水穩(wěn)拌合站基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

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摘要：受全球厄爾尼諾現(xiàn)象影響，極端天氣頻發(fā)，廣州南沙地區(qū)強(qiáng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻繁，為確保水泥罐等高聳臨時(shí)建筑物安全，同時(shí)降低成本，縮短建設(shè)工期，需對臨時(shí)建筑物進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)物經(jīng)濟(jì)、安全。

關(guān)鍵詞：水穩(wěn)；拌合站；水泥罐；基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)；驗(yàn)算

1前言

南沙地區(qū)地基軟軟弱，沿海臺(tái)風(fēng)等極端天氣頻發(fā)，復(fù)雜工況條件下進(jìn)行水泥罐等高聳臨時(shí)建筑設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，需在地基承載力與結(jié)構(gòu)抗傾覆力之間尋找最優(yōu)平衡點(diǎn)，本文通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不大面積進(jìn)行軟基處理的情況下，利用基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)自重確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可有效的節(jié)約的建設(shè)成本、縮短了建設(shè)工期。

2工程概況

2.1工程簡介為配合南沙新區(qū)靈山島尖配套道路工程建設(shè)，需在靈山島尖建筑600型水泥穩(wěn)定攪拌機(jī)1座，根據(jù)工效分析，需至少配備4個(gè)100t水泥罐或3個(gè)150t水泥罐。2.2地質(zhì)情況參考臨近規(guī)劃縱四路地質(zhì)詳勘資料LKX-12孔地質(zhì)情況，水穩(wěn)站區(qū)域地質(zhì)情況見表1。由于水穩(wěn)站位于公共綠地范圍，其地基軟基處理設(shè)計(jì)為堆載預(yù)壓排水固結(jié)法，施工工期按8個(gè)月。業(yè)主考慮到水穩(wěn)站的使用期限為2016年10月底，屆時(shí)再進(jìn)行軟基處理，會(huì)影響整個(gè)靈山島尖的總體工期，因此綠地軟基處理施工會(huì)提前進(jìn)行。整個(gè)場地先用石粉回填整平至+7.5m標(biāo)高。

3水泥罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

3.1水泥罐選型該站由2臺(tái)600型攪拌機(jī)組成，單臺(tái)主機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為600t/h/，實(shí)際生產(chǎn)能力按60%計(jì)算，總生產(chǎn)能力為：Wh=600*60%*2=720t/h。攪拌站日工作小時(shí)按10小時(shí)計(jì)算，一天滿負(fù)荷生產(chǎn)量為：W=Wh*10=7200t/d。三天滿負(fù)荷生產(chǎn)所需水泥量為（以水泥：集料=5：100）：Ws=W*（5/（5+100））=7200*5/105*3=1028.6t。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃及理論計(jì)算，設(shè)置10~11個(gè)100t水泥罐或7個(gè)150t水泥罐方能能滿足生產(chǎn)需要，先期建設(shè)1座600型攪拌機(jī)組，配置4個(gè)100t水泥罐或3個(gè)150t水泥罐。

3.2荷載組合

3.2.1永久荷載1、罐體自重及載重100t水泥罐每個(gè)水泥罐空殼及支起架重為20t，設(shè)計(jì)水泥罐容裝水泥重100t。即：F罐=（M罐+M載）*g=（20000+100000）*9.8=1176000N=1176KN。150t水泥罐。每個(gè)水泥罐空殼及支起架重為25t，設(shè)計(jì)水泥罐容裝水泥重150t。即：F罐=（M罐+M載）*g=（25000+150000）*9.8=1715000N=1715KN。2、基礎(chǔ)自重100t水泥罐。基本初步擬設(shè)為矩形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.5m*4.5m，外露部分基礎(chǔ)為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個(gè)水泥罐均獨(dú)立設(shè)置基礎(chǔ)，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據(jù)設(shè)備廠家要求再做修改。F基礎(chǔ)=M基礎(chǔ)*g=（3.7*3.7*0.3+4.5*4.5*0.5）*2480*9.8=345895N=345.895KN。150t水泥罐。基本初步擬設(shè)為矩形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.6m*4.6m，外露部分基礎(chǔ)為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個(gè)水泥罐均獨(dú)立設(shè)置基礎(chǔ)，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據(jù)設(shè)備廠家要求再做修改。F基礎(chǔ)=M基礎(chǔ)*g=（3.7*3.7*0.3+4.6*4.6*0.5）*2480*9.8=356953N=356.953KN。

3、永久荷載組合

100t水泥罐。罐體永久荷載由罐體自重、水泥重以及基礎(chǔ)自重組成，即：F永=F罐+F基礎(chǔ)=1176+345.895=1521.895KN。150t水泥罐。罐體永久荷載由罐體自重、水泥重以及基礎(chǔ)自重組成，即：F永=F罐+F基礎(chǔ)=1715+356.953=2071.953KN。3.2.2可變荷載項(xiàng)目地處東南部沿海地區(qū)，常年無雪，臺(tái)風(fēng)較為頻繁，溫差變化不大，因而可變荷載只考慮風(fēng)荷載。

3.2.3風(fēng)荷載年平均風(fēng)速為2.6m/s，較常年平均值高0.5m/s。全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)、東南偏南風(fēng)和西北偏北風(fēng)，風(fēng)向頻率均為12％，其中偏西北風(fēng)與常年主導(dǎo)風(fēng)向（偏東北風(fēng)）有所不同；平均風(fēng)速分別為2.9m/s、2.8m/s、2.9m/s；其次是偏北風(fēng)和東南偏東風(fēng)（圖4），風(fēng)向頻率均為9%，平均風(fēng)速分別為2.7m/s和2.5m/s。全年靜風(fēng)出現(xiàn)頻率為1%，大風(fēng)日數(shù)為6天。臺(tái)風(fēng)影響發(fā)生在5月中旬至9月中旬，7-9月為盛行期，2014年南沙區(qū)經(jīng)歷2個(gè)強(qiáng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，分別為“威馬遜”及“海鷗”，最大風(fēng)力分別為9級(jí)（22.5m/s）和10級(jí)（25m/s），該站水泥罐按超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)設(shè)防，計(jì)算風(fēng)速40m/s。（1）基本風(fēng)壓A、水泥罐所承受風(fēng)載平均風(fēng)壓按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012所規(guī)定的方法確定50年重現(xiàn)基本風(fēng)壓為：W0=0.5KN/m2。B、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式按風(fēng)速計(jì)算的基本風(fēng)壓為：W0=V02/1600=402/1600=1.0KN/m2。綜上，基本風(fēng)W0=1.0KN/m2。（2）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk=βz*μs*μz*W0=1*0.881*1.2*1*0.5=0.529KN/m2。βz=高度z處的風(fēng)振系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值βz=1.0。μs=風(fēng)荷載體型系數(shù)，查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，μs=0.881，群體系數(shù)1.2。μz=風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，μz=1.00。

3.2.4可變荷載可變荷載q=Wk=0.529KN/m2。3.3設(shè)計(jì)成果（1）100t水泥罐基礎(chǔ)處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.5m*4.5m，外露部分基礎(chǔ)為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個(gè)水泥罐均獨(dú)立設(shè)置基礎(chǔ)，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據(jù)設(shè)備廠家要求再做修改，該水泥罐基礎(chǔ)承載力、抗傾覆能力均符合規(guī)范要求。（2）150t水泥罐基礎(chǔ)處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.6m*4.6m，外露部分基礎(chǔ)為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個(gè)水泥罐均獨(dú)立設(shè)置基礎(chǔ)，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據(jù)設(shè)備廠家要求再做修改，該水泥罐基礎(chǔ)承載力、抗傾覆能力均符合規(guī)范要求。

4結(jié)論

稍軟弱地基進(jìn)行水泥罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與建設(shè)，在不大面積進(jìn)行軟基處理的基礎(chǔ)上，盡可能利用結(jié)構(gòu)自重提高抗傾覆能力，后期利用風(fēng)纜予以二次加固，可有效降低建設(shè)成本，縮短建設(shè)工期。南沙項(xiàng)目水泥罐于2015年7月建成后，經(jīng)歷了2015年10月“彩虹”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊，水泥罐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性、使用性等均符合要求，該設(shè)計(jì)適用于沿海地區(qū)水泥罐等高聳臨時(shí)群筑建模、設(shè)計(jì)及驗(yàn)算。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

作者：王遠(yuǎn)哲 廖浪 單位：中交四航局第一工程有限公司