顶置式混凝土搅拌站的设计与应用

曹传刚

（中铁二十二局集团有限公司 北京 100043）

1 引言

随着国家基础建设进程的加快，工程建设用地日趋紧张，环水保要求也日趋严格［1］。当前一段时间把基础建设作为拉动经济的主要手段，混凝土搅拌站作为基础建设的重要组成要素融入经济发展的主旋律、主方向，也将是其发展的必然趋势，搅拌站的设计和使用理念也应与时俱进。

因此，混凝土搅拌站在设计中充分考虑施工工况的特殊性，加大提升生产功效的同时，也应考虑减少建站占地面积、降低装机功率。

混凝土搅拌站建设选址通常会考虑运输费用的经济问题、保证混凝土质量问题、减少临时征地占地费用问题、水资源使用问题［2］，一般选在靠近混凝土用量比较集中的场地进行建设。

着重从以下几个方面进行设计：

（1）减少建设混凝土搅拌站占地面积。

（2）提高水的循环再利用率。

（3）有效降低装机总功率。

（4）加强除尘设施的设计应用。

（5）混凝土搅拌站的外形要与企业文化相融合。

为此，结合以上要求，设计一款新的顶置式混凝土搅拌站（见图1）以满足施工生产需求，特别是有限空间的建设需求。

图1 顶置式混凝土搅拌站

2 顶置式混凝土搅拌站设计

2.1 主体基础结构

顶置式混凝土搅拌站主体基础为两层混凝土结构（见图2中4）。这种设计在保持成本没有变化的前提下，既提高了承重能力，同时又增加了设备本身的稳定性，为提高动态称的计量精度提供坚实的基础。

图2 顶置式混凝土搅拌站配置示意

设计时将顶置式混凝土搅拌站主机底盘以下两层设计成混凝土框架结构，混凝土主框架起支撑和承重搅拌站主体零部件的重量的作用［3］，对混凝土框架间形成的空间进行功能分割，分作控制室、休息室、洗手间、维修间、空压机房、水箱及添加剂箱放置间等不同用途的功能间。

在两层不同的功能间中可以考虑按照以下方案来安排，也可以根据管理者的需要和习惯来另行设置。

（1）在混凝土结构二层可设置控制室、空压机室、休息室、洗手间等不同功能的区域。

控制室设在二层在高度上方便了搅拌站司机观察装载车辆的进出情况，便于搅拌站司机和车辆司机的单据传送；空压机室设置在这一层，缩短了泵站和气动执行元器件间的距离，减少了压缩空气的压力损失，提高了压缩空气的有效利用率；在二层设立休息室，方便搅拌站司机在夜班时或等待任务时就近休息，以保持最好的工作状态；在二层设置一卫生间方便搅拌站司机，节约非工作时间。

（2）在混凝土结构一层可设置维修室、工具室、中转水箱室、添加剂罐室、卫生间等。

工具室设在一层，方便储存和保管维修工具和设备，如电焊机、气割设备、维修配件、常规维修工具等，既方便管理，又减少了备品、备件的损坏和丢失；中转水箱室、添加剂罐室设在一层，既起到保温、防水等防护作用，同时又方便添加剂的配送；为方便维修工人和车辆司机的日常生活，一般建议在一层也设置卫生间［4］。

2.2 粉料仓置顶结构

传统的混凝土搅拌站（见图3）在设备设计时将所有粉料仓全部旁置于搅拌站主楼的侧面，呈扇形状布局，粉料通过螺旋输送机输送至搅拌站主机。

图3 传统混凝土搅拌站结构布局

传统配置方式存在3个缺点：（1）整个搅拌站占地面积较大，土地使用成本加大；（2）配置的螺旋输送机较长，加大了电机功率，造成了使用成本的增加；（3）螺旋输送机摆角大，有功功率降低。

为彻底解决传统混凝土搅拌站存在的设计和使用缺陷，最大限度地节约建站土地占用，实现节能环保的生产，设计时将传统混凝土搅拌站中旁置的粉料仓全部上移至混凝土搅拌站主楼结构顶部（见图2中1）。

顶置式混凝土搅拌站的设计方式成功解决了传统混凝土搅拌站存在的设计缺陷，可实现节约占地面积约250 m2，节约土地用量21%左右。

混凝土站因受混凝土初凝时间、运输成本的限制，一般多建在混凝土使用比较集中的附近场地，在构成建设搅拌站的成本中土地成本占据相当大一部分。为此，将粉料仓设计在搅拌站的顶部，大大减少了搅拌站的占地面积，同时降低了建设混凝土搅拌站的土地使用成本［5］。

过去几年，许多施工现场进购的砂石料中含有大量的泥沙尘，在采用垂直输送时会有大量的泥沙粘在皮带或链斗上无法自行清理，限制了设备的使用，降低了生产功效。

随着国家对于工程质量、工程安全、环保要求的不断提高，混凝土搅拌站越来越多地采用经过选粉、水洗、烘干的精品骨料［6］，为供料垂直输送提供了可能。骨料输送设备采用垂直输送皮带机（见图4）或大方量提升斗（见图5）可减少整站的占地面积二分之一左右［7］，将会更大限度地节约土地资源。

图4 垂直输送皮带机

图5 斗式提升机

2.3 降低总装机容量，节约使用成本

顶置式混凝土搅拌站的粉料通过螺旋输送机方式进行输送。由于粉料仓设置在计量单元的上方（见图2中2），不但缩短了从粉料仓到对应计量称的距离，同时也改善了粉料输送的角度，粉料输送可以实现小角度或者水平螺旋输送。

顶置式混凝土搅拌站大大缩短螺旋输送机的长度，同时降低输送装机功率。一般工地的混凝土搅拌站需要配置6个粉料仓，同步配置6条输送机，每一条螺旋输送机功率为22 kW，采用顶置式设计的单台功率不足10 kW，螺旋输送机装机总功率降低72 kW。采用低功耗电器系统，在能源紧张，全球倡导低碳经济的形势下，每年可为企业节约消耗电力费用相当可观［8］。

2.4 控制系统设计

顶置式混凝土搅拌站的控制系统（见图6）采用最新研发的BSMIS软件系统。充分利用成熟的信息和网络技术，整合现有的生产控制系统，根据国家相关标准和规定，开发的企业级应用平台。具有以下优点：

图6 控制系统操作面板

（1）通过BSMIS系统，可以对销售、原材料、实验室、生产经营、车队、仓库配件、人力资源和财务等各个业务环节进行全面管理。

（2）可以监控和调度本企业在移动通信网络覆盖范围内的罐车和泵车，实现生产任务的智能调度，实现多生产机组的联合生产与实时监控。

（3）通过BSMIS系统，实现企业信息化，规范企业管理，优化资源组合，降低能源消耗，提高产品质量和企业运营效率［9］。

2.5 外观设计

搅拌站外观设计既要体现设计风格，又要展现施工单位的企业文化，随着施工企业品牌意识的强化和施工文明工地标准化的要求，不仅仅要求搅拌站高效使用、技术先进、安全可靠、配置合理，往往在外观设计上要求越来越高，高大上的设计要求与日俱增，设计者就要不断向施工单位高品质外观产品需求上实现转变［10］。工地上场初期，业主单位通常把搅拌站建设和使用情况作为考核目标，谁建得快、建得漂亮，谁就是标杆、就是主色调，因此对于搅拌站外封设计要有独特的风格。顶置式混凝土搅拌站在外封设计上引用了更多建筑设计理念，从而使搅拌站更好地满足施工企业文化和文明施工标准化要求，与周边的环境或一个城市的主旋律相同或相近，增加了整体的和谐和美感（见图7）。

图7 顶置式混凝土搅拌站应用外观

2.6 结构设计要求

顶置式混凝土搅拌站的粉料仓顶置在混凝土搅拌站主结构上部，这样包括粉料仓本体的重量、仓体内承载的物料在内约有1 000 t多的重量，全部由主结构来支撑，主结构设计需要满足更高更专业的要求。

（1）框架结构的受力计算及设计。粉料仓顶置配置，加大了主机框架、基础混凝土结构的载荷，应采取框架建模，检算各点受力，并充分计算抗偏承重、抗倾覆、立柱受压失稳等。现场施工可能出现部分满载部分空载，对角负载不对等的情况，针对不同工况的受力情况进行比对分析和检算。

（2）整站风载荷的计算。粉料仓顶置增加了整机高度，同时增加整机的风载荷，计算整站的风载荷时要充分考虑使用地的50～100年监测频率的气象资料。

（3）检算散装水泥车输送效率。粉料仓顶置，增加了散装水泥输送车输送高度，输送功效受到影响。充分考虑输送车的输出条件，尽量将输送高度控制在合理范围内，以输送最大高程进行检算，因现场特殊情况不能满足可以考虑增加负压供料装置；为满足国家和地方的环保要求，必要时可增设仓顶负压主动除尘装置。

（4）垂直输送皮带机或提升斗的设计。国内搅拌站垂直皮带机的设计应用还很少，可参考的资料比较少，其功率计算没有什么难度，只是机构设计的经验不足，实际上也没有太大的问题；对大方量提升斗功率和结构上国内也有现成的经验，运用变频提升很好地设置提升前后及过程中的频率转换［11］。

2.7 安装要求

顶置式混凝土搅拌站的结构特殊，在安装上也有很大的不同。

（1）设计中几点安装问题考虑。首先，顶置式混凝土搅拌站结构较大，又与混凝土结构相结合，不可能做成模块化，主框架间采用连扳连接，先螺栓固定后焊接，连板均预留焊接焊缝，焊缝尽可能的是横焊缝，避免仰焊。其次，设计风格采用总体框架上铺放平台的方法，平台设计成制作运输方便的尺寸。再次，水泥仓上置后无法将搅拌主机拆卸，设计站自吊装设备和通道便于以后的维修维护。

（2）安装顺序。顶置式混凝土搅拌站安装时先将搅拌主机安装到混凝土结构上，在安装主体框架时，先连接内部立柱，安装称量装置后，再连接外围框架，先装下部平台，再安上部平台，上部水泥仓支撑用简易胎具定位，最后安装水泥仓，并且尽量安排在一天内完成所有仓的安装。

（3）安装安全问题。顶置式混凝土搅拌站吊装应制定专项方案，严格按照专项方案进行安装作业，配备指挥人员和专职安全员，从业人员经培训合格，持证上岗，安装人员佩戴安全帽、安全带，安装后用螺栓固定，并初步焊接，防止出现由于台风等意外天气导致不可预期的安全事故。

3 结论

当前中国经济转型升级步伐加快，科学技术水平不断提高，遵循绿色、环保、智能、安全、节能、节地、高效的原则设计的顶置式混凝土搅拌站，适应了时代发展需求，具有智能化、人性化、节能化、效益化等特征，节约了生产成本，提高了生产效率，保护了生态环境，技术更成熟、性能更可靠。随着国家基础建设进程的加快和习近平主席提出的“绿水青山就是金山银山”的两山理论深入践行，顶置式混凝土搅拌站应用前景将会更加广阔［12］。