混凝土拌和站基础承载力验算

籍春雷

摘要：混凝土拌和站是桥梁、涵洞等结构物施工的重要生产工具，已在我国施工建设中被广泛的应用。为确保混凝土拌和站安装稳固及施工人员的安全，保障拌和站能够稳定高效的为施工项目供应充足的混凝土，本文通过对霍阿高速路基4标混凝土拌和站水泥仓和主机基础承载力、地基承载力及抗倾覆值的验算，总结出相应的计算参数与计算依据，可为相关的工程提供经验与参考。

关键词：混凝土；拌和站；承载力；抗倾覆；验算

近年，基础建设对混凝土的需求量激增，自建混凝土拌和站能够保证施工需求的混凝土数量和质量，而且具有经济便利，结构简单可重复使用的特点，越来越受到各施工单位青睐。目前各个大型项目更倾向于采用自建混凝土拌和站以保证施工需求。

在实际混凝土拌和站建设中，需解决基础承载力、地基承载力及各个拌和站结构倾覆的危险。基于此需对以上三个控制指标进行验算，其结果可为混凝土拌和站安全建设和使用提供依据，为保障混凝土拌和站能够安全高效生产提供保障。

1工程概况

本工程属于霍阿一级公路的一段，位于霍林郭勒市郊区，以路基和桥梁工程为主，全程6200米。其中桥梁2座，分别为K31+624霍林郭勒特大桥和K35+958宝村特大桥，全为预应力混凝土连续箱梁。桥梁构筑物工程量大，混凝土需求量大，由于地处偏远郊区，商品混凝土运输不便，项目部决定自建混凝土拌和站，以满足施工需求和工程进度安排。

混凝土拌和站在K33+350～K33+450右側设置，集中供应混凝土施工，占地面积11423㎡。

2混凝土拌和站的基本组成

HZS120型混凝土拌和站主要由储料仓装置系统、配料供给系统、水泥供给系统、自动供水系统、搅拌系统、电气系统、计量控制系统、气动系统等组成，拌和站构造图如图 2-1所示。其中储料仓装置系统配置了4个仓位的混凝土储配料仓，分别存放大碎石（19.5-31.5mm）、中碎石（9.5-19.5mm）、细碎石（4.75-9.5mm）、粗砂。

3水泥仓基础验算

3.1基础埋深计算

本合同段位于北方地区，土质属于季节性冻土，参考《建筑地基基础设计规范》，当有实测资料时按Zd=h，-△z计算[1]；

式中：Zd——场地冻结深度（m）；h，——最大冻深出现时，场地最大冻土层厚度；△z——最大冻深出现时，场地表冻涨量（m）。

根据多年实测，当地最大冻土厚度为1.5m；当地土层为不冻涨土层，查表得△z=0。按公式计算场地的冻土深度为Zd=1.5-0=1.5m；

根据规范的要求，本地区基础埋深宜大于此深度，但本地区土层为不冻涨土，基础下可以存留一定厚度的冻土，因此保守取基础埋深为1.5m。

3.2水泥仓的基础承载力验算

3.2.1水泥仓容量设计及荷载计算

本工程混凝土拌和站型号为HZS120，实际生产按生产能力80%计算，即每小时生产混凝土方量为120×80%=96m3。混凝土拌和站一天（以8小时计）满负荷生产量为96×8=768m3。以C50型混凝土配合为例，水泥的用量约为混凝土质量的20%，混凝土密度以每立方米2500kg计，则水泥用量为768×2500×20%=384000kg，即384t。

因此配置4个水泥仓，水泥仓直径2.88m，高9m，每个水泥仓容量为100t。水泥仓空仓及支起架重为20t，装满水泥后总重120t。水泥仓支腿邻边间距2.03m，支腿高5m。每条支腿与钢板焊接，钢板尺寸为长500毫米、宽500毫米，并且埋入混凝土基础内。

F满仓=（M仓+M水泥）×g=（20000+100000）×9.8=1176000N=1176kN

式中：F满仓为单个水泥仓满载和支架的重力；M仓为单个水泥仓空仓及支架的重量；M水泥为单个水泥仓满载时水泥的重量。

3.2.2水泥仓基础设计及其承载力验算

水泥仓基础设计为矩形基础，基础横截面长4.5米、宽4.5米，埋深1.5米。每个水泥仓的基础不相连，基础浇筑C25型号的混凝土，为防止其开裂，中间加固，配置两层钢筋网（φ12mm），每根钢筋间距为300mm，钢筋网的竖向间距为500mm。

F腿=F满仓/4=1176/4=294kN；p腿=F腿/A腿=294/（500×500）=1.176N/mm2。式中，F腿为水泥仓满载时单腿荷载；p腿为支腿钢板对混凝土基础单位面积的压力值；A腿为支腿钢板作用于基础上的有效面积。

C25型号混凝土抗压强度取值11.9N/mm2。[2]支腿钢板对混凝土基础单位面积的压力值小于混凝土的抗压强度，因此水泥仓基础的承载力能够满足水泥仓满载时施加的竖向力。

3.3水泥仓地基承载力验算

本项目位于季节性冻土地区，对基础采取防冻害的措施。在水泥仓基础侧面回填厚度为200mm的非冻胀性粗砂，以有效防止冻害的发生。经地质勘测，测得地下1.5m深处的土层承载力为200kPa。

单个水泥仓基础重力G基=4.5×4.5×1.5×2500×9.8=744187.5N，取G基=744kN。水泥仓地基的最大荷载包括罐体自重、水泥重和基础自重组成。单个水泥仓地基最大荷载为Fmax=F满仓+G基=1176+744=1920kN。

p基=Fmax/A基=1920/（4.5×4.5）=94.8kN/m2（kPa），式中：p基为基础底面对地基单位面积的压力；A基为单个水泥仓基础作用于地基上的有效面积。

水泥仓基础底面处的平均压力94.8kPa小于地基承载力，因此地基能够承受水泥仓及其基础所产生的竖向力。

3.4水泥仓抗倾覆验算

设计资料显示，内蒙古自治区霍林郭勒市多年平均季风时风速为4m/s，多年平均风速为5.5m/s，风向多为东北风为主。如图3-2所示。

霍林郭勒属于通辽市，查找规范[3]中的全国各城市基本风压值表（R=50），通辽市基本风压值为0.55kN/m2。

根据以下公式计算了风荷载值，Wk=βz×μs×μz×W0。风振系数βz取经验值=1.2。圆形截面的风荷载体型系数μs为0.8。此施工地区属于规范规定的B类地区，5m-15m处风压高度变化系数μz取值范围为1.0-1.13，此高度区间μz值变化较小，对风压的计算值影响也较小，保守取风压高度14m处μz的计算值1.10来计算风荷载。

Wk=1.2×0.8×1.10×0.55=0.58kN/m2。

当水泥仓是空仓的时候，是水泥仓最容易被风倾覆的时候，倾覆力矩计算的倾覆点位置在基础底面的最左端点。如果忽略地基对混凝土基础的压力及摩擦阻力，此时水泥仓及其基础整体的抗倾覆力矩为M稳=（F空仓+G基）×0.5×4.5=（20×9.8+744）×0.5×4.5=2115kN·m。风对水泥仓的倾覆力矩：M倾=WkSH=0.58×2.88×9×（9/2+5+1.5）= 165.37kN·m。M稳/M倾=2115/165.37=12.79，故基础满足规范中安全系数1.6的要求。

4混凝土拌和站主机基础验算

4.1主机基础设计及其承载力验算

拌和站主机是一个立方体仓，尺寸为6m×4m×5m（长×宽×高）。承受风力最大的面为6m×5m。拌和站主机下面的支腿高度为4m。主机每条支腿与钢板焊接，钢板尺寸为长500mm、宽500mm，并且埋入混凝土基础内。基础浇筑C25型号的混凝土，为防止其开裂，中间加固，配置两层钢筋网（φ12mm），每根钢筋间距为300mm，钢筋网的竖向间距为500mm。每条支腿混凝土基础横截面尺寸为1.0m×1.0m，埋深1.5m。在基础侧面回填厚度为200mm的非冻胀性粗砂，以有效防止冻害的发生。

混凝土拌和站主机自重8t，成品料斗容积8m3，混合料满载重20t，即每条支腿承载7t，每条腿对基础产生的压力为F腿=7×9.8=68.6kN。其单位面积的压力为P腿=F腿/A腿=68.6/（500×500）=0.27N/mm2

每条腿单位面积的压力远小于混凝土抗压强度，因此混凝土能够承载拌和站主机施加的竖向力。

4.2主机地基承载力验算

主机每条支腿处混凝土基础自重计算如下：G腿基=1.0×1.0×1.5×2500×9.8=36.75kN；

P基=（F腿+G腿基）/A基=（68.6+36.75）/（1.0×1.0）=105.35kN/m2（kPa）。式中：p基为拌和站主机基础底面对地基单位面积压力；A基为主机支腿基础作用于地基上的有效面积；

每条主机腿及其基础对地基的平均压力105.35kPa小于地基承载力，因此地基能够承载主机及其基础的竖向力。

4.3主机抗倾覆力验算

当拌和站主机没有搅拌混凝土时，是最容易发生倾覆危险的时候，倾覆力矩计算的倾覆点位置在基础底面的端点。如果忽略地基对混凝土基础的壓力及摩擦阻力，此时拌和站主机及其基础整体的抗倾覆力矩为M稳=（F'空仓+G基）×（0.5×4+0.5）=（8×9.8+36.75×4）×（0.5×4+0.5）=563.5kN·m

风振系数取经验值βz=1.2。查《建筑结构荷载规范》，风荷载体型系数μs为1.0。此施工地区属于规范规定的B类地区，5m-10m处风压高度变化系数μz均为1.0。

Wk=1.2×1.0×1.0×0.55=0.66kN/m2。

风对水泥仓的倾覆力矩：M倾=WkSH=0.66×6×5×（5/2+4+1.5）= 158.4kN·m

M稳/M倾=563.5/158.4=3.56，故基础满足规范中安全系数 1.6的要求。

5结论

混凝土（C25）基础设置在搅拌站的每个水泥仓底下，基础在中间加固。基础尺寸为4.5m×4.5m，埋深1.5m，经验算该水泥仓基础承载力、地基承载力以及水泥仓抗倾覆能力均符合规范要求。拌和站主机处每个腿处浇筑C25型号的混凝土基础，基础在中间加固，尺寸为1.0m×1.0m，埋深1.5m，经验算主机处基础承载力、地基承载力以及主机抗倾覆能力均符合规范要求，在使用过程中拌和站设备安全稳定！

拌和站水泥仓及主机是否平稳牢固，是拌和站建设的重中之重。只有经过科学的计算验证，才能使工程施工顺利的进行，施工人员的人身安全得到重要的保障。

参考文献：

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社， 2012.

（作者单位：中铁十六局集团路桥工程有限公司）