攤鋪機為主導機械的施工設備配套模式研究

周智勇 ，劉洪海

(1.山西交通職業技術學院 工程機械系，山西 太原 030031； 2.長安大學 道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

?

攤鋪機為主導機械的施工設備配套模式研究

周智勇1，劉洪海2

(1.山西交通職業技術學院 工程機械系，山西 太原 030031； 2.長安大學 道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

為了適應快速發展的大規模協調、高效作業的機群施工，提出了一套以攤鋪機為主導機械的設備配套模式；介紹了瀝青路面施工設備組成及施工工藝流程，通過理論研究與計算分析了瀝青攤鋪機的生產能力、攤鋪速度、攪拌站的生產能力、壓路機的壓實速度、運輸車數量數學模型幾個影響配套設備工作效率的關鍵參數；并通過實際工程應用驗證了該設備配套模式的可行性，對研究攤鋪機為主導機械的施工設備配套模式具有重要意義。

攤鋪機；配套模式；主導機械；數學模型

0 引 言

隨著施工技術的不斷發展，瀝青路面施工中機械設備配套施工的模式愈加重要。所謂設備配套模式，就是施工設備的合理使用，各設備之間的合理匹配[1-4]。目前，施工設備的配套模式主要是以攪拌站為主導機械，對于以攤鋪機為主導機械的設備配套模式研究甚少。

為了適應快速發展的大規模機群施工，保證各機械設備之間的協調、高效作業，在降低施工成本的基礎上，創造更大的經濟效益，就需要提出一套以攤鋪機為主導機械的設備配套模式。

本文對瀝青攤鋪機的生產能力和攤鋪速度、攪拌站的生產能力、壓路機的壓實速度、運輸車的數量進行理論分析，并將計算出的設備配套模式應用于施工實踐中，以檢驗設備配套模式的合理性。

1 瀝青路面施工設備組成及施工工藝流程

1.1 設備分類

根據瀝青路面各施工機械的重要性，可以將施工機械分為主導機械、主要機械和輔助機械。在瀝青路面施工中，攤鋪機對路面質量起著決定性的作用，應作為主導機械；瀝青混合料攪拌站、運輸汽車、壓路機及裝載機為主要機械；其他機械可歸為輔助機械。主要機械和輔助機械的配置必須服從主導機械，以主導機械的連續、高效運行為原則。

1.2 瀝青路面施工工藝流程

在瀝青路面施工中，主要用到的設備有攤鋪機、攪拌站、壓路機、運輸車等，根據各設備在施工中所起的作用和配合關系，可繪制如圖1所示的瀝青路面施工工藝流程。

2 設備配套方法

2.1 瀝青攤鋪機組配套

2.1.1 攤鋪機組攤鋪能力的確定

攤鋪能力的確定要考慮主導機械瀝青攤鋪機組的配套方法。必須先計算瀝青攤鋪機組的最小攤鋪能力Qtmin

(1)

式中：Qtmin為攤鋪機組的最小攤鋪能力(t·h-1)；L為施工段總長度(km)；hi為瀝青混凝土路面各攤鋪層的厚度(i=1,2,3)(cm)；B為瀝青混凝土路面單側路面寬度(m)；γi為瀝青混凝土路面各攤鋪層的密實度(t·m-3)；T為有效施工工期(d)；t為每日計劃工作時間(h)；Kh為時間利用系數。

根據計算出的最小攤鋪能力Qtmin，選擇合適的攤鋪機，確定攤鋪機組的攤鋪能力Qt。

2.1.2 攤鋪機數量及攤鋪速度的確定

攤鋪機工作面個數與最小攤鋪速度應滿足如下關系

(2)

一般而言，攤鋪機的攤鋪速度應小于4 m·min-1，并與設備參數、材料特性相匹配。速度太快，攤鋪的路面易出現拉痕、初始壓實度不足等現象；而速度太慢又會影響施工進度。

2.2 瀝青攪拌站配套

瀝青攪拌站的生產能力必須大于攤鋪機組的攤鋪用料量，以便給攤鋪機組提供足夠的瀝青混合料，保證攤鋪的高效連續運行。

(3)

式中：Qj為瀝青攪拌站的生產能力(t·h-1)；G為攪拌站每次卸下瀝青混凝土的重量(t)；t為攪拌一次所需總時間(min)；Qt為瀝青攤鋪機的攤鋪能力(t·h-1)。

根據式(3)可以計算出瀝青攪拌站每次卸下的瀝青混凝土重量G，從而直接選擇相應攪拌能力的攪拌站。

2.3 壓實機械配套

2.3.1 初壓機

瀝青攪拌站每小時攪拌多少噸瀝青混合料，壓路機就應壓實多少噸瀝青混合料；攤鋪機每小時攤鋪多少噸瀝青混合料，初壓壓路機就應壓實多少噸瀝青混合料。因此初壓壓路機臺數與最小工作速度應滿足

(4)

且滿足

(5)

式中：M1為每個攤鋪工作面初壓機的臺數；V1min為初壓機的最小工作速度(m·min-1)；n1為初壓壓實遍數；B1為初壓壓路機的壓實寬度(m)；b1為初壓壓路機的壓實重疊寬度(m)。

2.3.2 復壓機

攤鋪機每小時攤鋪多少噸瀝青混合料，復壓壓路機就應壓實多少噸瀝青混合料；初壓壓路機每小時壓實多少噸瀝青混合料，復壓壓路機就應復壓多少噸瀝青混合料。因此，復壓壓路機臺數與最小工作速度應滿足

(6)

且滿足

(7)

式中：M2為每個攤鋪工作面復壓機的臺數；V2min為復壓機的最小工作速度(m·min-1)；n2為復壓壓實遍數；B2為復壓壓路機的壓實寬度(m)；b2為復壓壓路機的壓實重疊寬度(m)。

2.3.3 終壓機

攤鋪機每小時攤鋪多少噸瀝青混合料，終壓壓路機就應壓實多少噸瀝青混合料；復壓壓路機每小時壓實多少噸瀝青混合料，終壓壓路機就應終壓多少噸瀝青混合料。因此，終壓壓路機臺數與最小工作速度應滿足

(8)

且滿足

(9)

式中：M3為每個攤鋪工作面終壓機的臺數；V3min為終壓機的最小工作速度(m·min-1)；n3為終壓壓實遍數；B3為終壓壓路機的壓實寬度(m)；b3為終壓壓路機的壓實重疊寬度(m)。

2.4 運料汽車配套

所需汽車最小數量Nmin

(10)

且滿足

(11)

確定出所需汽車最小數量Nmin后，還應增加2～4輛運料車在攤鋪機或者攪拌站前等待，最終確定所需車輛數量。

3 設備配套模式的應用

內蒙某高速熱拌瀝青混合料面層攤鋪工程，標段路面總長度18 km，路面單側寬12.5 m，上面層設計厚度為3 cm，中面層設計厚度為5 cm，下面層設計厚度為7 cm。路面瀝青面層預計施工工期70 d，每天工作10 h。

3.1 攤鋪機

首先計算攤鋪機組的最小攤鋪能力Qtmin，Kh取0.9，根據式(1)

確定攤鋪機組的攤鋪能力為270 t·h-1。

根據公式(2)計算攤鋪機的攤鋪速度

由計算結果可知，一個工作面攤鋪即可按工期完工；鑒于路面單側寬度12.5 m，在此選擇2個攤鋪機并排攤鋪。

3.2 攪拌站

攪拌總時間為50 s，Kh取0.95，根據式(3)

計算可知：G≥3.95。

根據計算結果選取LB4000型攪拌站，Qj=273 t·h-1。

3.3 壓路機

鋼輪振動壓路機有效壓實寬度取2.1 m，重疊寬度0.7 m；初壓2遍，復壓4遍，終壓2遍。根據公路瀝青路面施工技術規范(JTG F40—2004)[5]，鋼輪壓路機初壓適宜速度為2～3 km·h-1，復壓適宜速度為3～4.5 km·h-1，終壓適宜速度為3～6 km·h-1。

3.3.1 初壓機

根據公式(4)、(5)

且滿足

取M1V1min=106.56 m·min-1=6.39 km·h-1。

考慮到時間利用系數Kh=0.97，則M1V1min=6.59 km·h-1。

根據初壓最佳速度范圍，取M1=3，V1=2.2 km·h-1。

3.3.2 復壓機

根據式(6)、(7)

且滿足

取M2V2min=210.72 m·min-1=12.64 km·h-1。

考慮到時間利用系數Kh=0.97，則M2V2min=13.03 km·h-1。

根據復壓最佳速度范圍，取M2=3，V2=4.34 km·h-1。

3.3.3 終壓機

根據式(8)、(9)

且滿足

取M3V3min=108.50 m·min-1=6.51 km·h-1。

考慮到時間利用系數Kh=0.97，則M3V3min=6.71 km·h-1。

根據終壓最佳速度范圍，取M3=2，V3=3.36 km·h-1。

3.4 運輸車

運輸汽車額定載重量G0=40 t。所需汽車最小數量Nmin根據式(10)、(11)計算。

且滿足

裝料時間

(12)

運料時間

(13)

卸料時間

(14)

式中：L為瀝青混凝土平均運輸距離(km)，當計算一個工作循環的最大時間時取最大值， 當計算一個工作循環的最小時間時取最小值；vy為運輸汽車平均運料速度(km·h-1)；vk為運輸汽車平均空返速度(km·h-1)；Bt為單個攤鋪機實際的攤鋪寬度(m)。

根據計算結果可知Nmin=6，設攤鋪機或攪拌站前等待車輛數為3，初步確定所需汽車數量為9輛。根據以上配套模式確定的攤鋪機生產能力為270 t·h-1，攤鋪速度為2.95 m·min-1；選用LB4000型瀝青攪拌站；初壓鋼輪壓路機3臺，復壓振動壓路機3臺，終壓光輪壓路機2臺；運輸車9輛。

在此基礎上，選用合適的設備品牌及型號，攤鋪機為VOLVO ABG8820，攪拌站為三一重工LB4000型瀝青攪拌站，施工時各設備之間的配合連續、高效，平整度、施工壓實度等各項指標均達到要求。

4 結 語

(1) 根據工期和施工量可以初步計算出攤鋪機組的最小攤鋪能力，從而進一步確定攤鋪機的攤鋪速度和數量。

(2) 攪拌站的配置應以滿足攤鋪機連續攤鋪為原則，根據攤鋪機組的攤鋪能力選擇其生產能力。

(3) 初壓機應以攤鋪機每小時所攤鋪的瀝青混合料量和攪拌站每小時攪拌的的瀝青混合料量為依據進行配置；復壓機應以攤鋪機每小時所攤鋪的瀝青混合料量和初壓機每小時壓實的瀝青混合料量為依據進行配置；終壓機應以攤鋪機每小時所攤鋪的瀝青混合料量和復壓機每小時壓實的瀝青混合料量為依據進行配置。

(4) 運輸汽車應在綜合考慮攤鋪機組的攤鋪能力和攪拌站生產能力的基礎上，在攤鋪機或攪拌站前增加2～4輛等待車輛進行配置。

[1] 李占慧，李自光，王順星.基于排隊論的高等級公路瀝青路面施工自卸車的優化配置[J].工程機械，2005(5):29-32.

[2] 李占慧，李自光，王順星.基于排隊輪的瀝青混凝土路面施工機群的優化配置[J].筑路機械與施工機械化，2004,21(8):23-25.

[3] 夏學軍.瀝青混凝土路面施工機械組織與機群配置研究[J].黑龍江交通科技，2011(6)：226-227.

[4] 郭小宏.公路工程機械化工程與管理[M].北京：人民交通出版社，2013.

[5] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[責任編輯:譚忠華]

Research on Equipment Matching Mode with Paver as Key Machine

ZHOU Zhi-yong1, LIU Hong-hai2

(1. Department of Construction Machinery, Shanxi Traffic Vocational and Technical College, Taiyuan 030031, Shanxi, China; 2. Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China)

In order to adapt the fast growing of construction fleet with many kinds of machines involved, an equipment matching mode with paver as key machine was proposed. The composition of construction equipment and the construction process of asphalt pavement were introduced. Critical parameters which might affect the efficiency including production capacity of the paver, paving speed, production capacity of mixing plant, compacting speed of roller and transport vehicle amount were analyzed. The matching mode was verified by practical use, which is of great importance to the research.

paver; matching mode; key machine; numerical model

1000-033X(2015)04-0084-04

2014-11-01

U415.5

B