拌和站裝配式型鋼基礎的應用

馮小龍 曹志凱 竇少林 楊佳興 杜 垚

1. 中建重慶機械租賃有限公司 重慶 402279；2. 中國建筑第二工程局有限公司 重慶 400020

傳統混凝土拌和站的混凝土基礎為了確保拌和站運行時的整體穩定性，厚度通常為1.0～1.5 m，一般都是建設在臨時征用的土地上，工程完工后，需要進行復墾。因此在工程施工結束后對遺留的混凝土基礎進行清除時，將會產生較多的建筑垃圾，對環境保護及復墾都造成較大的影響[1-5]。為了減小對環境及復墾的影響，本項目采用的裝配式型鋼基礎為型鋼基礎＋鋼筋混凝土基礎（即在鋼筋混凝土基礎上安裝型鋼基礎），在同樣確保拌和站運行穩定的基礎上，將拌和站底部的混凝土基礎厚度降低至0.3～0.5 m，在鋼筋混凝土用量方面可減少約2/3，而頂部的型鋼基礎部分可多次重復利用，節能環保，在減小對環境的傷害的同時，施工更高效，成本更低[6-11]。

1 創新的緣由

本項目為青海加西公路的一部分，跨越青海海東市、西寧市，修筑長度20.4 km，共有3個拌和站生產線。自建拌和站為臨時設施，建設用地均需要臨時征地，且周轉周期短、次數多，當項目完工后，還需將拌和站用地復耕還田。若采用傳統的拌和站混凝土基礎，基礎高度達1.5 m，從而導致鋼筋混凝土使用量較大，以一條單線拌和站配置計算，需要鋼筋混凝土約382.5 m3。

在拌和站移位安裝時，傳統鋼筋混凝土基礎因不能重復使用需要清除復墾，導致施工現場將留下大量的建筑垃圾，且清除復墾處理費用較高，既不符合可持續發展的環保發展理念，也增加了施工成本。

因此，在本項目的拌和站基礎施工前，聯系拌和站租賃公司、設備廠家，對拌和站的基礎提出創新性的改變—由傳統的單一鋼筋混凝土變為裝配式型鋼基礎。該基礎在底部與地面接觸部分仍為鋼筋混凝土，但是使用量大大減少。鋼筋混凝土基礎上部通過預埋在基礎內的U形螺栓＋壓板方式安裝型鋼基礎，型鋼基礎部分采用模塊化設計，相互之間通過高強度螺栓緊密連接。拌和站通過連接螺栓安裝在型鋼基礎的專用連接口上，定位精準、連接緊密。

在不改變拌和站使用安全的前提下，通過優化設計，裝配式型鋼基礎具有以下優點：

1）相比傳統基礎形式，減少了約2/3的鋼筋混凝土的使用量。

2）型鋼基礎與底部的混凝土基礎通過U形預埋螺栓＋壓板方式連接，降低了預埋螺栓的埋設精度，可提高施工效率。

3）型鋼基礎在工廠加工制作，提高了拌和站的連接精度，縮短了現場施工周期。

4）型鋼基礎循環利用率高達95%，節能環保。

5）型鋼基礎采用模塊化設計，各模塊之間采用高強度螺栓連接，在減輕單元結構質量的同時，也確保整個型鋼基礎的穩定性。

6）與傳統基礎通過預埋螺栓安裝拌和站的方案相比，裝配式型鋼基礎通過工廠加工專用連接端口，在安裝拌和站時可以實現精確連接，有效地減少了安裝時間，提升了安裝效率。

2 創新的具體過程

2.1 基礎設計

為了能實現有效減少拌和站基礎的混凝土使用量，在不改變基礎底部受力面積的情況下，還要考慮保證拌和站基礎的整體穩定性、抗傾覆能力等。項目技術人員大膽創新，最終決定采用裝配式型鋼基礎（混凝土基礎＋型鋼基礎的形式），順利解決了上述難題。

裝配式型鋼基礎底部的鋼筋混凝土基礎面積與原基礎圖一致，確保拌和站基礎底部地基承載力要求不提高。鋼筋混凝土基礎的厚度確保U形預埋螺栓的抗拔力滿足要求，從原來1.5 m的高度降低至0.5 m，鋼筋混凝土使用量直接減少約2/3。

型鋼基礎之間通過高強度螺栓連接成整體，頂部連接拌和站，增大了拌和站對底部鋼筋混凝土基礎部分的受力面積（原基礎為拌和站立柱點狀傳力給鋼筋混凝土基礎，現為型鋼基礎整體傳力給底部的鋼筋混凝土基礎），可使拌和站對基礎的傳力更均勻，降低底部鋼筋混凝土基礎的抗剪要求。而型鋼基礎與混凝土基礎間通過U形螺栓＋壓板的方式連接，降低了安裝的精度要求。型鋼基礎具有重復利用的特性，可有效降低項目成本。

裝配式型鋼基礎的具體組成（圖1）如下：將原來的單一鋼筋混凝土基礎分為底部的鋼筋混凝土基礎和頂部的型鋼基礎，兩部分之間通過多組預埋的U形螺栓及壓板連接形成整體，型鋼基礎頂部焊接有拌和站連接口，用于安裝拌和站。其中，型鋼基礎由若干300 mm×300 mm×8 mm×12 mm的H型鋼與加勁板、連接板等焊接而成的單元模塊組成，各單元模塊之間通過高強度螺栓連接，既方便構件運輸及安裝，同時又確保了型鋼基礎的整體穩定性。

圖1 裝配式型鋼基礎結構示意

2.2 施工流程

混凝土拌和站采用裝配式型鋼基礎時，一般的施工流程如下所述：基礎設計→基坑開挖→地基承載力試驗→鋼筋綁扎→預埋U形預埋件→混凝土澆筑→型鋼基礎安裝固定→罐體安裝

2.3 施工要點

1）圖紙設計并交付工廠制作。需根據拌和站原基礎圖及受力要求，新設計的裝配式型鋼基礎強度及穩定性不得弱于原傳統式鋼筋混凝土基礎，確保基礎的安全可靠。基礎底部的地基承載力要求不得高于原基礎，避免增加基礎底部的地基處理成本。

2）場地平整開挖，進行地基承載力試驗，試驗不合格時進行土方換填、分層碾壓等，待試驗數據達標后，方可進行下道工序。

3）鋼筋綁扎并嚴格按照圖紙設計要求預埋U形螺栓和鋼板預埋件等，嚴格按照設計要求的間距、數量及標高進行預埋，U形預埋螺栓應采取固定措施保持其垂直、穩固，否則會影響后期安裝及使用安全。

4）澆筑混凝土，型鋼底部基礎處的混凝土面高差不得大于1 cm，混凝土強度等級不得低于C30。澆筑時應分段分層連續進行，分層高度為振搗器作用部分的1.25倍。混凝土澆筑過程中注意保持U形預埋螺栓的垂直度。

5）待混凝土強度達標后，按照預埋件位置安裝、固定拌和站型鋼基礎。對于型鋼基礎與鋼筋混凝土基礎不平整的部位，應通過墊設薄鋼板進行墊實及找平，確保其頂部拌和站連接口平面度小于2‰。型鋼基礎間的高強度螺栓應該按規范要求的預緊力進行緊固。

6）最后安裝拌和機械。拌和站與型鋼基礎間的連接螺栓按規范要求緊固，并采取雙螺母防松。

3 創新的結果

傳統基礎的拌和站安裝時，一般是將拌和站直接安裝在底部鋼筋混凝土預埋螺栓上，對預埋螺栓的預埋精度要求較高。

由于拌和站的受力是通過其立柱傳遞給預埋螺栓，再傳遞給底部的鋼筋混凝土基礎的，因此對鋼筋混凝土基礎的抗剪強度要求較高，導致傳統拌和站基礎高度通常為1.0～1.5 m。而采用裝配式型鋼基礎時，則在以下方面有了較大的改善。

3.1 安全性

裝配式型鋼基礎各模塊之間是由高強度螺栓連接為整體的，拌和站通過型鋼基礎上的連接口與型鋼基礎連接為一體，再通過型鋼基礎將力整體傳遞到底部的鋼筋混凝土基礎。

拌和站對基礎的傳力由傳統式基礎的點狀式傳力變為型鋼基礎的整體式傳力，因此增大了拌和站鋼筋混凝土基礎的受力面積，提高了基礎的抗傾覆穩定性；型鋼基礎的整體傳力，也降低了底部鋼筋混凝土的抗剪要求，大大降低了鋼筋混凝土的高度。

3.2 便捷性

傳統基礎通過預埋螺栓直接與拌和站連接，對預埋螺栓的預埋精度要求較高；型鋼基礎在鋼結構加工廠進行加工，加工精度高，與拌和站的連接精度大大優于傳統基礎預埋螺栓的精度，安裝方便、快捷。由于在工廠加工，同時也節約了現場施工工期。

型鋼基礎與底部的鋼筋混凝土通過預埋的U形螺栓及壓板緊固連接，相對于傳統基礎，安全性沒有降低，卻大大降低了安裝難度，安裝更方便、快捷。型鋼基礎采取模塊化設計，使用完畢后可以進行拆解，方便轉場運輸。其單元模塊構件質量輕，安裝、拆除時不需要使用大型輔助起重設備，可實現現場人工拼接，方便快捷。

3.3 經濟性

裝配式型鋼不僅在安全性、便捷性方面具有較大優勢，由于型鋼基礎的可循環利用性極高，因此在經濟性方面也有很強的競爭力。根據項目實際應用情況，按一個單線拌和站配置計算裝配式型鋼基礎取得的經濟效益。

3.3.1 傳統基礎

制作傳統拌和站基礎需要混凝土382.5 m3，鋼筋13.4 t，基礎預埋件鋼板2 t，預埋件鋼筋1.5 t，基坑土方450 m3，單臺基礎合計費用約423 341.5元。

3.3.2 裝配式型鋼基礎

制作裝配式型鋼基礎需要混凝土114.2 m3，鋼筋6.7 t，型鋼32 t，基坑土方308 m3，基礎安拆費用30 000元/次，單臺基礎合計費用約442 758元。

3.3.3 經濟效益計算

從上述分析可以看出，制作裝配式型鋼基礎首次投入費用略大于傳統基礎，但型鋼基礎部分具有極高的可循環利用特性，按照型鋼基礎循環使用5次后進行報廢處理，分別計算傳統基礎與裝配式型鋼基礎的經濟效益。

傳統鋼筋混凝土基礎制作5次的費用為：423 341.5×5＝2 116 707.5元。裝配式型鋼基礎循環使用5次后進行報廢，型鋼采購價格為8 652元/t，基礎制作使用的型鋼成本為276 864元，型鋼基礎報廢殘值（廢鐵）按800元/t計算，其制作5次的費用為：（442 758－276 864）×5＋276 864－（800×32）＝1 080 734元。

通過計算，裝配式型鋼基礎循環使用5次后，可以直接節省基礎施工成本約103.60萬元，其綜合成本只有傳統基礎的約51%，大大地節約了拌和站基礎制作成本，為項目帶來可觀的經濟效益。

4 結語

拌和站的裝配式型鋼基礎與傳統的單一鋼筋混凝土基礎相比，不僅安全可靠，使用也更便捷；其型鋼基礎部分在工廠進行加工制作，質量也更容易把控，制作精度高；同時在經濟性方面也優于傳統鋼筋混凝土基礎。

裝配式型鋼基礎減少鋼筋混凝土用量2/3，型鋼基礎部分的循環利用率也高達95%，綠色、環保、節能、高效且可持續，符合國家節能環保的總體政策。

在國家大力推行“新基建”的背景下，欠發達地區的高等級公路、城市道路、鐵路、機場等建設必將更加火熱。而高等級公路、鐵路、機場建設項目通常比較偏遠，均需項目自行建設穩定土拌和站、水穩拌和站、瀝青拌和站、混凝土拌和站等以保證正常施工。而裝配式型鋼基礎的基礎制作方式適用于所有拌和站的基礎建設，既環保又經濟，因此本技術的應用前景廣闊。