裝車式地弄的研究與設計

溫華元，陳麗媛

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003)

1 裝車式地弄的布置

在大型機制砂加工系統中常采用汽車將砂石骨料運輸至混凝土拌和站或其他地點，具有裝車強度高的特點[1-2]。目前常用的砂石骨料裝車方式有三種，一種是采用裝載機直接裝料，第二種是采用地弄內的皮帶機輸送至裝車臺后由裝車臺裝料，第三種是采用皮帶機輸送至儲料罐后由儲料罐下部裝料。其中裝載機裝料運行成本高但較為靈活、裝車臺裝料運行成本較高、儲料罐裝料建設成本高。裝車式地弄可在一定程度上解決上述缺陷。

裝車式地弄布置在機制砂加工系統的成品料倉，采用鋼筋混凝土結構，卸料采用電動弧門卸料，結構尺寸根據常用自卸汽車尺寸及電動弧門尺寸確定。本文以堆料高度20 m、25 t自卸汽車裝料、裝車能力1 000 t/h為參考進行研究設計。

因此，本文將每輛自卸汽車設置3個給料能力600 t/h的電動弧門(一組)同時裝料，裝料時間約為1 min，考慮電動弧門開啟閉時間和車輛進出交匯時間2 min，故每輛自卸汽車裝料時間為3 min，一組電動弧門每小時可裝料500 t，共設置兩組電動弧門裝料即可滿足1 000 t/h的裝車強度。

根據上述參考條件，地弄凈寬設置為7 m，設置一個地弄，可供兩排車輛同時裝料，每排設置兩組電動弧門裝料，具體布置如圖1所示。

圖1 地弄布置圖(單位：m)

為裝車安全以及節約人力成本考慮，可在地弄內設置照明系統，每組卸料尾部設置限位裝置；為確保卸料時不使物料滿出車廂，可采用自動卸料裝置。

2 裝車式地弄的結構計算與設計

裝車式地弄為鋼筋混凝土箱型結構，根據自卸汽車及電動弧門尺寸確定，地弄凈跨為7 m、凈高為5.8 m、長度按35 m設計，每12 m設置一道伸縮縫。

2.1 設計計算依據

《水利水電工程施工組織設計手冊》第5卷、《水電工程砂石加工系統設計規范》(DLT 5098—2010)、《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2010)、《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)、《建筑結構靜力計算手冊》。

2.2 荷載分析

裝車式地弄主要有堆料垂直荷載和結構自重，其次如弧門、電纜等設備荷載和人群荷載，其中設備荷載和人群荷載相對于堆料垂直荷載和結構自重甚小，計算時可不考慮。

1)料堆垂直荷載。骨料容重按1.65 t/m3計算，料堆高度20 m，當料堆高度在10 m以上且為單地弄的情況下，可將骨料壓力折減，即料堆垂直荷載q可按下式計算：

q=KγH

式中，K為骨料折減系數，一般取0.9；γ為骨料容重，取1.65 t/m3；H為料堆高度，20 m。

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計算得出q=29.7 t/m2。

2)結構自重。結構自重主要為鋼筋混凝土自重，結構采用C25混凝土，墊層采用C15混凝土，其容重按2.5 t/m3計算，初步確定頂板和底板厚度為750 mm、側墻厚為500 mm，則頂板處結構自重荷載為1.875 t/m3，底板處結構自重荷載為5.56 t/m3。

2.3 結構計算

裝車式地弄結構計算簡圖如圖2所示。

圖2 車式地弄結構計算簡圖(單位：m)

根據結構計算，各部位彎矩如表1所示。按單筋矩形截面計算，地弄配筋如表2所示。

表1 地弄各部位彎矩表 單位：kN·m

表2 地弄各部位彎矩表 單位：mm2

2.4 基底應力計算

地弄基底應力根據下列公式計算：

σ=N/A±M/W=N/B±6M/B2

計算得出σ=353 kPa。根據計算結果可知，裝車式地弄多地基承載力較高。

3 裝車式地弄的經濟性分析

3.1 裝車式地弄的建設及運行成本分析

根據前述裝車式地弄的結構計算及配筋，按裝車式地弄長35 m計算，單條裝車式地弄的主要工程量及建設成本如表3所示。

表3 35 m長裝車式地弄主要工程量及建設成本表

裝車式地弄運行成本主要為電動弧門運行產生的電費以及人工費(不考慮車輛運輸成本)，其中電動弧門裝機功率為2.2 kW/臺，按每天運行16 h，每月運行25天計算，運行成本為：電費3.84萬元/年、人工費14.4萬元/年，合計18.24萬元/年。

3.2 其他類型砂石骨料裝車系統的建設及運行成本分析

1)裝載機裝料。裝載機按斗容為4.5 m3配備，按每次裝車時間30 s計算，需配備2臺裝載機才能滿足1 000 t/h的裝車能力，裝載機按租賃考慮，結合以往實際運行經驗其運行成本為：租賃費60萬元/年、人工費38.4萬元/年、燃油費385萬元/年，總計483.4萬元/年。

2)裝車臺裝料。裝車臺裝料主要有地弄、皮帶機、裝車臺以及設備等，其中地弄按35 m長考慮，皮帶機長度按80 m考慮，裝車臺為鋼筋混凝土結構，根據以往經驗其建設成本為：地弄17.5萬元、裝車臺15萬元、皮帶機28萬元、給料機等給料設備3萬元，合計63.5萬元。

裝車臺裝料運行成本主要為皮帶機及振動給料機運行產生的電費、磨損件以及人工費(不考慮車輛運輸成本)，運行成本為：電費26.4萬元/年、人工費28.8萬元/年、磨損件費用2萬元/年，合計57.2萬元/年。

3)儲料罐裝料。儲料罐裝料主要有儲料罐基礎、儲料罐罐體以及設備等，儲料倉按一天裝車量計算，需配備兩個5 500 m3鋼結構料罐，與裝車式地弄相比較需增設一條長度約40 m的皮帶機，其建設成本為：儲料罐基礎108萬元、儲料罐罐體224萬元、皮帶機14萬元、給料機等給料設備5萬元，合計351萬元。

儲料罐裝料運行成本主要為皮帶機及振動給料機運行產生的電費、磨損件以及人工費(不考慮車輛運輸成本)，運行成本為：電費6萬元/年、人工費28.8萬元/年、磨損件費用1萬元/年，合計35.8萬元/年。

3.3 裝車式地弄與其他類型砂石骨料裝車系統的成本比較

根據前述幾種砂石骨料裝車系統的成本分析，按小時裝車能力1 000 t/h計算，每天運行16 h，每月運行25天計算，各類型裝車系統按不同使用年份的成本見表4。

表4 各類型裝車系統平均每年主要成本對比表 單位：萬元

根據表4可知，裝車式地弄在成本控制上具有較大的優勢。

4 結束語

本文介紹了裝車式地弄的設計與成本分析，根據計算，裝車式地弄在成本投入上相對于其他幾種常用的裝車系統有較大優勢，但其適用條件有一定的局限性，需要有較大的場地及一定的高差，且基礎地質條件要好。因此，在裝車強度大、使用年限長，且場地較大的情況下，可選擇裝車式地弄裝料，以減少運行成本。

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