格有:HZS35，HZS50，HZS60，HZS75，HZS90，HZS120，HZS150，HZS180，HZS240 等。如:HZS75是指每小時(shí)生產(chǎn)能力為75 m3的攪拌站，主機(jī)為雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)。若是主機(jī)用單臥軸則型號(hào)為HZD75?；炷翑嚢枵居挚煞譃閱螜C(jī)站和雙機(jī)站。單機(jī)站即每個(gè)攪拌站有一個(gè)攪拌主機(jī)，雙機(jī)站有兩個(gè)攪拌主機(jī)，每個(gè)攪拌主機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)出料口，因此，雙機(jī)攪拌站是單機(jī)攪拌站生產(chǎn)能力的2倍，比如2HZS75指攪拌能力為2×75=150 m3/h的雙機(jī)攪拌站。鐵路工程的特點(diǎn)是施工工點(diǎn)較為分散，山區(qū)地帶交通不便，一次性澆筑的混凝土數(shù)量較大并且質(zhì)量要求較高，因此鐵路混凝土攪拌站按一主一副的雙機(jī)配制。特殊情況下，如較近處設(shè)置有其他混凝土拌和站可增援時(shí)，并能保證混凝土連續(xù)供應(yīng)滿足工程要求，可設(shè)置為單機(jī)攪拌站。鐵路混凝土拌和站采用周期式雙臥軸強(qiáng)制式(HZS)攪拌主機(jī)。鐵路線下工程混凝土拌和站可依據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選型:年產(chǎn)量20萬m3以下混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS90以下;年產(chǎn)量在20萬m3～30萬m3混凝土拌和站，拌和站宜選擇2HZS90～2HZS150，年產(chǎn)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(qū)、試驗(yàn)檢測(cè)區(qū)、保障系統(tǒng)、生活區(qū)和辦公區(qū)組成。

攪拌站是用于生產(chǎn)混凝土的成套設(shè)備，包括攪拌機(jī)、骨料、粉料、水和液體外加劑等物料的貯存系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五大系統(tǒng)和其他附屬設(shè)施。骨料存放區(qū)分為細(xì)骨料存放區(qū)及不同粒徑的粗骨料存放區(qū)，并按待檢區(qū)和已檢區(qū)分開設(shè)置，骨料的儲(chǔ)備量宜滿足連續(xù)3 d～5 d生產(chǎn)的需求。保障系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、排水排污系統(tǒng)、運(yùn)輸車存放區(qū)、油罐存放區(qū)、工具房及運(yùn)輸通道等組成。混凝土拌和站布局應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地條件，根據(jù)拌和站類型、存儲(chǔ)骨料數(shù)量、占地面積的不同進(jìn)行拌和站布局。拌和站的平面布置，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形，因地制宜，力求緊湊，滿足裝備生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)效率要求，做到工序銜接合理，功能區(qū)緊密配合，人、物、機(jī)流便捷通暢，以提高土地利用率和拌和站生產(chǎn)效率，拌和站生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)適度并留有余量?；炷涟韬驼驹诎韬驮O(shè)備確定后，其規(guī)模主要由骨料存放區(qū)的存料數(shù)量控制。鐵路線下工程拌和站內(nèi)的骨料儲(chǔ)備量一般可按滿足連續(xù)5 d生產(chǎn)的需求考慮。不同骨料存放區(qū)之間應(yīng)設(shè)置隔墻，骨料堆高不宜超過3.0 m。骨料的堆場(chǎng)面積可按下式計(jì)算:

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

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

5 應(yīng)用示例

某客運(yùn)專線建設(shè)項(xiàng)目中的一段，起訖里程為DK1+995～DK61+245，新建正線長(zhǎng)59.32 km。主要工程量有:路基長(zhǎng)約3.41 km，占線路全長(zhǎng)的5.7%，橋梁30座約11.37 km，占線路全長(zhǎng)的19.2%，隧道18座44.54 km，占線路全長(zhǎng)的75.1%，橋隧合計(jì)占線路全長(zhǎng)94.3%。車站2個(gè)。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(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖約占隧道總長(zhǎng)的80%，Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)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(qū)地帶，路基擋護(hù)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(xù)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(shè)計(jì)原則進(jìn)行混凝土拌和站的布點(diǎn)，本線拌和站初步擬設(shè)置為10處，詳細(xì)資料見表2。

表2 混凝土拌和站初步設(shè)置表

兩隧道間混凝土拌和站的設(shè)備選型:隧道單口每月成洞按160 m計(jì)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(gè)工作面同時(shí)供應(yīng)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(jì)算出混凝土拌和設(shè)備每小時(shí)需要的生產(chǎn)能力Qh，并考慮一定的富余量。由于鐵路工程點(diǎn)多面廣，質(zhì)量要求高，故按雙機(jī)站進(jìn)行設(shè)備配置，本拌和站混凝土攪拌機(jī)可選擇為2HZS90。

［1］鐵建設(shè)［2008］189號(hào)，鐵路大型臨時(shí)工程和過渡工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.

［2］經(jīng)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)函［2012］126號(hào)，鐵路工程建設(shè)混凝土拌和站通用參考圖［Z］.