Wirtgen SP850滑模摊铺机在水泥混凝土路面施工中的应用
【摘要】通过工程实例,介绍了Wirtgen SP850滑模摊铺机在水泥混凝土路面施工技术,并以工艺为线索,从确保混凝土抗折强度、板厚、平整度及表面质量等方面对该机的工艺特点适用性进行了总结,为今后的工程应用提供有价值的修正参数。
我国公路水泥混凝土路面采用机械滑模施工,在近几年大规模发展高速公路的过程中得以较多的应用,滑模摊铺施工的水泥混凝土路面因其在质量方面的优势及较高的自动化水平正日益成为高等级水泥混凝土路面的首选技术。我处1996年自德国首台引进的Wirtgen SP850滑模摊铺机在204国道盐城段的摊铺施工中使用效果良好,并在工程实践中取得了一些成功的经验。
1 工程概况
该工程位于江苏盐城境内,为204国道一级公路改建工程之一,起止里程为K44+60~K54+664.891,全长9.985km,水泥混凝土路面设计宽为22.5m,快车道4×4m慢车道宽2×3.25m厚度均为24cm。
要求混凝土抗折强度5MPa,平整度3mm,抗滑构造深度0.8mm,胀缝一般100~150m一道,桥头处连续设三道,在平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处,与过渡段衔接处均设胀缝,其宽度与桥相连处3cm,其余均为2cm,深4cm,下设20cm,厚2cm胀缝板,传力杆为 25圆钢,长80cm间距60cm,在设置中应与基层的对应;纵缝分别设在3.35m与4m,4m与4m,4m与3.35m的交接处,共5道,宽为0.8cm,深0.3cm,拉杆为 16的螺纹钢筋;缩缝:(a)传力杆型缩缝,在胀缝的两侧按4m间距分别设两道,缝宽0.8cm,深6cm,下设 25的螺纹钢筋,长为50cm,间距25cm;(b)假缝型缩缝,深6cm,宽0.8cm,横向间距4m。
2 SP850滑模摊铺机性能
Wirtgen SP850滑模摊铺机在施工中可一次完成混凝土摊铺、振捣、成型、打传力杆、抹平等工序,其主要技术参数为:摊铺宽度2.59~9.0m,最大摊铺厚度为400mm,摊铺工作速度为0~6m/min,无级变速,L型高频电动振捣器(振频200Hz),要求混凝土坍落度0~6cm,自重40t。其工作装置包括双布料螺旋,前计量挡板,高频振捣器,挤压成型模板,横向搓动整平梁,传力杆插入器及中央、边缘拉杆插入器、超级抹平器。
工作原理:运输车将混凝土拌和料卸于滑模机的前端,摊铺机通过双布料螺旋,将堆积的混凝土均匀地分布在滑模板前面,机械以一定的速度前进,混凝土由前计量挡板进入振捣仓,由L型电动振捣器以每分钟9 000~12 000次的频率振捣,得到液化而密实的混凝土,随即将混凝土进入挤压成型模板,将密实的混凝土积压成型路面,机械继续以一定的速度前进。中央拉杆插入器通过可编程逻辑控制器全自动控制插入过程,完成纵向接缝中央拉杆的插入工作,传力杆亦沿着整个摊铺宽度自动分配完成插入。拉杆、传力杆安装后的成型路面再经横向搓动整平梁的反复搓平,以消除插痕,并对成型路面进一步密实平整,最后,由安装在机架后端的超级抹平器通过横向摆动和随机器的纵向前进完成对路面的抹平,最终形成一定纹理的具有一定细微粗糙度的路面。
3 滑模摊铺机的组装
为最大限度发挥机械优势,采取一次摊铺两块板,共分三幅摊铺的方案。即中幅8.0m,两边幅7.25m。摊铺顺序以减少机械反复调整次数和加快进度为原则,首先摊铺左边幅,再摊铺右边辐,最后摊铺中幅混凝土。根据选定的施工方案,将摊铺机骨架挤压板、搓平梁及螺旋布料器分为三段,拼装成以摊铺机中缝自动插杆器为中心,一侧拼装成4m,另一侧拼装成3.25m,使工作宽度为7.25m,待边幅摊铺完成后再拆除摊铺机滑模板,调整摊铺宽度为8.0m,填档摊铺中幅混凝土。
振动棒的安装。振动棒之间的距离:中间的相隔一般为400mm,两端为250mm。振动棒安装深度必须适当。由于混凝土稠度较大,振动棒安置较深时,经过振动棒高频振捣离开时将形成砂浆槽,而砂浆的收缩率是混凝土的6倍,因此该处将极易导致纵向塑性裂缝,同时,振动棒亦不能过浅,以免振动棒埋入振捣仓内混凝土过少,导致振动效果不佳,甚至因振动棒散热不良而烧坏。经验表明:路面厚度为24cm时,振动棒安装深度在路面以下5cm为宜。
在主机拼装完成后,按要求逐一进行超级抹平器、中心插钎器、方向水平传感器及速度操作系统的安装。
4 混凝土的生产和运输
配合比的确定:水泥最佳掺量定为365kg/m3,固定含砂率为34%,碎石采用两种规格比例混合级配,采用HZ-2液体减水剂,混凝土理论配合比为:水泥∶砂子∶石子∶水=1∶1.78∶3.45∶0.43,减水剂掺量为6%。
采用意大利亚西门4500卧式双轴强制式拌和楼进行拌和,15t黄河自卸车和12t红岩车进行运输。
5 混凝土的摊铺工艺
5.1 测量挂线
根据设计图纸和基层复核数据,每10m测放出线路的中桩及左右两侧边桩,考虑到摊铺机行走的空间要求,边线桩与成型路面不得小于1.0m,并侧标出胀缝及缩缝的位置,导引线悬挂高度为20cm加路面厚度,其支撑钢钎间隔距离按5m设置,且打入基层10~15cm。导引线必须拉紧,其张拉力在100kg左右,以日施工进度为准定拉线长度。填档摊铺时,路面厚度由在两侧已铺路面上移动的滑靴控制,方向则由方向传感器与两边路面侧面密贴的方式来实现导向。
5.2 混凝土摊铺
(1)起点摊铺。在施工起点外,预先固定好特制端模板(24cm用槽钢加支撑),使滑模摊铺机后退至模板位置上。在端头模板内浇注混凝土,在人工大致摊均后(长度约1~2m),摊铺机起步、振动挤压施工。
(2)试铺调整。摊铺机起步工作摊铺5m时,测量已铺路面板厚、高程、坡度及平整度是否符合规范要求的精度,超标时应在行进中较长距离内逐步通过对传感器、超级抹平器等机构的调整,同时对适宜摊铺的坍落度作出选择,及时反馈至拌和站。
(3)正常摊铺时,混凝土的散布厚度以摊铺机螺旋布料器高度的1/2~2/3处较为适宜。散布过高则前进阻力加大,且易造成机器走偏、打滑、上抬。散布过低造成供料不足。摊铺中要根据螺旋布料器前混凝土适当调整计量板,以保持振动仓内混凝土的高度。摊铺机以1.5m/min左右的速度前进,混凝土通过滑模板、侧模板、横向搓动整平梁、超级抹平器将密实的混凝土挤压成平整但有一定粗糙度的成型路面,中央及边缘拉杆插入器均按设计要求自动或半自动将传力杆和拉杆打入。
(4)胀缝摊铺。采用“前置式胀缝支架施工方法”。即将胀缝板、传力杆、传力杆帽及固定支架组成一体,预先按设计要求安装锚固在基层胀缝设计位置,并具备足够的刚度,以避免摊铺机经过时导致胀缝板倾斜。胀缝板采用钢钎交错固定,间隔不小于1m,预先在胀缝板两侧铺筑混凝土至传力杆同高,借以承托传力杆以保证其水平。由于路面较宽,每次摊铺全幅的1/3宽度,所以,支架固定后,不影响混凝土卸料。然后,摊铺机进行的正常的摊铺作业。水泥混凝土路面的连续摊铺,使胀缝的平整度得到控制,从而保证了胀缝的施工质量。
(5)水泥混凝土路面的起拱摊铺。由于中幅路面施工前设计有6cm的起拱度,而该机自动作拱系统缺少做拱部件,如再进口购置就需花费4万美元,况且到货最快也需两个多月。因此,为了如期交付工程,节省开支,采取在该机上作死拱的方案。首先,丈量摊铺机挤压模板。搓平梁等各部件的尺寸,然后按其数据和拱高加工起拱部件,使部件能够挂焊安装在挤压模板的搓平梁上。考虑到超级抹平器在压抹路面时对起拱高度有一定影响,中间起拱角的高以6~8mm为宜。钢材均选用8mm厚的钢板。挤压模板,搓平梁起拱部件安装后,只需往上提升6~8mm即可进行摊铺作拱。部件组装后,一次摊铺成功,路面拱度也达到了设计要求,并取得了良好的经济效益。
(6)终点摊铺。临近终点(或一天工作结束)前,预先支好端头模板,混凝土从两侧供入,喂料要充足,然后摊铺机起步振动挤压施工,摊铺机通过后,清除翻在端模外多余的料,个别部位稍加整修后即告完成。
6 质量控制
(1)由于该机型适合的坍落度下限为0,国外施工的坍落度一般控制在1.2~1.5cm之间,把混凝土拌和坍落度初定为1.5cm,但摊铺过的混凝土表面出现了较大程度的拉裂,最大裂缝达到8cm,分析原因在于混凝土的配置质量,一是混凝土石子偏大,最大粒径3cm(配制1.5cm,坍落度的混凝土,粒径宜控制在2.0cm以内)。二是外加剂不能满足摊铺机要求的低坍落度。经后来的试铺,确定为2.0~3.5cm较为合适,成型的混凝土路面最好,且不坍边。
(2)含砂率对抗折强度的影响。过低的砂率其混凝土和易性差,不易密实,起不到增强的效果。砂率过大,虽然和易性较好,但混凝土抗折强度要降低,因此应根据当地材料情况,通过试验选配出适当的砂率。
(3)碎石粒径及材质对强度的影响。经过试验,抗折强度在最大粒径超过31.5mm且随着碎石粒径增加或大于20mm的颗粒增多时,抗折强度相应降低,这与混凝土的抗压强度变化规律相反,不同的骨料材质对抗折强度影响较大,石灰岩与花岗岩相比花岗石材抗折强度较高,因此在选择抗折配合比时,应优先选用强度高的石材。
(4)拉线对路面平整度影响。路面平整度的控制除了要做好滑模摊铺机正确的操作外,挂线的精度相当重要。挂线设置后要严禁扰动,并对挂线进行随时的检查,风力大于5~6级拉线振动时应停止施工,以防出现波动的路面。
7 体会
采用Wirtgen SP850滑模摊铺机施工,其配套设备配置要合理,如拌合机、运输设备等,在相应的配合量上,应增加1.1~1.2的系数,摊铺机停机待料对施工质量影响很大;测量放样抄平、中线、边线控制点不宜超过10m,否则路面平整度将达不到要求;混凝土的配合比、坍落度的大小,要随气候、运距等随时调整,到摊铺时坍落度在3.0~3.5cm效果最理想。
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