賴俊豪

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

瀝青混凝土路面施工全面采用機(jī)械化進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。在選擇機(jī)械設(shè)備時，應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模及質(zhì)量、進(jìn)度的具體要求，科學(xué)配置施工機(jī)械，在確保施工質(zhì)量、安全及工期滿足要求的同時，實(shí)現(xiàn)成本的最優(yōu)化[1]。

1 工程概況

某公路工程，設(shè)計(jì)總長43 km，根據(jù)其地理及環(huán)境條件，并結(jié)合瀝青混合料的溫度敏感性及耐久性等特性，設(shè)計(jì)道路面層結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土路面，寬度為7 m，上面層為AC-16結(jié)構(gòu)，層厚4 cm；中面層為AC-20結(jié)構(gòu)，層厚5 cm；下面層為AC-25結(jié)構(gòu)，層厚7 cm。

2 施工機(jī)械及其種類

瀝青混凝土路面施工采用機(jī)械化作業(yè)，施工機(jī)械配備的科學(xué)性和合理性直接決定施工的質(zhì)量和進(jìn)度。瀝青混凝土路面施工采用的機(jī)械設(shè)備種類多，數(shù)量大，主要設(shè)備名稱及用途如表1所示。

表1 瀝青混合料路面主要施工機(jī)械設(shè)備及用途

3 選擇施工機(jī)械的原則

（1）機(jī)械設(shè)備與工程實(shí)際相適應(yīng)：1）機(jī)械設(shè)備適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境條件；2）機(jī)械設(shè)備規(guī)格、型號滿足施工要求。

（2）滿足經(jīng)濟(jì)性原則：施工機(jī)械配置時，應(yīng)充分考慮機(jī)械購買成本和使用成本，同時權(quán)衡項(xiàng)目總體成本與機(jī)械成本之間的關(guān)系。

（3）兼顧質(zhì)量和安全性原則：1）機(jī)械設(shè)備使用性能良好；2）機(jī)械設(shè)備具備足夠的安全性能。

（4）機(jī)械的有效融合：結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際合理選擇和配置機(jī)械設(shè)備，在確保質(zhì)量、安全和工期滿足要求的前提下，盡可能地降低成本[2]。

4 瀝青混凝土路面施工的關(guān)鍵設(shè)備

瀝青混凝土路面施工涉及多種機(jī)械協(xié)同作業(yè)，其中主要包括拌和設(shè)備、運(yùn)輸車輛、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等，任何一種設(shè)備配置的科學(xué)性與否均會對路面施工質(zhì)量造成影響。

4.1 瀝青混合料拌和站的選型

瀝青混合料拌制是公路工程建設(shè)最基礎(chǔ)的工作，是保證攤鋪施工連續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，性能優(yōu)良的瀝青混合料拌和設(shè)備能有效保證施工有序進(jìn)行。選擇拌和設(shè)備時，必須嚴(yán)格控制以下幾個方面：

（1）拌和能力滿足施工需要，保證攤鋪施工的連續(xù)性。

（2）溫控性能滿足施工要求。

（3）距離施工區(qū)域較近，縮短運(yùn)距，降低成本。

（4）滿足節(jié)能、環(huán)保要求，并最大限度滿足經(jīng)濟(jì)性原則。

4.2 瀝青混合料攤鋪機(jī)選型

攤鋪機(jī)選擇時應(yīng)注意以下三個方面：

（1）確定采用輪胎式攤鋪機(jī)還是履帶式攤鋪機(jī)：1）履帶式攤鋪機(jī)動力大，穩(wěn)定性高，施工面積大，平整度高，但調(diào)頭和轉(zhuǎn)彎不便，移動速度緩慢；2）輪胎式攤鋪機(jī)調(diào)頭和轉(zhuǎn)彎方便快捷，無需外力作用。

（2）確定熨平板形式：1）機(jī)械組裝式熨平板能有效確保平整度，但其寬度無法自由調(diào)整；2）液壓伸縮式熨平板可根據(jù)實(shí)際需要自由調(diào)整寬度[3]。

（3）確定攤鋪機(jī)的數(shù)量：1）現(xiàn)場攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時，若采用單機(jī)攤鋪方式，二車道攤鋪機(jī)寬度應(yīng)小于6 m，三車道應(yīng)小于7.5 m；2）當(dāng)路面寬度較大時，應(yīng)采用多機(jī)聯(lián)合攤鋪。

4.3 壓實(shí)機(jī)械選型

瀝青混凝土路面常用的壓實(shí)機(jī)具主要有以下幾種：（1）雙鋼輪振動壓路機(jī)：在選擇雙鋼輪振動壓路機(jī)時應(yīng)充分考慮其噸位滿足施工要求。

（2）鋼輪靜壓壓路機(jī)：該類型壓路機(jī)主要應(yīng)用于壓實(shí)度要求相對較低的低等級公路。

（3）輪胎壓路機(jī)：該類型壓路機(jī)能有效增強(qiáng)瀝青混合料的密水性能，提升路面平整度和密實(shí)度。

（4）小型壓實(shí)機(jī)械：通常采用此類機(jī)械作用于道路邊角及井口周邊大型機(jī)械碾壓不到的區(qū)域。

（5）壓路機(jī)組合：結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際狀況，針對規(guī)模較大的路面，應(yīng)采用多臺壓路機(jī)聯(lián)合作業(yè)的模式進(jìn)行碾壓。

5 施工設(shè)備的配套

5.1 拌和設(shè)備生產(chǎn)率的確定

影響瀝青混合料拌和設(shè)備生產(chǎn)率的因素較多，主要包括單缸拌和量、投料、拌和及卸料時間和拌和設(shè)備效率等。其生產(chǎn)率計(jì)算公式如下：

式中，QB——拌和站生產(chǎn)率（t/h）；CB——單缸拌和量（t）；t1——投料用時（min）；t2——拌和用時（min）；t3——卸料用時（min）；KB——效率系數(shù)。

該路段采用上海田中機(jī)械有限公司制造的LB4000型間歇式瀝青拌和站，單缸拌和量4 t，效率系數(shù)為0.9。此拌和站可實(shí)現(xiàn)自動化控制，且級配、稱量較為準(zhǔn)確，拌和性能優(yōu)良。由公式（1）能夠得出瀝青拌和站生產(chǎn)率QB=216 t/h，參考機(jī)械性能參數(shù)，決定采用兩臺LB4000型拌和設(shè)備。

5.2 瀝青混合料運(yùn)輸車生產(chǎn)率和數(shù)量

瀝青混合料運(yùn)輸車必須具備強(qiáng)大的供應(yīng)能力，將拌和料及時運(yùn)至施工現(xiàn)場，保證攤鋪機(jī)能夠連續(xù)作業(yè)。運(yùn)輸車需求量計(jì)算公式如下：

式中，NC——運(yùn)輸車臺數(shù)（臺）；QB——拌和站生產(chǎn)能力（t/h）；t1——運(yùn)輸車往返用時（min）；t2——裝料用時（min）；t3——卸料用時（min）；ZC——每臺運(yùn)輸車載重量（t/臺）；N2——為保證攤鋪連續(xù)性，應(yīng)確保至少5臺運(yùn)輸車等待卸車。若施工路面較寬，應(yīng)采用多機(jī)聯(lián)合攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，此時N2應(yīng)為各攤鋪機(jī)前等待運(yùn)輸車輛之和；KC——時間利用率，該值為運(yùn)輸車受交通影響狀況下的數(shù)值。

因拌和站位于該道路工程中間位置，有效縮短了運(yùn)距，節(jié)約運(yùn)輸時間，大大提升了時間利用率，其值為0.8，混合料運(yùn)輸車往返每趟用時約為50 min，裝料、卸料分別用時5 min和20 min，通過公式（2）能夠算出運(yùn)輸車用量NC=17.2，因此該路段至少需要18臺載重量為25 t的自卸式運(yùn)輸車參與施工。

5.3 攤鋪施工生產(chǎn)率的計(jì)算

（1）單臺攤鋪機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算公式如下：

式中，QP——生產(chǎn)率（t/h）；T——攤鋪層壓實(shí)后平均厚度（cm）；WP——攤鋪寬度（m）；VP——攤鋪速度（m/min）；D——瀝青混合料密度（t/m3）；KP——效率系數(shù)。各種施工機(jī)械的生產(chǎn)率一定時，通過控制攤鋪速度確保生產(chǎn)率總體平衡。效率系數(shù)通過各機(jī)械的相互配合獲得，通常控制在0.7～0.95區(qū)間范圍內(nèi)。

（2）分幅攤鋪或多機(jī)聯(lián)合攤鋪：路面較寬時，一臺攤鋪機(jī)無法滿足施工需要，應(yīng)采取分幅攤鋪的方式進(jìn)行攤鋪。但實(shí)際施工時為避免接縫，通常采用多機(jī)聯(lián)合攤鋪的方式實(shí)施攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，施工方式如圖1所示。

圖1 兩臺攤鋪機(jī)并排梯隊(duì)作業(yè)

（3）實(shí)際施工時，為有效保證攤鋪?zhàn)鳂I(yè)和拌和生產(chǎn)的平衡，通常通過控制攤鋪速度和增減攤鋪機(jī)數(shù)量來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率均衡。攤鋪機(jī)實(shí)際攤鋪速度計(jì)算公式如下：

式中，QB——拌和站生產(chǎn)能力（t/h）；攤鋪厚度指壓路機(jī)碾壓密實(shí)后的厚度，上面層厚4 cm，中面層厚5 cm，下面層厚7 cm；瀝青混合料密度取2.365 t/m3。

為最大限度確保路面攤鋪質(zhì)量，該道路工程全長43 km，路面寬度為7 m，采用2臺攤鋪機(jī)聯(lián)合攤鋪，攤鋪速度控制在2 m/min，每天工作10 h，效率系數(shù)為0.9。通過公式（4）得出1臺攤鋪機(jī)實(shí)際生產(chǎn)率QP=125.2 t/h，2臺攤鋪機(jī)生產(chǎn)率則為250.4 t/h。參考機(jī)械性能參數(shù)，決定采用2臺福格勒SUPER2100-2IP攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪。

5.4 壓路機(jī)生產(chǎn)率和臺數(shù)的計(jì)算

（1）單臺壓路機(jī)的生產(chǎn)率：

式 中，QY——壓路機(jī)生產(chǎn)率（t/h）；WY——碾壓輪寬度（m），壓路機(jī)實(shí)際碾壓寬度為該壓路機(jī)壓輪寬度；LY——碾壓輪重疊量（m），規(guī)范規(guī)定該值大小為10～20 cm，實(shí)際施工時盡可能取最小值，此處取值為10 cm；VY——碾壓速度（km/h）；T——攤鋪層壓實(shí)后的平均厚度（cm）；BY——碾壓遍數(shù)；D——瀝青混合料密度（t/m3）；KY——效率系數(shù)，取值0.7；W——道路寬度（m）。

（2）確定壓路機(jī)數(shù)量：確定單臺壓路機(jī)生產(chǎn)率后，結(jié)合實(shí)際攤鋪生產(chǎn)率計(jì)算出實(shí)際需要的壓路機(jī)數(shù)量。計(jì)算公式如下：

式中，NY——壓路機(jī)臺數(shù)；QY——單臺壓路機(jī)生產(chǎn)率；QP——攤鋪機(jī)總生產(chǎn)率。通過公式（5）確定的壓路機(jī)生產(chǎn)率及臺數(shù)，該道路工程施工區(qū)域?yàn)榈诹鶚?biāo)段，總施工長度43 km，寬度7 m，以下面層（壓實(shí)后平均厚度7 cm）為研究對象，計(jì)算得出實(shí)際壓實(shí)效率及需要的壓路機(jī)臺數(shù)。先以2 km/h的速度初壓2遍，再以4 km/h的速度復(fù)壓6遍，最后以2.5 km/h的速度碾壓4遍。結(jié)合工程實(shí)際情況，決定從現(xiàn)場選取3臺三一重工STR130-5雙鋼輪振動壓路機(jī)和2臺SPR260C輪胎壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工。

6 施工機(jī)械配置計(jì)劃程序

（1）根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)配備施工機(jī)具：在制定施工機(jī)具配置計(jì)劃時，應(yīng)全面結(jié)合道路工程寬度及規(guī)模，合理確定攤鋪機(jī)數(shù)量，通過計(jì)算先后求得攤鋪機(jī)和拌和站生產(chǎn)率，并據(jù)此算出拌和機(jī)械數(shù)量，然后通過計(jì)算確定所需運(yùn)輸車和壓路機(jī)的數(shù)量。

（2）機(jī)械配置需遵循經(jīng)濟(jì)性原則：針對規(guī)模較小、質(zhì)量要求較低的道路，通常選擇在車道分界位置進(jìn)行分幅攤鋪，以有效降低施工成本。

（3）機(jī)械配置方案應(yīng)具有可行性：瀝青混合料拌和機(jī)械比較笨重、能動性較低，在配備施工機(jī)具時，應(yīng)結(jié)合拌和機(jī)械相關(guān)性能確定生產(chǎn)率，并參考拌和站生產(chǎn)率確定攤鋪機(jī)數(shù)量，最終通過計(jì)算得到瀝青混合料運(yùn)輸車及壓路機(jī)的數(shù)量。

（4）機(jī)械配置應(yīng)滿足協(xié)調(diào)性和生產(chǎn)平衡性原則：工程實(shí)踐中，若拌和站拌和能力與現(xiàn)場攤鋪能力產(chǎn)生供需不平衡時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況合理調(diào)整攤鋪機(jī)的攤鋪速度和數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)二者生產(chǎn)率的均衡發(fā)展。

7 該項(xiàng)目路面施工機(jī)械最終選型

該道路工程設(shè)計(jì)總長43 km。路面工程施工項(xiàng)目包括：道路主線下面層為7 cm厚粗粒式瀝青混凝土（AC-25）結(jié)構(gòu)，路面寬7 m，攤鋪速度2 m/min，下面層瀝青混合料密度為2.365 t/m3，日平均作業(yè)時長10 h。

（1）根據(jù)上述確定道路工程施工機(jī)具生產(chǎn)率的方法，結(jié)合工程質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，合理制定施工機(jī)械配置計(jì)劃，操作步驟如下：1）按照道路工程實(shí)際道路寬度確定需要配備的攤鋪機(jī)數(shù)量；2）結(jié)合攤鋪機(jī)實(shí)際生產(chǎn)率，得出拌和站具備的生產(chǎn)能力，據(jù)此得到拌和設(shè)備數(shù)量；3）結(jié)合公式求得運(yùn)輸車和壓路機(jī)的數(shù)量。

（2）根據(jù)公式計(jì)算，并結(jié)合試驗(yàn)路段施工效果，最終確定出面層施工所需的主要施工機(jī)具如表2所示。

表2 瀝青路面施工主要機(jī)械設(shè)備

8 結(jié)論

該文結(jié)合某公路工程施工情況，全面探討了公路工程施工中施工機(jī)具的配置原則及計(jì)劃確定方法，并根據(jù)工程實(shí)際，在確保生產(chǎn)率均衡、施工質(zhì)量滿足要求的前提下，完成施工機(jī)具的合理化配置，通過計(jì)算確定實(shí)際需要的各種施工機(jī)械的數(shù)量，并結(jié)合施工機(jī)具性能參數(shù)確定合適的型號。