瓜星高速超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工機械配備研究

《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  基金項目:教育部長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助(IRTll39);甘肅省交通建設科技項目(2012)

作者簡介:陶永宏(1971一),男,甘肅靈臺人,高級工程師,從事路橋建設管理工作

瓜星高速超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工機械

配備研究

陶永宏.,李波2,劉濤.,李曉輝2

(1.甘肅路橋建設集團有限公司,甘肅蘭州730030;2.蘭州交通大學甘肅省道路橋梁與地下工程重點實驗室,甘肅蘭州730070)

摘要:機械設備的選型和匹配是優(yōu)化機械設備合理組合實現機械化高效施工的關鍵。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備的選型原則和配置要求,總結了適合于寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工的機械設備匹配方法,得出了施工設備配置數量,保證了施工進程科學、合理地進行。

關鍵詞:水泥穩(wěn)定碎石;超厚寬幅;機械設備;選型;匹配

中圖分類號:U414文獻標識碼:B文章編號:l009一7716(2012)11-0110-03

O引言

目前,高等級公路瀝青路面結構中水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度通常為25一36cm,在實際施工過程中一般分為兩層進行攤鋪、碾壓。這主要是依據現行規(guī)范《公路路面基層施工技術規(guī)范》(JTJ03一2000)的規(guī)定:“水泥穩(wěn)定土結構用12一15t三輪壓路機碾壓時,每層壓實厚度不應超過15cm,用18一20t三輪壓路機碾壓時,每層壓實厚度不得大于20cm;對于水泥穩(wěn)定中粒、粗粒土,采用能量大的振動壓路機碾壓時,每層壓實厚度可以根據試驗適當增加,壓實厚度超過上述規(guī)定時,應分層修筑”[l]。規(guī)范中上述規(guī)定是因為傳統(tǒng)碾壓機械激振力達不到設計要求,不能夠保證基層材料壓實度,必須分層施工。然而,從施工和使用過程中發(fā)現分層施工具有以下缺點:(l)分層施工時上基層攤鋪碾壓過程中,容易對下層已經鋪筑完畢的結構層造成二次松散和破壞;(2)不可避免地出現層間受力狀態(tài)與設計受力狀態(tài)不同,降低了基層作為一個整體結構層的承載能力;(3)水泥穩(wěn)定類材料在壓實成型后需要最少7d的養(yǎng)生時間才可以達到規(guī)定的強度,兩層施工就需要兩次養(yǎng)生,同時水泥穩(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了施工工期;(4)在路面設計中基層被視為整體一層,但許多工程中鉆芯取樣說明,經過兩次施工后水泥穩(wěn)定碎石基層在很多地方實際上是分離,造成設計與實際不符,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)兩次施工需要對同樣的工序重復進行,人工、機械同樣要加倍。[2]

近年來施工碾壓機械功率越來越大!振動碾壓機械越來越普及,特別是陜西中大為代表的32t振動壓路機的出現,使得超厚寬幅一次性鋪筑壓實成為了可能[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工藝出現時間較短,現行規(guī)范缺乏有關大功率振動機械碾壓工藝的規(guī)定,因此,有必要對超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層混合料的拌和、運輸、攤鋪及碾壓的機械配置及選型等作出要求,并進一步確定出最佳施工機械配備組合,使各方面使用性能達到最優(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,進行了超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層試驗段鋪筑,探討了各施工機械設備的選型與配置。該高速公路是國家高速公路網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。設計路面結構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)定土拌和設備的選型和數量確定

穩(wěn)定土拌和設備的選型根據工程量、工期、施工進度確定的日施工進度來選擇拌和設備的產量,同時要考慮與攤鋪機作業(yè)能力相匹配,要求具有獨立的調速調頻的冷料供給系統(tǒng),符合環(huán)保要求,對級配計量準確,攪拌均勻,并能手動和自動控制,各部分工作安全可靠。拌和設備選型的主要依據)額定生產率Q的表達式為[4]:

   Q=KQ1              ⑴

式中:Q為拌和設備的額定生產率,t/h;K為攪拌設備的貯備系數,取1.1;Q1:為拌和設備實際生

產率,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為日攤鋪長度,m;b為攤鋪幅寬度,m;h為攤鋪壓實后的厚度,m;T為日拌和時間,h。

根據室內試驗結果取水泥穩(wěn)定碎石的各項參數為,擊實干密度p干=2.37而,;含水量ω=5.3%;結合公路主線寬度,全幅作業(yè)寬度b=12.5m;每層厚度h=0.35m;根據施工進度要求,日攤鋪長度L=1000m,按照每天拌和16h計算得:QI=545.9t/h,Q=6O0t/h。

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

2裝載機的選型與數量

裝載機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備冷料倉的寬度,否則,裝載機上料會造成冷料竄倉,影響冷料級配發(fā)生變異。裝載機的數量可由下式計算。

3攤鋪機的選型和數量確定

本項目選用陜西中大DTI600型超級攤鋪機(功率269kw,最大攤幅16m,最大攤鋪厚度500mm)。該設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、大生產率螺旋裝置設計,輔以整機與螺旋驅動大功率配置,兼?zhèn)浠鶎臃€(wěn)定土與面層瀝青攤鋪多用途,實現單機大寬幅、大厚度、抗離析一次成型攤鋪作業(yè)。其具體參數見表1。

表1   JOINTARK  DT1600全幅攤鋪機參數表

根據前述的計算和分析,全幅作業(yè)寬度b=12.5m,考慮攤鋪的機械效率,作業(yè)質量,車輛與拌和設備生產能力的銜接等因素,攤鋪的速度選擇應先確定出每小時所需攤鋪的穩(wěn)定土基層材料的重量。

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

每小時需要攤鋪的穩(wěn)定土質量為:

4自卸汽車選型與數量

拌和設備拌出的混合料應及時運往工地,開工前應查明施工位置!施工條件!攤鋪能力!運輸路線!運距和運輸時間以及所需混合料的種類和數量"配備足夠的運輸車輛,可避免由運輸的問題造成拌和設備和攤鋪機時開時停,影響混合料的拌制和攤鋪質量及造成材料浪費。

5壓路機的選型和數量

壓實是水泥穩(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,當采用了優(yōu)質的材料,精良的攪拌設備和攤鋪設備后,如果碾壓中出現問題,將前功盡棄"水穩(wěn)碎石半剛性基層施工時,壓路機的選型依據有:工程材料的類別和含水量、工程壓實的內容與機械化程度、壓實厚度與匹配設備、壓實機械的適應性、工程量要求、工程進度要求、壓路機的牽引條件、施工場地的氣候條件、壓實工藝的需要、可維修性能好和技術支持條件等。

隨著大噸位振動壓實機械的普及、壓路機自重以及激振力的提高,壓實效果業(yè)已大為改善,研究表明可根據實際情況補充完善現行規(guī)范中有關碾壓厚度及碾壓工藝的相關規(guī)定,而使用大功率振動碾壓機械一次性碾壓大厚度基層是解決上述問題的關鍵所在。陜西中大YZ32全液壓振動壓路機是中大機械集團研發(fā)的超重噸位自行式振動壓路機。該機的噸位和激振力均超過目前國內外最大自行式壓路機的范圍[6]。YZ32壓路機為前后輪雙驅的全液壓傳動方式,行走速度和振動頻率均無級調節(jié),高低振幅可選,根據壓實對象需要可選擇需要的振動與行走參數配合"具有作用深度大,生產效率高,密實度均勻,機動靈活,視野良好等一系列特點,是大厚度、高密實度基礎壓實作業(yè)不可替代的產品。本項目選擇陜西中大YZ32全液壓振動壓路機配合超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工。

研究表明,壓路機碾壓基層的遍數一般為6-8遍,振動壓路機的壓實厚度比靜壓作用壓路機的壓實厚度要大,基層壓實應首選振動壓路機為主,穩(wěn)壓雙鋼輪和膠輪壓路機為輔,根據壓路機不同噸位對應的壓實厚度來選擇壓路機的機型噸位。水泥穩(wěn)定土碎石的碾壓要在其攤鋪后2一4h內完成,否則就會出現水泥凝固,壓實不足,壓實度不夠就會出現基層軟簧、增加路面的滲透性,易出現車轍等早期路面破壞現象。因此,壓路機的臺數,由攤鋪機的作業(yè)速度和壓路機的壓實面積生產率進行確定比較合理,計算見式(7)

因此,經計算取整凡=3,即配套3臺壓路機可以滿足生產需要"根據上面對壓路機選型和臺數的計算分析和研究及施工單位具體情況,建議選用的壓路機為:中大Yz32DZ雙鋼輪壓路機1臺,用于水泥穩(wěn)定土碎石的初壓和表面收光;徐工XS202振動壓路機1臺,用于復壓;徐工XP261膠輪壓路機,用于表面柔搓壓實。

6結論

(1)超級攤鋪機可實現單機大寬幅、大厚度、抗離析一次成型攤鋪作業(yè),改善離析,改善雙機并幅攤鋪與基層上下分層攤鋪的工藝規(guī)范,為現代大型攤鋪機的技術發(fā)展探索一條路線。

(2)陜西中大YZ32全液壓振動壓路機具有作用深度大,生產效率高,密實度均勻,機動靈活,視野良好等一系列特點,已經使大厚度!高密實度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實作業(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,拌和設備、載機、攤鋪設備、運輸車、碾壓設備的性能和協調工作能力直接影響施工質量。各機種之間既相互聯系又相互制約,只有正確的選擇各機型的工作參數,并保證機型之間有合理的匹配關系,才能充分發(fā)揮各機型的總體效能,從而獲得較高的技術經濟指標和較高的施工質量。

參考文獻

[1] JTJ03-2000,公路路面基層施工技術規(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施工與質量控制[j]重慶交通學院學報,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)定碎石施工機械設備選型與匹配研究[J].武漢理工大學學報,2007,29(外144一147,151.

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

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