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明,經(jīng)過兩次施工后水泥穩(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]

近年來施工碾壓機(jī)械功率越來越大!振動(dòng)碾壓機(jī)械越來越普及,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和數(shù)量"配備足夠的運(yùn)輸車輛,可避免由運(yùn)輸?shù)膯栴}造成拌和設(shè)備和攤鋪機(jī)時(shí)開時(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、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。

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