摘 要:大型滑模摊铺机将成为我国高等级公路水泥混凝土路面可依托的现代化施工机械,滑模摊铺机系统是自动控制、机械、液压、电气、计算机等高技术的集成。
关键词:混凝土路面;滑模摊铺机;施工
1 在黑北公路全线路面面层主板工程中使用滑模摊铺机施工的必要性
1•1 黑北公路沿线的地质特点
黑河至北安公路全长240•56 km,位于202国道最北端,沿线所处地质情况极其复杂,最北端42 km地处沿黑龙江流域宽约6 km的二阶台地上,中间142 km穿越小兴安岭西坡低山丘陵区,最南端56 km穿越松嫩平原北部讷谟尔河流域冲击带,其地质不良表现为23段累计长度约6 km的永久性及活动性多年岛状冻土路段;累计长度约49 km的沼泽、湿地、漂垡、冰锥及山体滑坡路段;24处累计长度约17 km的边施工边通车的新旧交叉路段。
1•2 黑北公路沿线的气候特点
黑北公路沿线所处区域属寒温带大陆性季风气候,冬季漫长且干燥,最冷的一月份月平均气温在-25•4~-23•8℃左右,夏季短但温暖湿润,光照充足,最热的七月份月平均气温在19•4~21•3℃左右,春季升温快,多大风,秋季降温急骤,无霜期仅为100 d左右。整年冻土期可达8~10个月,最大冻深约3 m左右。黑河地区年平均降水在491~540 mm之间,全年60%~80%降水大多集中于六、七、八月份。
1•3 超重轴载及超速行驶对公路的损害
目前我国的道路运输市场存在着极不规范的行为,超重载货现象十分普遍,有许多载重车辆经改装后的载重量是额定载重量的一倍甚至几倍,其轴重远远超出公路设计的标准,另外超速行驶现象在我国也十分普遍,在限速80 km/h的二级公路上行驶速度在100 km/h以上的车辆比比皆是,这些车辆的行驶将对公路内在品质产生极大的损害,大大缩短了公路的使用寿命。
1•4 使用滑模摊铺机施工的优点
(1)施工速度快,可控制在1~3 m/min之间,即60~180 m/h。在黑北公路实际摊铺实践中得到的结论为1 m/min左右的行进速度其摊铺质量最佳。
(2)摊铺的水泥混凝土路面内在品质好,强度高。因滑模摊铺机摊铺水泥混凝土路面施工速度
快,所以必须配备大型自动化控制的混凝土搅拌楼,并通过电子计量进料方式以保证搅拌混凝土的各项技术指标达到设计要求,生产出高品质的滑模混凝土,这是其一;其二滑模摊铺机配备有间距40 cm密集排列的11 000~12 000次/min超高频率振捣棒,比人工手持3 000次/min频率的振捣棒振捣裂度和振捣加速度高10余倍,并且滑模摊铺机挤压力的压实作用,不仅使路面混凝土的密度大、抗折强度高,还保证了路面混凝土的高平整度和表面抗磨性能。
(3)自动化程度高,节省人力。
滑模摊铺水泥混凝土路面施工的自动化程度主要体现在混凝土搅拌楼和滑模摊铺机的自动化上,搅拌楼是由电子计算机自动控制混凝土配合比和称料精度的,滑模摊铺机也配置电子计算机自动控制和防差错系统。还有它有适应施工各种混凝土结构。所有缩缝均自动设置传力杆,侧向拉杆均自动打入,使手工操作降至最少,具有很高的生产效率。据测算滑模摊铺系统的劳动生产率是人工摊铺系统的8~15倍。在如此不良地质条件下及如此短暂的施工期限内要完成黑北公路建设,实现“创同时期同等级公路最好水平”的宏伟目标,用传统人工摊铺路面面层的施工方法是难以胜任的,鉴于此,指挥部决定全线路面面层主板全部使用滑模摊铺机摊铺,以确保质量及工期,这在黑龙江省公路建设史中尚属首例。
2 备料工作
2•1 滑模摊铺机对材料的特殊要求
粗集料应符合有关规定级配的要求,滑模摊铺水泥混凝土路面的砾石最大粒径不得大于20 mm,破碎砾石和碎石最大粒径不得大于30 mm,超径、逊径含量均不得大于5%,粒径小于0•15 mm的石粉含量不得大于1%。滑模摊铺水泥混凝土路面所用砂的级配曲线应在ⅰ、ⅱ区,并符合规范规定的级配要求,细度模数在2•3~3•2范围内的中沙或偏细粗砂,其砂的含泥量要小于3%。
2•2 备料工作中的质量控制
优质的材料是滑模摊铺机生产精品工程的保证,2003年黑北公路建设工程共需地产材料125•3万m3,其中碎石35•3万m3,砂砾70万m3,中粗砂20万m3,在2002年初冬,指挥部就把备料工作当作头等大事来抓,为保证进场材料质量,指挥部派出5个现场工作组,每组都由指挥部管理人员、监理人员及实验检测人员组成,深入到备料最前沿,要求各组承包商严格执行jtj058-2000《公路工程集料试验规范》及jtj/f037•1-2000《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范》,对料源材料的检测实验、采集、加工、运输到拌和场储料实施全过程监督,检测人员每天在料源现场检测,在自检合格基础上报监理抽检,抽检合格后方可进料。自检频率为中粗砂300 m3/次,砂砾和碎石500 m3/次,这样就把不合格的材料控制在料源,不合格材料不进场。经过3个多月的共同奋战,保质保量地完成了任务,将总量90%以上的合格材料备进场,为2003年顺利施工打下了坚实的基础。
3 搅拌站建设、混凝土拌和及运输
3•1 拌站建立
(1)搅拌楼规格的选择。
为了满足滑模摊铺机生产速度的要求,指挥部要求各承包商必须选择搅拌能力在75 m3/min以上的搅拌楼,并且要两台以上防因故障影响施工进度。实际上各承包商设立的搅拌楼的搅拌能力多在100~120 m3/min之间,有日本产tom100型、意大利产cifa-120型、wb150/120型、德国产elba-120型及河南郑州产2000型等。
(2)搅拌站场地选择。
首先要选择在自己标段内比较居中,交通较便利并有电力及水源的开阔岗地。应在场地四周设立排水系统。场地布置主要包括水泥、砂、石料堆场,搅拌楼场地,磅站、储水池、发电站及进出场道路等,以满足水电的供应及运输的需要。
(3)滑模混凝土生产的质量控制。
①搅拌楼在使用前和使用3个月后必须经过国家或省级法定计量单位的标定。
②路面混凝土搅拌不允许手动操作,必须使用自动称量的电子计算机控制系统来搅拌混凝土。
③根据搅拌楼的技术特性,确定适宜的混凝土搅拌制度,确定各种原材料的进料顺序、进料时间、搅拌时间及卸料时间等。
④混凝土搅拌时间应根据混凝土搅拌均匀时最小搅拌圈数来控制。
⑤正式施工前应对实验室提供的混凝土配合比进行校验并在搅拌楼上试拌,以确定其各种参数是否符合技术要求,是否适宜滑模摊铺。
⑥要求新拌混凝土均匀一致,无未搅拌的干料和离析现象存在。
3•2 配合比
滑模摊铺混凝土是一种特殊机械施工的路面混凝土材料,其配合比设计至关重要,它是保障滑模摊铺实现高质量路面的科学核心和关键技术之一。指挥部对此高度重视,早在2002年冬季备料的同时就要求各承包商在符合条件的实验室进行配合比实验,以满足滑模摊铺要求。另外,在特殊气候条件下,其配合比是需要调整的,如暑期晴天,日照强烈,砂石料和水泥的温度均较高,蒸发率很大,则应适当加大单位用水量;雨天砂石料中含水量增大,则应适当减小单位用水量。调整的目的是保持水灰比不变,从而保证其滑模混凝土的工作特性、强度及耐久性不变。
3•3 滑模摊铺混凝土运输
首先要求运输滑模摊铺混凝土的自卸汽车的车况良好,不在运输途中出现故障,因为混凝土在车厢内的最长运输时间不能超过2•5 h,否则混凝土将会硬化固结。再就是自卸汽车的后挡板要关闭紧密且不变型,车厢卸料时的抬升角要大于45°,车厢板要平整光滑便于卸料。为防止新拌滑模摊铺混凝土在运输途中离析和分层,其最大运输距离不要超过20 km。
3•4 搅拌站建设质量的好坏对整体施工质量及进
度起着极其重要的影响通过黑北公路施工实践证明:在滑模摊铺水泥混凝土路面施工作业中,凡是搅拌站建设质量好的施工单位,其施工质量及施工进度都非常理想,反之亦然,其施工质量及施工进度很难保证。故此对搅拌站建设质量问题从上到下都要高度重视,决不可掉以轻心,疏忽大意。
4 滑模摊铺机摊铺路面面层施工中应特别重视的问题
(1)要严格遵照滑模摊铺施工工艺流程图的要求进行施工。最关键的施工工序包括原材料、机械、劳动力准备、混凝土搅拌和运输、滑模摊铺、接缝、抗滑构造施工及路面养生等。
(2)要强化施工组织管理,包括建立高效权威的施工指挥调度机构,建立无线通讯系统,作业人员的组织及操作培训,资金、施工资料的管理,原材料计量管理等。
(3)必须铺筑实验路段,且路段长度应在200 m以上,路面厚度、摊铺宽度、接缝设置、钢筋设置及抗滑构造深度等均应与实际工程相同,其作用如下。
①检验各主要机械性能和生产能力,检验系统机械数量与实际生产能力及组合合理与否。提供主要机械性能和生产能力检验结果和改进措施。
②通过试拌确定搅拌楼搅拌混凝土的各项参数及配合比。
③通过试铺确定基准线设置方式,滑模摊铺机的各项工作参数。
④通过试铺使经培训后上岗的滑模摊铺机操作手在操作工程师的指导下掌握正确的操作要领和方法。
⑤通过试铺确定工具、模具的种类和数量,所需辅助人员数量及位置。
⑥通过试铺确定新拌混凝土的坍落度、含气量、泌水量,板厚、平整度、抗滑构造深度及接缝顺直度等全套技术性能的检测方法,确定全面施工质量管理体系。
⑦通过试铺确定日进度,制定整体施工进度计划。
⑧检验无线通讯系统和快速生产指挥调度系统,确定施工管理体系。
(4)要重视基准线的设置。
基准线是滑模摊铺机摊铺混凝土路面面层施工的生命线,路面摊铺的几何精度和平整度很大程度上是取决于基准线的设置精度,故须特别重视。要保证设置的基准线桩间距、基准线张度、高程、水平支距及精度符合规范及设计要求,还要注意在施工中加以保护,严禁出现任何差错和人为的扰动。
(5)滑模摊铺混凝土的坍落度控制。滑模摊铺混凝土的坍落度应控制在2~5 cm之间,并要求稳定在±0•75 cm之间,但这项指标很难100%的达到,在实际施工中,各施工单位几乎都采用了人工布设临时侧模加人工修整工序,即在滑模摊铺机摊铺后还没有塌边前用铝合金方管傍到侧面的侧向拉杆上,用斜三角支撑方法支撑牢固,这样即使搅拌时混凝土的坍落度稍大也可防止塌边掉角。
(6)滑模摊铺机摊铺路面面层施工中易出现的问题及滑模摊铺机易损零部件。
①对混凝土的坍落度要求高,最佳坍落度为3•5 cm(美国cmi),高了易塌边掉角,低了易出现
麻面裂纹。
②美国gomaco滑模摊铺机重量较轻,对施工现场混凝土的布料要求严格,否则易出现摊铺机行走打滑现象。
③德国wirtgen滑模摊铺机的传感器易出现故障。
④易损零部件有振捣棒、搅笼链条、搅笼叶片、滑模板及履带。
5 经济分析
黑北公路六至十四标段每标段滑模摊铺施工的工程量都是在厚25 cm、宽9 m、长度为14 km至18 km之间。在六至十四标段施工单位中只有一个单位使用的是自有的滑模摊铺机,其他单位使用的均是租赁的滑模摊铺机,月租费多在33~36万元上下,且不计天气及故障的影响,今年七、八月份雨天较多,这在一定程度上提高了滑模摊铺机的使用费用。经大概的统计,滑模摊铺机摊铺路面面层施工1 m3混凝土的机械费和人工费多在20~30元之间,拌和站拌和1 m3滑模混凝土的机械费和人工费多在12~30元之间。
6 结 论
现代化的大型滑模摊铺机械施工在我国公路混凝土路面铺筑方面是必然的发展趋势,滑模摊铺技术必将成为我国高等级公路水泥混凝土路面可依托的成熟有效的技术,滑模摊铺系统是自动控制、机械、液压、电气、计算机等高新技术的集成。若要更深一步地掌握使用滑模摊铺机摊铺混凝土路面面层施工的技能,不仅要学习许多新的技术理论,而且还需通过大量的实践来研究、探索并逐步提高管理水平及施工能力。
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