混凝土拌和站设计与应用

张新文

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

0 引言

为适应铁路总公司对铁路工地混凝土拌和站标准化管理的有关要求，大力推行现代化管理手段，构筑科学系统的标准化管理体系，充分发挥机械化、工厂化、专业化、信息化施工的优势，促进铁路建设施工管理的标准化、规范化、精细化，规范工程现场管理，全面提升工程质量、安全、环保管理水平和行业文明施工形象，保障工程质量安全。铁路沿线主体工程的混凝土必须由工厂化的集中拌和站统一供应，严禁使用小型分散拌和的混凝土。因此，设计单位应在现场调查的基础上，按照全线施工组织设计的方案，对铁路沿线混凝土拌和站进行专项设计，确定拌和站建设标准、数量以及站址布置等，并将相关费用纳入概算，以满足铁路工厂化施工及信息化、标准化管理的要求。

1 混凝土拌和站的外业调查

铁路工程的混凝土拌和站按其主要服务的对象可分为线下工程拌和站和预制梁(轨枕、轨道板)场拌和站。后者是根据梁场及枕、板场的选址来确定，前者应结合铁路沿线的工程情况、拌和物使用时间要求及建场条件，经技术经济比选后确定。本文主要是对线下工程拌和站的设计进行简要说明。外业调查前应收集本线路的平、纵断面图，了解本项目的主要技术标准及路桥隧工程的分布情况，并搜集类似项目的每路基公里、桥梁公里、隧道公里的混凝土用量情况，粗略估算本项目线下工程总的混凝土用量。对于铁路沿线大于1 km的桥隧工程应尽量在平面图上进行标注，大于4 km的隧道以及设置了辅助坑道的隧道，应在平面图上予以特别标注。一般情况下，小于4 km的隧道及相连的桥梁、路基工程，可依据沿线的交通情况、建材分布情况及建场的条件，拌和站设置在其供应范围的中间位置附近;大于4 km且交通不便的隧道工程，其进出口工区的混凝土可考虑由不同的拌和站进行供应，但各拌和站应兼顾隧道两端的隧道和桥梁工程;长大隧道的辅助坑道工区，若邻近的两工区距离较远且交通不便时，可考虑单独设置拌和站。

2 混凝土拌和站的选址原则

混凝土拌和站的选址应根据拌和站设计供应范围内混凝土需求情况，结合区段内的建场条件、材料运输条件和工程条件，从满足工期、供应强度、拌和物使用时间要求以及合理造价等方面进行技术经济比选后确定。拌和站分布首先应满足混凝土运输时间要求，其供应半径不宜大于15 km。混凝土运输过程中，应确保混凝土不发生离析、漏浆及坍落度损失过多的现象，混凝土从加水搅拌至入模浇筑的最长时间，应由试验室根据水泥的初凝时间和施工气温来确定，当无试验数据时，可参考表1执行。

表1 混凝土拌和物运输时间限制 min

拌和站选点应考虑其供应范围内混凝土的需求情况，尽量设置在混凝土需求集中地段，以减少混凝土运输的平均运距，从而减少工程投资。混凝土需求量可根据类似项目或本项目(已开展设计)的消耗量指标，估算其分段路基、桥梁、隧道的混凝土用量，以此来确定混凝土需求的集中地段。拌和站选点应考虑其供应范围内工程分布情况及交通运输情况，拌和站到各工点力求都比较方便。拌和站布点时应先粗略计算其至各工区工点(如隧道的进口、出口、辅助坑道)的距离，并依据道路情况、混凝土运输时间要求来进行比较和调整。拌和站应选择交通、水、电、通信均较为便利的位置，尽量临近既有公路，并与既有公路或施工便道相连，以利于装备、材料和混凝土进出场原则。拌和站尽量选择在征地拆迁及复垦量少，地质状况好，土石方工程和基础加固较少的平坦地域，并尽量避开居民集中的地带。拌和站的设置应尽量靠近砂、石、水泥等原材料料源点，并满足原材料及拌和后的混凝土运输费用之和最小。拌和站尽量设置在地势较高，水源丰富，排水通畅的区域，并考虑防洪与排涝要求，严禁设置在泥石流、滑坡体等危险区域，与集中爆破区、通信、天然气等地下管线保持一定距离，以确保施工安全。

3 混凝土拌和站的设备选型

混凝土拌和站拌和设备每小时生产能力的确定，由两个方面的因素决定:最大日混凝土需求量以及连续时间内混凝土的浇筑强度。

1)由最大日混凝土需求量计算拌和设备的每小时需要完成的产量:

其中，Qh1为混凝土拌和设备每小时产量，m3/h;Q为最大日混凝土需求量;C为每日有效工作台班，可取2～3;t为每班有效工作小时，可取6～7;K1为拌和设备日生产能力不均衡系数，可取0.5 ～0.8。

2)由连续时间内混凝土的浇筑强度计算拌和设备每小时需要完成的产量:

其中，Qh2为混凝土拌和设备每小时产量，m3/h;Q为连续浇筑混凝土需求量;T为连续浇筑时间。

3)混凝土拌和站拌和设备每小时生产能力的确定。

其中，Qh为混凝土拌和设备每小时生产能力，m3/h;K2为拌和设备效率系数，一般取0.5 ～0.85。

铁路工程混凝土拌和站每小时生产能力(即实际的生产效率)应根据搅拌站搅拌混凝土实际投料时间、实际搅拌周期、实际出料时间及出料容积、出料系数等综合计算确定，不能按搅拌站厂家标称的生产率计算，必要时应根据试验数据来确定。

4)混凝土拌和站拌和设备的选型。根据计算出的拌和设备每小时生产能力(Qh)，确定混凝土拌和站的生产设备，所选择的拌和设备的生产能力Q选≥Qh;再依据混凝土拌和站的搅拌设备，配备相关的辅助设备，如水泥罐、粉煤灰罐、混凝土运输车、变压器设备等。混凝土搅拌站的规格大小是按其每小时的理论生产来命名的。目前，我国常用的规格有:HZS35，HZS50，HZS60，HZS75，HZS90，HZS120，HZS150，HZS180，HZS240 等。如:HZS75是指每小时生产能力为75 m3的搅拌站，主机为双卧轴强制式搅拌机。若是主机用单卧轴则型号为HZD75。混凝土搅拌站又可分为单机站和双机站。单机站即每个搅拌站有一个搅拌主机，双机站有两个搅拌主机，每个搅拌主机对应一个出料口，因此，双机搅拌站是单机搅拌站生产能力的2倍，比如2HZS75指搅拌能力为2×75=150 m3/h的双机搅拌站。铁路工程的特点是施工工点较为分散，山区地带交通不便，一次性浇筑的混凝土数量较大并且质量要求较高，因此铁路混凝土搅拌站按一主一副的双机配制。特殊情况下，如较近处设置有其他混凝土拌和站可增援时，并能保证混凝土连续供应满足工程要求，可设置为单机搅拌站。铁路混凝土拌和站采用周期式双卧轴强制式(HZS)搅拌主机。铁路线下工程混凝土拌和站可依据以下经验数据进行选型:年产量20万m3以下混凝土拌和站，拌和站宜选择2HZS90以下;年产量在20万m3～30万m3混凝土拌和站，拌和站宜选择2HZS90～2HZS150，年产量30万m3以上混凝土拌和站，拌和站宜选择2HZS150以上。

4 混凝土拌和站的平面布置

混凝土拌和站主要由搅拌站、骨料存放区、试验检测区、保障系统、生活区和办公区组成。

搅拌站是用于生产混凝土的成套设备，包括搅拌机、骨料、粉料、水和液体外加剂等物料的贮存系统、输送系统、称量系统、控制系统五大系统和其他附属设施。骨料存放区分为细骨料存放区及不同粒径的粗骨料存放区，并按待检区和已检区分开设置，骨料的储备量宜满足连续3 d～5 d生产的需求。保障系统主要由供电系统、给水系统、供热系统、排水排污系统、运输车存放区、油罐存放区、工具房及运输通道等组成。混凝土拌和站布局应结合场地条件，根据拌和站类型、存储骨料数量、占地面积的不同进行拌和站布局。拌和站的平面布置，应根据现场地形，因地制宜，力求紧凑，满足装备生产工艺和生产效率要求，做到工序衔接合理，功能区紧密配合，人、物、机流便捷通畅，以提高土地利用率和拌和站生产效率，拌和站生产规模应适度并留有余量。混凝土拌和站在拌和设备确定后，其规模主要由骨料存放区的存料数量控制。铁路线下工程拌和站内的骨料储备量一般可按满足连续5 d生产的需求考虑。不同骨料存放区之间应设置隔墙，骨料堆高不宜超过3.0 m。骨料的堆场面积可按下式计算:

其中，M为堆场面积，m2;Qd为拌和站混凝土日生产量，m3/d;K1为拌和设备日生产能力不均衡系数，可取0.5～0.8;V为每立方米混凝土所需粗或细骨料的体积，m3;f为骨料的损耗系数，可取5%;n为储存周期，可取5 d;q为每平方米堆场面积可储存的骨料数量，m3/m2，可取2.0 ～3.0;K 为堆场面积利用系数，可取0.7。

铁路线下工程混凝土拌和站占地面积与其生产能力成正比，总的占地面积约为12亩～32亩，骨料存放区的堆场面积一般占拌和站总面积的30%左右。

5 应用示例

某客运专线建设项目中的一段，起讫里程为DK1+995～DK61+245，新建正线长59.32 km。主要工程量有:路基长约3.41 km，占线路全长的5.7%，桥梁30座约11.37 km，占线路全长的19.2%，隧道18座44.54 km，占线路全长的75.1%，桥隧合计占线路全长94.3%。车站2个。本线大于4 km的隧道5座，31.95 km，其中2座大于8 km的隧道有辅助坑道;大于3 km但小于4 km的隧道2座，6.08 km，其余为小于2 km的隧道。Ⅱ级、Ⅲ级围岩约占隧道总长的80%，Ⅳ级、Ⅴ级围岩约占20%。隧道平均每延米混凝土用量约为31 m3;本段线路位于山区地带，路基挡护圬工较大，路基平均每延米混凝土用量约为35 m3;桥梁下部建筑及连续梁平均每延米混凝土用量约为38 m3。初步估算线下工程的混凝土用量约为193万m3。按照上述的设计原则进行混凝土拌和站的布点，本线拌和站初步拟设置为10处，详细资料见表2。

表2 混凝土拌和站初步设置表

两隧道间混凝土拌和站的设备选型:隧道单口每月成洞按160 m计算，隧道每延米混凝土用量为31 m3，则单工作面每日最大混凝土需求量为194.5 m3，由于拌和站是向大、小里程两个工作面同时供应混凝土，因此混凝土每日最大需求量约为400 m3。再由每日需求量计算出混凝土拌和设备每小时需要的生产能力Qh，并考虑一定的富余量。由于铁路工程点多面广，质量要求高，故按双机站进行设备配置，本拌和站混凝土搅拌机可选择为2HZS90。

［1］铁建设［2008］189号，铁路大型临时工程和过渡工程设计暂行规定［S］.

［2］经规标准函［2012］126号，铁路工程建设混凝土拌和站通用参考图［Z］.