摻砂法在非處理碎石基層工程中的應用

曹瑞琪，李慧，劉 佳

(1.中國水利水電第五工程局有限公司科研所，四川雙流 610225;2.中國水利水電第五工程局有限公司海外部 四川成都 610066)

1 工程概述

摩洛哥塔-烏高速公路全長34.88 km，起點樁號為PK31，終點樁號為PK65.88。該標段地勢起伏較小，相對平坦，排水構造物較多，路基主要以填方為主，全線路基填方350萬m3，挖方約18.2萬m3;路面結構瀝青混凝土BB層為4.1萬m3，瀝青砂礫料GB為4.8萬m3，未處理砂礫料GNT層23萬 m3，CDF底基層為35萬 m3;排水構造物:涵洞79道，通道13處，兩座大橋，一座立交橋，共計鋼筋制安4 380 t，混凝土約59 000 m3。

根據摩洛哥高速公路技術條款，非處理碎石基層(GNT)粒徑為0～20 mm，該料為經過篩分系統生產的連續級配混合料，顆粒級配需滿足摩洛哥高速公路技術條款的要求。滿足規范要求后開始做規則度試驗:連續取15組樣，確定規則度曲線。規則度由兩條顆粒曲線確定:Xf±1.25 sf(Xf為檢測的平均值;Sf為估計的標準誤差)。此后生產的GNT料必須滿足規則度曲線的要求。其它試驗參數應滿足表1要求。

2 生產工藝流程

表1 非處理碎石基層材料試驗參數表

本套系統主要由給料機、顎式破碎機、單層振動篩、圓錐破(2個圓錐破，第一為粗碎，第二為細碎)、三層成品料振動篩構成。主要流程為:原料通過給料機后進入顎式破碎機(顎式破碎機破碎間隙為80 mm，主要是將大粒徑原料破碎，減小后面的破碎壓力)，顎式破碎機初碎后，破碎料通過篩網尺寸為20 mm的單層篩進行篩選，篩余料為棄料，篩網之上的料進入圓錐破1(粗碎，破碎間隙為16 mm)，經圓錐破1破碎后的料進入成品料振動篩(振動篩尺寸為25 mm)，篩余料即為成品GNT料，篩網之上的料則進入圓錐破2(細碎，圓錐破2的破碎間隙為10 mm)進行二次破碎，破碎后返回成品料振動篩進行二次篩分，如此往復循環進行生產(圖1)。

圖1 篩子分系統示意圖(修改前)

3 生產狀況

篩分生產原料來自于當地的河道，主要為河道沖擊砂礫石，最大粒徑為100 mm。對生產原料進行檢驗后發現其含砂量較大，整體粒徑偏小，粒徑大于40 mm以上的顆粒所占比例較小。而本篩分系統經顎破后將粒徑20 mm以下的原料篦除，棄料量達到60%，成品料產量不能滿足施工要求，且在棄料運輸到渣場的過程中，項目生產GNT料的成本大大增加。經試驗發現，成品GNT料中含細粒含量較低，而棄料中含砂量達10%。

系統調整前的檢測結果見表2。

經過對比分析，決定對系統進行改造，希望通過系統調整，能夠在增加GNT成品料產量的同時提高CNT料中細粒的含量。減少棄料的產量。

表2 GNT材料試驗檢測數據表(篩分系統調整前)

4 系統的改造

系統改造的目的是提高GNT成品料的產量，減低成本，縮短生產時間，確保工期。

方案:(1)調整單層振動篩，將振動篩換成篩網為φ15的單層篩，如此可減少棄料產量，提高成品GNT料的產量;(2)從對棄料的再利用方面著手，根據對棄料的檢測結果進行分析，同時考慮到改造篩分系統的成本，力求用最簡單的改造取得最大的效益。經研究，決定在篩分系統的單層振動篩處(φ20)，增加一套φ5的單層振動篩，原料經過顎式破碎機進入單層振動篩(φ20)后產生棄料，棄料再通過φ5的單層振動篩，篩下料即為砂，篩網之上為棄料。再將生產的砂子與成品GNT料按一定的比例混合，增加GNT成品料的產量，為后續的攤鋪碾壓施工減少壓力(圖2)。

5 結果分析

篩分系統調整后，重新對GNT成品料進行檢測，其試驗結果見表3。

圖2 篩分系統示意圖(修改后)

通過對以上檢測數據進行分析，且經檢測滿足要求，但摻砂后的GNT級配曲線、針片狀含量、砂當量、棱角度是否滿足要求則需分析計算及試驗鑒定。通過計算，對各個指標具體分析如下:

(1)摻加砂子的比例。摻加砂子后的GNT料需在規則度曲線的范圍內，圖3、4分別為調整篩分系統前GNT料級配曲線及調整篩分系統后GNT料級配曲線(圖中黑線為規則度試驗中確定的GNT料粒徑范圍)，由圖中可以看出，成品料在級配上有一定的空間可以摻加砂子，空間為10%～30%。

表3 GNT材料試驗檢測數據表(篩分系統調整后)

(2)經檢測，所生產砂子的針片狀含量所占比例較小，而GNT成品料的針片狀含量為26%～27%，規范要求小于35%，即摻砂對針片狀含量影響可忽略不計。

(3)為了控制砂子的含泥量，系統增加了洗砂設備，從而保證了砂子的干凈度。

圖3 調整篩分系統前GNT料級配曲線圖

圖4 調整篩分系統后GNT料級配曲線圖

(4)規范要求破碎率(Cc)大于50%，即成品料中50%以上的顆粒是經過破碎的。現生產的GNT成品料破碎率已達到80%以上，所以，摻砂比例為50%以下即可滿足該項指標。

(5)要求Ctr(非破碎率)小于10%。非破碎率是指成品料中粒徑4 mm以上的料中未破碎料所占的比例。經計算及試驗，得出20%為最優摻砂量，既滿足了規范要求，也提高了GNT的產量。

系統調整并摻砂后的檢測結果見表4。

將成品GNT料摻加20%系統生產砂后的級配曲線見圖5。

6 經濟分析

通過改造系統，從三方面為項目部降低了成本，增加了效益。

(1)未改造篩分系統前，所生產的GNT成品料占原料百分比的40%，棄料約占60%。改造篩分系統后生產的GNT成品料占原料的百分比為50%，砂子約占10%～15%，棄料約占35%～40%;將生產的砂子摻入成品料后，GNT成品料達60%～65%，比原來增加20%～25%，從而大大提高了GNT成品料的產量;全線所需GNT成品料約210 000 m3。按照未改造前的系統，從理論上計算，所需毛料約為525 000 m3，所得棄料約為315 000 m3;改造系統并摻砂后，從理論上計算，所需毛料約為350 000～323 000 m3，所得棄料約為140 000～1130 00 m3。

表4 GNT材料試驗檢測數據表(篩分系統調整并摻砂后)

圖5 調整篩分系統并摻砂后的GNT料級配曲線圖

(2)在增加成品料的同時，也減少了棄料，同時也降低了毛料的運輸量，相對系統改造前后，毛料減少約為175 000～202 000 m3，棄料減少約為175 000～202 000 m3。當地運料車一般為20 m3/車，總共約減少了17 500～20 200車次的運輸，從而大大降低了運輸材料的運輸成本。

(3)由于單位時間內成品料生產量的增加，意味著生產所需成品料的時間減少，項目部篩分系統每天約可生產2 000 m3毛料，未改造系統前日產量約為800 m3，改造系統后日產量約為1 200～1 300 m3，生產210 000 m3成品料原系統需263 d，改造后的系統需175～162 d，同時減少了機械的損耗量，降低了人工和機械等成本。

7 結語

通過對篩分系統進行改造，所生產的成品GNT料經過質量控制部門檢測，滿足工程壓實度需求。同時，也為項目部降本增效產生了經濟效益;滿足業主工期要求，為項目順利開展路面工作提供了良好的平臺。