混凝土攪拌站砂石料堆場一體化方案的設計與應用

趙林原

中交第三航務工程局有限公司南京分公司

0 前言

根據綠色設計目標，中交第三航務工程局有限公司南京分公司在承擔的蘇錫常南部高速CX-WX2 項目施工標段的攪拌站砂石料堆場項目，采用了砂石料皮帶運輸和洗石、入倉一體化的設計方案與技術措施。該項目從2018 年5月開始設計，于2018 年7月建造完成并投入使用，運行至今近2 年。實踐證明，本方案生產效率高、土地利用率高、安全環保。與常規方案相比，每年可節約成本超過860萬元、節能約1400 tce、減排CO2約4800 t，并減少了臨時堆場用地，具有推廣應用價值。

1 項目概況

蘇錫常南部高速CX-WX2 標段工程工期為3年，位于太湖旅游度假區。該項目對環保要求高，施工高峰期對混凝土供應要求高，因此建設了配套的混凝土攪拌站。根據項目所在地的平面布局、水系地形、橋梁路況，運用節能環保理念，總投資285萬元，設計、建造了集運輸、洗石、入倉一體化的砂石料堆場方案及配套工藝。實踐證明，設計能滿足混凝土連續高峰產量的砂石料供應，設備運行穩定、性能良好，不僅保護了太湖周邊環境，而且節約了能源和成本。項目所在位置見圖1。

圖1 項目總體位置圖

2 綠色設計策略與技術措施

蘇錫常南部高速CX-WX2 標段工程設計混凝土總方量為112.75萬m3，混凝土供應是本工程的重點。施工高峰期每天混凝土用量高達3000 m3，并持續5-7 天；每年的春秋兩季為施工旺季，每天混凝土生產量為2500 m3，持續時間3-4個月。

在擬建線路K24+200 左側設置了一個混凝土攪拌站和一個砂石料卸貨臨時碼頭。攪拌站配置了3套HZS180攪拌設備，每天攪拌能力達到3000 m3。

混凝土生產能力的實現，需要源源不斷的砂石料供應。本項目所用混凝土大部分為C40，每方含砂石子為1836 kg,其中砂753 kg、石子1083 kg（砂、石比例為4:6），據此計算，混凝土需求高峰期，砂石料的最大供應量為：

施工旺季砂石料需求量為：

整個標段的混凝土用量折算所需要砂石料：

由于攪拌站占地面積受限，可供砂石料儲存的空間有限，因此，現有場地的最大化利用，以及持續、快速的砂石料補充顯得非常重要。

2.1 常規砂石料運輸、洗石、堆場工藝

常規工藝是將砂石料從臨時碼頭通過抓斗吊機卸船、裝到自卸車上轉運，砂子直接卸到堆場儲料倉，石子卸到攪拌站臨時堆場，洗石后由裝載機轉運到儲料倉，見圖2。

圖2 砂石料轉運車輛由碼頭到攪拌站路線示意圖

2.1.1 土地資源占用、儲存效率情況分析

現有場地可布置12個長45 m、寬16 m的砂石料儲料倉，砂石料堆放高度受裝載機作業高度限制，按ZL50裝載機作業高度3 m 計算，堆場最大容量為：12×45×16×3＝25920 m3，按照砂石料比重1.6計算，最大儲存量為：

另外，石子清洗需要臨時堆場，其占地面積大于5000 m2。

2.1.2 車輛運輸效率、可持續供應等情況分析

按現有場地、道路容量、裝載機轉運速度等綜合考慮，堆場可配備10 t 的自卸車9 輛，按每0.5 h裝卸、運輸一車，每天工作8 h計算，不考慮受天氣、船期等因素影響，則堆場最大可運輸砂石料：

即：180 t/h；即便按照每天2班、16 h計算，砂石料運輸量為：

無法滿足上述計算的高峰期5508 t/d 的需求量，也無法滿足施工旺季4590 t/d的供應。

如果按照最有利因素考慮，即砂石料滿倉、貨源船期充足、同時2班工作人員持續不斷運輸，則施工旺季砂石料的連續供應天數為：

一個月內，不能滿足3-4個月的持續供應。

另外，按照上述整個標段砂石料207.009萬t需求、車輛正常工作每天8 h計算，則全部砂石料運輸所需總時長為：

即需要將近4年時間（1437.56÷365＝3.94），無法滿足3年的施工期。

2.1.3 安全性、環保性、經濟性情況

車輛在施工便道上行駛，很容易與其他砂石料運輸車、渣土車、混凝土攪拌車等發生道路擁堵和車輛安全事故；砂石料在運輸中，也容易產生散落、灰塵，污染環境；另外，車輛運輸需要大量的人工、燃油消耗，成本較大。

2.2 砂石料運輸、洗石、入倉一體化方案

為了提高砂石料的運輸效率，我們設計了一套集碼頭卸料、運輸、洗石、入倉于一體的砂石料輸送系統：運輸由一套皮帶輸送系統承擔，系統中有砂石料轉換料斗，砂子經過料斗，直接進入下一條皮帶輸送、入庫；石子經過料斗，被送入洗石機，清洗后直接進入下一條皮帶機輸送、入庫。由此，一套系統，既可以輸送砂子，也可以清洗、輸送石子；而且，不需要另外設置洗石作業的臨時堆場，使砂石料從碼頭卸料到成品入倉一步到位，整個環節工藝流暢，見圖3。

如圖3 結構和工序相同的一體化系統，平行建造了2 套，由于砂、石運送的靈活轉換，大幅提高了運送效率，具備快速補倉能力。

2.2.1 砂石料運輸轉換料斗方案

為了使一套皮帶輸送系統既能輸送、清洗石子，又能輸送砂子，在系統中設計了一套砂石料轉換料斗、設置了振動篩洗石機，見圖4。

圖3 一體化方案砂、石流轉示意圖

當石子輸送至轉換料斗時，砂子閥門關閉，石子閥門、通道打開，進入振動篩洗石子系統，清洗后通過3#皮帶機、料倉皮帶機入倉堆放；而砂子輸送至轉換料斗時，石子閥門關閉，砂子閥門、通道打開，通過3#皮帶機、料倉皮帶機，直接入倉堆放。

2.2.2 砂石料運輸的輸送帶方案

根據砂石料從碼頭到儲料倉的運輸距離、洗石作業、入庫補料等工序，在一體化砂石料輸送系統中，設計了從碼頭到儲料倉的1號皮帶機、2號皮帶機為純單向輸送功能，2號皮帶機后為轉換料斗，然后是3 號皮帶機（帶行走小車和橫向正反轉布料的皮帶機），將砂石料輸送入庫，最后由料倉皮帶機輸送到儲料倉各個位置。輸送帶總長度約500 m，兩套系統的料倉皮帶機間距為14.5 m。

根據料倉長度和細砂、碎石的運動安息角等參數，將料倉皮帶機的卸料端高度設定為8 m。

圖5 砂石料傳送帶運輸示意圖

圖6 砂石料倉堆料示意圖

皮帶運輸、料倉布置見圖5、圖6和圖7。

圖7 傳送帶和料倉布料實景圖

2.2.3 砂石料儲存和供應能力分析

布料皮帶機卸料端高度8 m，按照可堆料高度7.5 m 計算，則12 個儲料倉的最大倉容為：12×45×16×7.5＝64800 m3，是常規方案倉容的2.5倍（＝64800÷25920），土地利用率明顯提高；由于不需要洗石臨時堆場，可以節約土地面積大于5000 m2。

考慮到卸料、儲存死角等因素，一體化方案的儲料倉儲存能力大于4.3萬m3，按照砂石料比重1.6 計算，最大儲存量為：4.3×1.6＝6.88萬t；按照高峰期5508 t/d、施工旺季4590 t/d 的砂石料需求，即便沒有補倉，該儲存量仍能滿足施工高峰期12.5 天的用量（＝6.88÷0.5508）、施工旺季15 天的用量（＝6.88÷0.4590），應對大風等惡劣天氣或其它因素影響的能力較強。

2.2.4 設備配置、砂石料運送效率和可持續供應情況分析

上述砂石料一體化解決方案，每套系統的設備配置見表1。

表1

按表1工效最小的設備260 t/h計算，單套系統卸載1船500 t 的砂石料需2 h，按照每班8 h計算，每天可卸4船500 t砂石料；由于皮帶輸送不占用道路資源、皮帶機等設備的運行管理方便，需要人員少，可以采用每天兩班16 h 運轉，則2 套系統最大工作量每天可卸16 船砂石料，即8000 t/d，遠大于施工高峰期5508 t/d、施工旺季4590 t/d的砂石料需求；因上述較大的倉儲能力，因此，本設計方案的砂石料供應完全滿足施工需求。

2.2.5 施工難點控制及持續改進

1)單根皮帶寬度為800 mm，兩側維修平臺寬度為1200 mm，兩條傳送帶寬度接近2500 mm,如果設計在碼頭引橋上，引橋將會很寬。因此，在碼頭旁邊打鋼管樁，支撐輸送帶，與引橋并排，避免了占用引橋，而維護時可借助引橋。

2)整個皮帶輸送系統總長度為490 m，分四級運輸，經過太湖湖面、十里明珠大堤、東環堤河等復雜地帶，對皮帶運輸機基礎有較高要求。

3)皮帶運輸系統設在太湖旁，環保要求高，皮帶運輸必須實現全封閉運行，杜絕砂石料散落及揚塵對周邊環境的污染。

4)系統運行近2 年來，實際運送砂石料超過150萬t，按前文所述的砂、石比例，石子約90萬t。按照清洗1 t石子用水0.1 t計算，將需要9萬t水，按照1/4水被石子吸收和蒸發計算，將產生6.75萬t洗石廢水，因此水資源的供給和廢水處理都非常重要。由于項目地處荒野，大量自來水供應困難，因此，需要充分利用自然水資源，將堆場邊上清潔的河水用于清洗石子；把原設計的3 級沉淀池改為4級沉淀池，對洗石廢水進行處理，達標后再還水于江河。由此既節約了項目用水成本，又實現了水資源循環使用（每年達：6.75/2=3.375萬m3），還避免了對周邊河湖的污染。

5)砂石料堆場一體化系統建設后，我們成立專業隊伍，從船舶運輸到砂石料吊運、石子清洗以及設備運行，進行全方位、全過程管理，確保系統運行良好，達到設計目標。

3 技術成效

由上述分析可知，本設計方案集成了皮帶封閉運輸、砂石轉換分料、振動篩洗石、水資源循環利用等一系列先進環保的工藝流程、技術裝備，具有以下成效：

1)土地利用率高，節地效果明顯：土地利用率是常規方案的2.5 倍，節約洗石臨時堆場面積5000 m2，無需預留裝載機二次轉運的作業通道。

2)運輸效率高：輸送帶一體化方案，是常規車輛運輸方案最大運輸量的2.8 倍（＝8000÷2880）；料倉皮帶機取代了裝載機，在工效提高的同時，還提高了砂石料堆放高度，提高了倉儲能力，實現了土地高效利用。

3)經濟效益好：砂石料運輸、分料、洗石、入倉一氣呵成，減少中間環節，節約成本（詳見后面分析）。

4)污染排放少：生產過程中所有設備均為用電設備，不產生內燃機的廢氣排放。

5)環境保護好：從碼頭卸料，砂石料的運送始終在封閉的皮帶機內，較常規的自卸車、裝載機作業，運輸過程產生的粉塵、砂石散落少，有效保護了太湖風景區環境。

6)空間環境友好：輸送帶通過鋼管樁架設，充分利用空間。同時，輸送橋帶流暢美觀，上書宣傳標語，提升了中交、三航形象（見圖8）。

圖8 輸送橋帶

4 推廣應用條件

本方案砂石料運輸、清洗和堆放一體化完成，全封閉、零污染、高效安全、節能環保、節約土地、技術成熟。隨著環保要求日益提高，特別是對建筑施工造成的污染越來越重視，本方案是建筑行業的發展趨勢，具有廣泛的推廣應用價值。根據本方案特點，適應砂石料運輸長度在2 km 之內，如果有水上運輸條件更佳，但要考慮皮帶運輸機的架設高度、地基條件、周邊環境等因素，避免在地質條件差的復雜區域建設。

5 效益分析

5.1 節能環保效益

按上述實際每年運送砂石料75萬t、砂石比例4:6、常規運能180 t/h、一體化運能250 t/h 等參數，計算不同方案、各種設備的總運行時間和能耗量,進行比較。

設：75萬t的砂石料，其中石子有45萬t。

5.1.1 常規砂石料運輸、堆場方案的能耗、排放情況

砂石料運輸車運行時間：

ZL50 裝載機按照洗石時短駁60 t/h、石子入倉時長駁30 t/h計算，

則短駁作業時長為：45×10000÷60＝7500 h，

長駁作業時長為：45×10000÷30＝15000 h，

合計作業時長為：22500 h；

洗石機按照350 t/h計算，則作業時長為：

設備在一年內的運行時間及能耗見表2。

CO2排放量，柴油為：

電力為：19290×0.6861÷1000＝13.23 t

合計為：3771.15＋13.23＝3784.38 t。

5.1.2 一體化系統砂石料運輸、堆場方案的能耗、排放情況

按一套砂石料運輸帶的能力計算，運行總時長為：

洗石機按上述計算，則作業總時長為：

考慮到洗石機處于整個系統中，要按照系統輸送石子的時間，即3000×60%＝1800 h；

設備在一年的運行時間及能耗見表3。

表3

CO2排放：

5.1.3 節能減排量計算

由上述計算可知，一體化方案與傳統方案比較：

每年節能：1745.15－323.05＝1422.10 tce，

節能率：1422.10÷1745.15＝81.49%；

每年減排：3784.38－671.64＝3112.74 tCO2，

減排率達：3112.74÷3784.38＝82.25%。

按照每年實際運送處理砂石料90萬t 計算，則單位作業節能量：

5.2 經濟效益

5.2.1 常規砂石料運輸、堆場方案經濟分析

1）設備購置、人工綜合費用，見表4。

2）臨時堆場建設費：75萬元。

3）燃油費用：即運輸車和裝載機油耗，取上述計算數據，每年柴油消耗1387575 L，按單價6元/L計算，則每年油費：

4）電費：即洗石機的用電，取上面計算數據，每年19290 kWh,按無錫當地工業電費1.2元/kWh計算，則每年電費：19290×1.2÷10000＝2.31萬元。

5）合計費用：第一年為：

444＋75＋832.55＋2.31＝1353.86萬元；第二年及之后每年費用為：

表4

即：前兩年合計費用為：

5.2.2 一體化砂石料運輸、堆場方案經濟分析

1）設備購置安裝、人工綜合費用，見表5。

2）設備每年耗電費用：由上述能耗計算得知，所有皮帶機加洗石機每年耗電978930 kWh ,按1.2元/kWh計算，則每年電費：978930×1.2÷10000＝117.47萬元。

3）合計費用：第一年：335＋117.47＝452.47萬元；

第二年及之后每年費用為：

即：前兩年合計費用為：

5.2.3 經濟效益比較

由上述計算可知，一體化方案與傳統方案相比，運行第一年可節省費用：

運行兩年可節省費用：

平均每年可節省863.39萬元。

可見經濟效益非常明顯。

5.2.4 投資回收期

（投資總額285÷ 年節約金額863.39）×12＝3.96個月，即4個月內收回成本。

表5

6 結語

砂石料堆場一體化解決方案的設計、實施、運行，安全高效、節能環保，為企業節省了成本，保護了太湖環境，激發了員工科技創新的積極性，提高了節能環保意識，對同類型工程項目具有示范推廣意義。