試論車輛運力與攤鋪設備作業效率的合理匹配

靳 煒

（山西交通職業技術學院，山西 太原 030031）

道路是陸路交通的基礎。目前，在我國390×104km的等級道路通車總里程中，二級以上的高等級道路（包括已在運行中的高速公路）的保有量約為54.6×104km。這些高等級道路雖然僅占全國等級道路通車總里程的14.1%，但卻承擔著全國道路交通客（貨）運輸總量的80%以上[1]。高等級道路的基本結構組成中，水泥穩定材料構成了道路下部的主要承重結構，而作為路面形式主體的瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面則形成了道路的上部封閉層（亦可稱為磨耗層）。無論是水泥穩定材料，還是瀝青或水泥混凝土路面材料，它們的鋪設均要求使用攤鋪機完成[2]，以形成具有一定承載強度和平整度的連續鋪層。

1 問題的提出

現代道路攤鋪設備是道路施工機械中技術密集度較高和結構復雜的專用設備，其主要作用是將已在料場拌制完成的各種水泥穩定土及瀝青或水泥混合料均勻平整地攤鋪在已建筑完成的路基或路面基層上，并對其進行一定程度的預壓實，為后續壓路機壓實至要求的密實度提供必要的基礎。但攤鋪機的正常作業和達到要求的施工質量必須要求一定的外部條件來保證，如：

a）瀝青混合料和水泥穩定土等原材料的自身質量。

b）材料在儲存和轉運過程中由于水分的蒸發（影響水泥穩定土和水泥混凝土的含水量）和熱量的散失（影響瀝青混合料的工作溫度）對材料路用指標的影響。特別在材料制作場地與路上攤鋪現場距離較遠以及天氣特別干燥和氣溫較低時表現更甚。

c）攤鋪機自身的技術性能和作業參數，如攤鋪厚度和平整度、作業速度、壓實初始密實度、設備工作可靠性及操作方便性等是否符合施工作業要求。另外，混合料在攤鋪作業過程中的輸送是否連續可靠，特別是螺旋輸料器（攪龍）對材料的左右輸料是否均勻。

d）混合料運輸（送料）車輛的載運能力與攤鋪機的作業能力是否匹配等。

這些外部條件與瀝青或水泥混凝土、水泥穩定土等混合料的正常攤鋪作業（達到道路的施工質量目標）息息相關。長期以來，基于國內外科技的不斷進步（包括攤鋪設備結構、性能和施工工藝的改進）和施工者管理水平及技術能力的不斷加強，很多技術難題得到了有效解決，使得道路攤鋪施工的綜合技術水平不斷提高。如電子稱量技術的發展和工程應用使得各種級配礦料（包括瀝青和其他必要的添加劑）無論在靜止，還是在運動中的精確計量得以實現。結果使得各種混合料，特別是高質量瀝青混凝土的材料級配和油石配比等更為精確和合理；而改性瀝青（目前以SBS和廢舊橡膠改性瀝青為主）的應用使得瀝青混合料的各項路用指標，特別是路面的溫度穩定性、整體承載能力和使用壽命得到大幅提升[3]；變徑型螺旋輸料器的開發和應用使得較大作業寬度（大于等于8 000 mm）的攤鋪作業有效防止了混合料在較大輸送過程中的材料離析，提高了材料的攤鋪均勻性；而移動式和半固定式及大產量的混合料拌合設備（如4000-5000型）的使用和筑路料場的合理布局則成功克服了混合料的供應及材料運輸距離較遠使得品質下降（如瀝青混合料的溫度下降和水穩材料含水量因過量蒸發而不足）等問題。但縱觀目前高等級道路的瀝青或水泥混凝土、水泥穩定土等混合料的攤鋪作業工程中，各種混合料運輸（送料）車輛的載運能力與攤鋪機的作業能力的良好匹配問題一直沒有得到較好解決。筆者曾在山西多條高速公路的施工現場進行調研，并同施工單位相關管理人員進行交流，發現混合料運輸（送料）車輛的承載噸位選擇主要基于所用攤鋪機的喂料高度數據，而載車的數量主要根據工程估算或施工現場試驗得到的大體數量來決定。顯然，前者的選擇依據大體是合理的，但除了應考慮攤鋪機的喂料高度外，鑒于對攤鋪機作業影響較小和材料運輸的經濟性，宜使用載重量大于等于15 t的自卸型載重車輛；而后者僅以估算數據決定載車數量則顯然沒有做到合理量化。顯然，在載車單臺載重噸位決定之后，載車數量決定著為攤鋪機供料的總數量。若數量過少會使鋪機頻繁停車待料，使其作業難以連續進行；反之則會浪費載車的運力，出現供料過多而車滯。考慮到我國道路等級的不斷提高和施工組織的科學性，載車數量的合理量化對于提高道路施工的質量作業效率和降低工程損耗是十分必要的。

2 載車數量合理量化的必要性及意義

攤鋪設備已成為高等級道路施工中的標準配置，但攤鋪材料在鋪層中的均勻性，特別是鋪層的表面平整度不僅與攤鋪機自身的技術性能有關，而且與攤鋪機的使用工藝和作業條件關系極大。其中，攤鋪機的勻速和連續作業是達到鋪層表面平整度要求（設計）的重要條件之一。現代攤鋪機作業速度的適應范圍較大，一般為0.5～20 m/min，這是因為道路種類和等級差異較大所致。在施工時，較薄的瀝青混凝土路面攤鋪作業速度取4～20 m/min；而各種基層混合材料和碾壓混凝土路面（RCCP）攤鋪作業速度取0.5～1.2 m/min[4]。但作業速度一旦設定，就必須勻速和連續作業，否則攤鋪機停止作業（其原因可能是多方面的，如攤鋪機自身的機械故障和鋪料不足待料等）后重新啟動時，很容易形成路拱而嚴重影響鋪層表面平整度。這是因為每次攤鋪機重新啟動時，其找平裝置的傳感器會對鋪筑參數進行新的掃描、計算和設定，而原已完成的鋪層與新的鋪筑參數容易形成偏差。為了減少和消除這種平整度偏差，避免攤鋪機作業中的停機，使其盡可能勻速和連續作業就顯得非常重要。

眾所周知，除了攤鋪機自身的技術性能等因素外，被攤鋪物料的連續均勻供應是攤鋪機勻速連續作業的必要條件之一，而將鋪筑材料自制作基地運給攤鋪機的任務是由運輸車輛承擔的。顯然，對材料運輸的載車數量進行必要的合理量化與保證和提高道路的施工質量息息相關。

3 載車數量量化的原則和相關平衡方程的建立

載車數量量化的原則和目的是保證攤鋪機的勻速和連續作業，因此單位時間內為攤鋪機供應需要的材料數量是問題的關鍵。基于道路施工的需要，攤鋪機機型選定之后，其正常作業需要的材料數量即為常數，可由式（1）進行計算。

式中：m為攤鋪機正常作業需要的材料數量，t/h；h為鋪層厚度，m；b為攤鋪機攤鋪寬度，m；v為攤鋪機作業速度，m/min；λ為攤鋪混合料比重，t/m3。

載車將材料在設定的時間內運給攤鋪機并向其料箱傾倒喂料，所需要的載車數量與其運輸總量、單臺載重、行走速度、運輸距離、載車技術狀況和車輛利用效率等因素有關。即：

式中：Z為用于混合料運輸的載車數量（取正整數），臺；m為攤鋪機正常作業需要的材料數量，t/h；s為載車作業時的平均速度，km/h；q為單臺載車的承載能力，t；η為車輛利用系數，根據載車新舊程度（使用年限）、保養情況及行駛路況決定，可在0.6～0.95范圍內選取；d為混合料制作基地與攤鋪機作業地點的間距，km。

4 工程應用和計算實例

上述有關與攤鋪機施工作業配套的混合料運輸載車數量量化的原則和相關平衡方程的建立能夠運用數學平衡式對其進行較為準確的分析和量化，進而有效規避采用傳統估算方法帶來的相關誤差。而計算公式的建立是基于攤鋪機的作業效率（單位時間段內的作業能力）與混合料運輸載車輛在相應時間段內的運輸能力之間的平衡做出的。同時考慮到攤鋪機和運輸載車各自涉及的對作業效率可能產生的影響因素，所以計算結論更加貼近道路施工的工程實際，進而得到較為正確和客觀的計算結果。下面可以一個工程實例進行計算和驗證。

國道208線某碾壓混凝土路面（RCCP）施工時，根據施工道路的實際情況選用ABG411型攤鋪機（具有ABG機型特有的雙強夯功能）完成路面攤鋪作業。作業寬度為12 m，厚度250 mm，混合料比重為1.8 t/m3，攤鋪機作業速度50 m/h。混合料制作基地與攤鋪機作業地點的間距最遠點為18 km，最近點為12 km。選擇施工單位保有的載重量為15 t的自卸運輸車為攤鋪機供料，平均行走速度為30 km/h。車輛已使用年限為5～6年，技術狀況良好。顯然，這些車輛的綜合使用狀態屬于較好一類，故車輛利用系數取0.8。將這些已知數據代入式（1），可計算出在該項工程中，ABG411正常作業需要的材料數量為268 t/h；再由式（2）可計算出兩種結果，即當攤鋪機在遠地點作業時需27臺運輸車供料，而當近地點作業時需18臺運輸車供料。顯然，為了達到作業目的，若選擇遠地點開始作業，應采用27臺運輸車；隨著材料運距的縮短，運輸車的數量逐漸減少，直至減至18臺完成最后的攤鋪工程。當然，若選擇近地點開始作業，則應進行相應的調整完成作業。工程實踐表明，上述混合料運載車輛的選擇和量化是合適的。