水穩拌合站基礎設計與驗算
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摘要：受全球厄爾尼諾現象影響，極端天氣頻發，廣州南沙地區強、超強臺風頻繁，為確保水泥罐等高聳臨時建筑物安全，同時降低成本，縮短建設工期，需對臨時建筑物進行優化設計，確保結構物經濟、安全。
1前言
南沙地區地基軟軟弱，沿海臺風等極端天氣頻發，復雜工況條件下進行水泥罐等高聳臨時建筑設計與驗算，需在地基承載力與結構抗傾覆力之間尋找最優平衡點，本文通過優化設計，在不大面積進行軟基處理的情況下，利用基礎及結構自重確保結構的穩定性，可有效的節約的建設成本、縮短了建設工期。
2工程概況
2.1工程簡介為配合南沙新區靈山島尖配套道路工程建設，需在靈山島尖建筑600型水泥穩定攪拌機1座，根據工效分析，需至少配備4個100t水泥罐或3個150t水泥罐。2.2地質情況參考臨近規劃縱四路地質詳勘資料LKX-12孔地質情況，水穩站區域地質情況見表1。由于水穩站位于公共綠地范圍，其地基軟基處理設計為堆載預壓排水固結法，施工工期按8個月。業主考慮到水穩站的使用期限為2016年10月底，屆時再進行軟基處理，會影響整個靈山島尖的總體工期，因此綠地軟基處理施工會提前進行。整個場地先用石粉回填整平至+7.5m標高。
3水泥罐基礎結構設計及驗算
3.1水泥罐選型該站由2臺600型攪拌機組成，單臺主機設計生產能力為600t/h/，實際生產能力按60%計算，總生產能力為：Wh=600*60%*2=720t/h。攪拌站日工作小時按10小時計算，一天滿負荷生產量為：W=Wh*10=7200t/d。三天滿負荷生產所需水泥量為（以水泥：集料=5：100）：Ws=W*（5/（5+100））=7200*5/105*3=1028.6t。結合實際生產計劃及理論計算，設置10~11個100t水泥罐或7個150t水泥罐方能能滿足生產需要，先期建設1座600型攪拌機組，配置4個100t水泥罐或3個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水泥罐每個水泥罐空殼及支起架重為20t，設計水泥罐容裝水泥重100t。即：F罐=（M罐+M載）*g=（20000+100000）*9.8=1176000N=1176KN。150t水泥罐。每個水泥罐空殼及支起架重為25t，設計水泥罐容裝水泥重150t。即：F罐=（M罐+M載）*g=（25000+150000）*9.8=1715000N=1715KN。2、基礎自重100t水泥罐。基本初步擬設為矩形基礎，基礎處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.5m*4.5m，外露部分基礎為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個水泥罐均獨立設置基礎，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎混凝土強度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據設備廠家要求再做修改。F基礎=M基礎*g=（3.7*3.7*0.3+4.5*4.5*0.5）*2480*9.8=345895N=345.895KN。150t水泥罐。基本初步擬設為矩形基礎，基礎處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.6m*4.6m，外露部分基礎為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個水泥罐均獨立設置基礎，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎混凝土強度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據設備廠家要求再做修改。F基礎=M基礎*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、水泥重以及基礎自重組成，即：F永=F罐+F基礎=1176+345.895=1521.895KN。150t水泥罐。罐體永久荷載由罐體自重、水泥重以及基礎自重組成，即：F永=F罐+F基礎=1715+356.953=2071.953KN。3.2.2可變荷載項目地處東南部沿海地區，常年無雪，臺風較為頻繁，溫差變化不大，因而可變荷載只考慮風荷載。
3.2.3風荷載年平均風速為2.6m/s，較常年平均值高0.5m/s。全年主導風向為東南風、東南偏南風和西北偏北風，風向頻率均為12％，其中偏西北風與常年主導風向（偏東北風）有所不同；平均風速分別為2.9m/s、2.8m/s、2.9m/s；其次是偏北風和東南偏東風（圖4），風向頻率均為9%，平均風速分別為2.7m/s和2.5m/s。全年靜風出現頻率為1%，大風日數為6天。臺風影響發生在5月中旬至9月中旬，7-9月為盛行期，2014年南沙區經歷2個強、超強臺風，分別為“威馬遜”及“海鷗”，最大風力分別為9級（22.5m/s）和10級（25m/s），該站水泥罐按超強臺風設防，計算風速40m/s。（1）基本風壓A、水泥罐所承受風載平均風壓按《建筑結構荷載規范》GB50009-2012所規定的方法確定50年重現基本風壓為：W0=0.5KN/m2。B、根據經驗公式按風速計算的基本風壓為：W0=V02/1600=402/1600=1.0KN/m2。綜上，基本風W0=1.0KN/m2。（2）風荷載標準值Wk=βz*μs*μz*W0=1*0.881*1.2*1*0.5=0.529KN/m2。βz=高度z處的風振系數，取經驗值βz=1.0。μs=風荷載體型系數，查《建筑結構荷載規范》，μs=0.881，群體系數1.2。μz=風壓高度變化系數，查《建筑結構荷載規范》，μz=1.00。
3.2.4可變荷載可變荷載q=Wk=0.529KN/m2。3.3設計成果（1）100t水泥罐基礎處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.5m*4.5m，外露部分基礎為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個水泥罐均獨立設置基礎，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎混凝土強度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據設備廠家要求再做修改，該水泥罐基礎承載力、抗傾覆能力均符合規范要求。（2）150t水泥罐基礎處于砂土地基，地下埋深按0.5m，尺寸為4.6m*4.6m，外露部分基礎為3.7m*3.7m，外露高度為0.3m，每個水泥罐均獨立設置基礎，底部再用20cm厚鋼筋混凝土連接成整體，基礎混凝土強度不低于25Mpa，密度不低于2480kg/m3，具體尺寸根據設備廠家要求再做修改，該水泥罐基礎承載力、抗傾覆能力均符合規范要求。
4結論
稍軟弱地基進行水泥罐基礎設計與建設，在不大面積進行軟基處理的基礎上，盡可能利用結構自重提高抗傾覆能力，后期利用風纜予以二次加固，可有效降低建設成本，縮短建設工期。南沙項目水泥罐于2015年7月建成后，經歷了2015年10月“彩虹”超強臺風襲擊，水泥罐結構穩定，安全性、使用性等均符合要求，該設計適用于沿海地區水泥罐等高聳臨時群筑建模、設計及驗算。
參考文獻：
[1]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.
作者：王遠哲 廖浪 單位：中交四航局第一工程有限公司
