瓜星高速超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工機(jī)械配備研究

《管理施工》  《城市道橋與防洪》             2012年1l月第11期 

收稿日期:2012-06-25  基金項(xiàng)目:教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助(IRTll39);甘肅省交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2012)

作者簡(jiǎn)介:陶永宏(1971一),男,甘肅靈臺(tái)人,高級(jí)工程師,從事路橋建設(shè)管理工作

瓜星高速超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工機(jī)械

配備研究

陶永宏.,李波2,劉濤.,李曉輝2

(1.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,甘肅蘭州730030;2.蘭州交通大學(xué)甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州730070)

摘要:機(jī)械設(shè)備的選型和匹配是優(yōu)化機(jī)械設(shè)備合理組合實(shí)現(xiàn)機(jī)械化高效施工的關(guān)鍵。依托瓜州至星星峽高速公路路面工程,研究了超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工的主要設(shè)備的選型原則和配置要求,總結(jié)了適合于寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工的機(jī)械設(shè)備匹配方法,得出了施工設(shè)備配置數(shù)量,保證了施工進(jìn)程科學(xué)、合理地進(jìn)行。

關(guān)鍵詞:水泥穩(wěn)定碎石;超厚寬幅;機(jī)械設(shè)備;選型;匹配

中圖分類(lèi)號(hào):U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):l009一7716(2012)11-0110-03

O引言

目前,高等級(jí)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)中水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度通常為25一36cm,在實(shí)際施工過(guò)程中一般分為兩層進(jìn)行攤鋪、碾壓。這主要是依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ03一2000)的規(guī)定:“水泥穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)用12一15t三輪壓路機(jī)碾壓時(shí),每層壓實(shí)厚度不應(yīng)超過(guò)15cm,用18一20t三輪壓路機(jī)碾壓時(shí),每層壓實(shí)厚度不得大于20cm;對(duì)于水泥穩(wěn)定中粒、粗粒土,采用能量大的振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí),每層壓實(shí)厚度可以根據(jù)試驗(yàn)適當(dāng)增加,壓實(shí)厚度超過(guò)上述規(guī)定時(shí),應(yīng)分層修筑”[l]。規(guī)范中上述規(guī)定是因?yàn)閭鹘y(tǒng)碾壓機(jī)械激振力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,不能夠保證基層材料壓實(shí)度,必須分層施工。然而,從施工和使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)分層施工具有以下缺點(diǎn):(l)分層施工時(shí)上基層攤鋪碾壓過(guò)程中,容易對(duì)下層已經(jīng)鋪筑完畢的結(jié)構(gòu)層造成二次松散和破壞;(2)不可避免地出現(xiàn)層間受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)受力狀態(tài)不同,降低了基層作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)層的承載能力;(3)水泥穩(wěn)定類(lèi)材料在壓實(shí)成型后需要最少7d的養(yǎng)生時(shí)間才可以達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度,兩層施工就需要兩次養(yǎng)生,同時(shí)水泥穩(wěn)定材料不適合在雨季施工,或在雨季施工比較的困難,這將很可能大大的延長(zhǎng)了施工工期;(4)在路面設(shè)計(jì)中基層被視為整體一層,但許多工程中鉆芯取樣說(shuō)明,經(jīng)過(guò)兩次施工后水泥穩(wěn)定碎石基層在很多地方實(shí)際上是分離,造成設(shè)計(jì)與實(shí)際不符,更重要的是,使路基的整體性受到影響,造成基層受力不利;(5)兩次施工需要對(duì)同樣的工序重復(fù)進(jìn)行,人工、機(jī)械同樣要加倍。[2]

近年來(lái)施工碾壓機(jī)械功率越來(lái)越大!振動(dòng)碾壓機(jī)械越來(lái)越普及,特別是陜西中大為代表的32t振動(dòng)壓路機(jī)的出現(xiàn),使得超厚寬幅一次性鋪筑壓實(shí)成為了可能[3]。但是,由于超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層整體攤鋪整體壓實(shí)工藝出現(xiàn)時(shí)間較短,現(xiàn)行規(guī)范缺乏有關(guān)大功率振動(dòng)機(jī)械碾壓工藝的規(guī)定,因此,有必要對(duì)超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓的機(jī)械配置及選型等作出要求,并進(jìn)一步確定出最佳施工機(jī)械配備組合,使各方面使用性能達(dá)到最優(yōu)化。

本研究以瓜(州)星(星峽)高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工為依托,進(jìn)行了超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層試驗(yàn)段鋪筑,探討了各施工機(jī)械設(shè)備的選型與配置。該高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)連云港至霍爾果斯高速公路的組成部分,是連接甘肅!新疆兩省區(qū)的主要通道。設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)15cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+20cm水泥穩(wěn)定碎石基層+7cm瀝青碎石(ATB一25)+5cm改性瀝青混凝土(AC一16C)。

1穩(wěn)定土拌和設(shè)備的選型和數(shù)量確定

穩(wěn)定土拌和設(shè)備的選型根據(jù)工程量、工期、施工進(jìn)度確定的日施工進(jìn)度來(lái)選擇拌和設(shè)備的產(chǎn)量,同時(shí)要考慮與攤鋪機(jī)作業(yè)能力相匹配,要求具有獨(dú)立的調(diào)速調(diào)頻的冷料供給系統(tǒng),符合環(huán)保要求,對(duì)級(jí)配計(jì)量準(zhǔn)確,攪拌均勻,并能手動(dòng)和自動(dòng)控制,各部分工作安全可靠。拌和設(shè)備選型的主要依據(jù))額定生產(chǎn)率Q的表達(dá)式為[4]:

   Q=KQ1              ⑴

式中:Q為拌和設(shè)備的額定生產(chǎn)率,t/h;K為攪拌設(shè)備的貯備系數(shù),取1.1;Q1:為拌和設(shè)備實(shí)際生

產(chǎn)率,t/h。

Q1=L*b*h*ρ濕      ⑵

式中:p濕為穩(wěn)定土的濕密度,t/m3,p濕=p干x(1+ω),其中,p干為穩(wěn)定土的干密度,t/m3,;ω為含水量;L為日攤鋪長(zhǎng)度,m;b為攤鋪幅寬度,m;h為攤鋪壓實(shí)后的厚度,m;T為日拌和時(shí)間,h。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果取水泥穩(wěn)定碎石的各項(xiàng)參數(shù)為,擊實(shí)干密度p干=2.37而,;含水量ω=5.3%;結(jié)合公路主線寬度,全幅作業(yè)寬度b=12.5m;每層厚度h=0.35m;根據(jù)施工進(jìn)度要求,日攤鋪長(zhǎng)度L=1000m,按照每天拌和16h計(jì)算得:QI=545.9t/h,Q=6O0t/h。

考慮設(shè)備的貯備系數(shù)以及為了使拌和設(shè)備拌出的穩(wěn)定土混合料的拌和均勻性得到改善,防止混合料產(chǎn)生離析,將拌和站產(chǎn)量設(shè)定為800t/h,并計(jì)算額定生產(chǎn)率Q=800t/h,因此,實(shí)施大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工至少需配備2套生產(chǎn)能力為500t/h的穩(wěn)定土拌合樓,或者至少配備一套生產(chǎn)能力為800t/h的穩(wěn)定土拌合樓。

2裝載機(jī)的選型與數(shù)量

裝載機(jī)的選型主要考慮其工作效率、使用性能、鏟斗容積和鏟斗寬度,其中,鏟斗寬度不能大于拌和設(shè)備冷料倉(cāng)的寬度,否則,裝載機(jī)上料會(huì)造成冷料竄倉(cāng),影響冷料級(jí)配發(fā)生變異。裝載機(jī)的數(shù)量可由下式計(jì)算。

3攤鋪機(jī)的選型和數(shù)量確定

本項(xiàng)目選用陜西中大DTI600型超級(jí)攤鋪機(jī)(功率269kw,最大攤幅16m,最大攤鋪厚度500mm)。該設(shè)備通過(guò)具有二次攪拌以改善離析與均勻輸料和布料綜合功能的抗離析、大生產(chǎn)率螺旋裝置設(shè)計(jì),輔以整機(jī)與螺旋驅(qū)動(dòng)大功率配置,兼?zhèn)浠鶎臃€(wěn)定土與面層瀝青攤鋪多用途,實(shí)現(xiàn)單機(jī)大寬幅、大厚度、抗離析一次成型攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。其具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1   JOINTARK  DT1600全幅攤鋪機(jī)參數(shù)表

根據(jù)前述的計(jì)算和分析,全幅作業(yè)寬度b=12.5m,考慮攤鋪的機(jī)械效率,作業(yè)質(zhì)量,車(chē)輛與拌和設(shè)備生產(chǎn)能力的銜接等因素,攤鋪的速度選擇應(yīng)先確定出每小時(shí)所需攤鋪的穩(wěn)定土基層材料的重量。

由計(jì)算可知每小時(shí)需攤鋪穩(wěn)定土基層材料的重量為600t,按照拌和站產(chǎn)量均設(shè)定值600t/h。

每小時(shí)需要攤鋪的穩(wěn)定土質(zhì)量為:

4自卸汽車(chē)選型與數(shù)量

拌和設(shè)備拌出的混合料應(yīng)及時(shí)運(yùn)往工地,開(kāi)工前應(yīng)查明施工位置!施工條件!攤鋪能力!運(yùn)輸路線!運(yùn)距和運(yùn)輸時(shí)間以及所需混合料的種類(lèi)和數(shù)量"配備足夠的運(yùn)輸車(chē)輛,可避免由運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題造成拌和設(shè)備和攤鋪機(jī)時(shí)開(kāi)時(shí)停,影響混合料的拌制和攤鋪質(zhì)量及造成材料浪費(fèi)。

5壓路機(jī)的選型和數(shù)量

壓實(shí)是水泥穩(wěn)定土碎石路面施工的最后一道工序,攪拌!攤鋪的成果最終通過(guò)碾壓體現(xiàn),當(dāng)采用了優(yōu)質(zhì)的材料,精良的攪拌設(shè)備和攤鋪設(shè)備后,如果碾壓中出現(xiàn)問(wèn)題,將前功盡棄"水穩(wěn)碎石半剛性基層施工時(shí),壓路機(jī)的選型依據(jù)有:工程材料的類(lèi)別和含水量、工程壓實(shí)的內(nèi)容與機(jī)械化程度、壓實(shí)厚度與匹配設(shè)備、壓實(shí)機(jī)械的適應(yīng)性、工程量要求、工程進(jìn)度要求、壓路機(jī)的牽引條件、施工場(chǎng)地的氣候條件、壓實(shí)工藝的需要、可維修性能好和技術(shù)支持條件等。

隨著大噸位振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的普及、壓路機(jī)自重以及激振力的提高,壓實(shí)效果業(yè)已大為改善,研究表明可根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充完善現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)碾壓厚度及碾壓工藝的相關(guān)規(guī)定,而使用大功率振動(dòng)碾壓機(jī)械一次性碾壓大厚度基層是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵所在。陜西中大YZ32全液壓振動(dòng)壓路機(jī)是中大機(jī)械集團(tuán)研發(fā)的超重噸位自行式振動(dòng)壓路機(jī)。該機(jī)的噸位和激振力均超過(guò)目前國(guó)內(nèi)外最大自行式壓路機(jī)的范圍[6]。YZ32壓路機(jī)為前后輪雙驅(qū)的全液壓傳動(dòng)方式,行走速度和振動(dòng)頻率均無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),高低振幅可選,根據(jù)壓實(shí)對(duì)象需要可選擇需要的振動(dòng)與行走參數(shù)配合"具有作用深度大,生產(chǎn)效率高,密實(shí)度均勻,機(jī)動(dòng)靈活,視野良好等一系列特點(diǎn),是大厚度、高密實(shí)度基礎(chǔ)壓實(shí)作業(yè)不可替代的產(chǎn)品。本項(xiàng)目選擇陜西中大YZ32全液壓振動(dòng)壓路機(jī)配合超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工。

研究表明,壓路機(jī)碾壓基層的遍數(shù)一般為6-8遍,振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)厚度比靜壓作用壓路機(jī)的壓實(shí)厚度要大,基層壓實(shí)應(yīng)首選振動(dòng)壓路機(jī)為主,穩(wěn)壓雙鋼輪和膠輪壓路機(jī)為輔,根據(jù)壓路機(jī)不同噸位對(duì)應(yīng)的壓實(shí)厚度來(lái)選擇壓路機(jī)的機(jī)型噸位。水泥穩(wěn)定土碎石的碾壓要在其攤鋪后2一4h內(nèi)完成,否則就會(huì)出現(xiàn)水泥凝固,壓實(shí)不足,壓實(shí)度不夠就會(huì)出現(xiàn)基層軟簧、增加路面的滲透性,易出現(xiàn)車(chē)轍等早期路面破壞現(xiàn)象。因此,壓路機(jī)的臺(tái)數(shù),由攤鋪機(jī)的作業(yè)速度和壓路機(jī)的壓實(shí)面積生產(chǎn)率進(jìn)行確定比較合理,計(jì)算見(jiàn)式(7)

因此,經(jīng)計(jì)算取整凡=3,即配套3臺(tái)壓路機(jī)可以滿足生產(chǎn)需要"根據(jù)上面對(duì)壓路機(jī)選型和臺(tái)數(shù)的計(jì)算分析和研究及施工單位具體情況,建議選用的壓路機(jī)為:中大Yz32DZ雙鋼輪壓路機(jī)1臺(tái),用于水泥穩(wěn)定土碎石的初壓和表面收光;徐工XS202振動(dòng)壓路機(jī)1臺(tái),用于復(fù)壓;徐工XP261膠輪壓路機(jī),用于表面柔搓壓實(shí)。

6結(jié)論

(1)超級(jí)攤鋪機(jī)可實(shí)現(xiàn)單機(jī)大寬幅、大厚度、抗離析一次成型攤鋪?zhàn)鳂I(yè),改善離析,改善雙機(jī)并幅攤鋪與基層上下分層攤鋪的工藝規(guī)范,為現(xiàn)代大型攤鋪機(jī)的技術(shù)發(fā)展探索一條路線。

(2)陜西中大YZ32全液壓振動(dòng)壓路機(jī)具有作用深度大,生產(chǎn)效率高,密實(shí)度均勻,機(jī)動(dòng)靈活,視野良好等一系列特點(diǎn),已經(jīng)使大厚度!高密實(shí)度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)作業(yè)成為可能。

(3)在超厚寬幅水泥穩(wěn)定土碎石基層的施工中,拌和設(shè)備、載機(jī)、攤鋪設(shè)備、運(yùn)輸車(chē)、碾壓設(shè)備的性能和協(xié)調(diào)工作能力直接影響施工質(zhì)量。各機(jī)種之間既相互聯(lián)系又相互制約,只有正確的選擇各機(jī)型的工作參數(shù),并保證機(jī)型之間有合理的匹配關(guān)系,才能充分發(fā)揮各機(jī)型的總體效能,從而獲得較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和較高的施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] JTJ03-2000,公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[sJ.北京:人民交通出版社,2000

[2]郝秀民,葉巧玲,馮曉.重交通瀝青路面水泥穩(wěn)定碎石基層超厚壓實(shí)施工與質(zhì)量控制[j]重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2005,26(4):76一78.

[3]荀家正.超厚水泥穩(wěn)定土基層鋪筑施工工藝及質(zhì)量控制[J]公路,2004(4):14一17.

[4]劉世清,梁永勝,孫慶豐,等.水泥穩(wěn)定碎石施工機(jī)械設(shè)備選型與匹配研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(外144一147,151.

[5]陜西中大機(jī)械集團(tuán).DT1600型多功能攤鋪機(jī).httP:/lwWW.jointark.com.e動(dòng)ndex一159.htzn.

[6J陜西中大機(jī)械集團(tuán).中大機(jī)械集團(tuán)YZ32自行式振動(dòng)壓路機(jī)[EBIOL8.ht牛:/~.jnintark.印m.e可index-1590lhtm.