就地冷再生適宜單工作面長(zhǎng)度的確定方法研究

朱宇杰

(江蘇東南交通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，江蘇南京 210000)

就地冷再生適宜單工作面長(zhǎng)度的確定方法研究

朱宇杰

(江蘇東南交通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，江蘇南京 210000)

就地冷再生需要在冷再生混合料水泥初凝前和適宜含水量保持時(shí)間內(nèi)完成碾壓，每段碾壓的長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多方面因素確定適宜的單工作面長(zhǎng)度。重點(diǎn)介紹影響單工作面長(zhǎng)度確定的各種因素及各種因素之間的關(guān)系，通過(guò)示例闡述了最佳單工作面長(zhǎng)度的確定方法。同時(shí)，通過(guò)施工機(jī)械銜接能力的計(jì)算，分析施工工藝的合理性及據(jù)此應(yīng)該采取的改進(jìn)措施。

就地冷再生;最佳單工作面長(zhǎng)度;影響因素;計(jì)算

0 引言

隨著就地冷再生技術(shù)的成熟和推廣，就地冷再生技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。就地冷再生機(jī)在進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，不能一味前進(jìn)，達(dá)到一定的施工長(zhǎng)度時(shí)需要掉頭對(duì)該施工段落其它斷面進(jìn)行再生銑刨和拌和，這個(gè)段落的長(zhǎng)度稱為單工作面長(zhǎng)度。單工作面長(zhǎng)度需適宜，不宜過(guò)短或過(guò)長(zhǎng):過(guò)短會(huì)造成施工機(jī)械集中而影響工作效率，且造成現(xiàn)場(chǎng)接頭過(guò)多等問(wèn)題;過(guò)長(zhǎng)則整平等部分施工環(huán)節(jié)無(wú)法及時(shí)開展，從而影響后續(xù)工序的開展，造成現(xiàn)場(chǎng)碾壓不及時(shí)、水分散失過(guò)快、碾壓結(jié)束前水泥達(dá)到初凝時(shí)間等問(wèn)題[1-3]。

就地冷再生單工作面長(zhǎng)度需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作面寬度、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備配置、施工工藝、天氣狀況等綜合因素共同確定。本文主要對(duì)就地冷再生適宜單工作面長(zhǎng)度的確定方法進(jìn)行研究，并進(jìn)行了工程案例的計(jì)算與分析[4，5]。

1 適宜單工作面長(zhǎng)度的確定方法

1.1 適宜單工作面長(zhǎng)度的定義

所謂適宜單工作面長(zhǎng)度，即單工作面長(zhǎng)度能夠滿足以下條件:

(1)單工作面長(zhǎng)度能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工工藝要求，充分發(fā)揮施工機(jī)械的效率，施工機(jī)械不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間等待或者施工工序脫節(jié)等情況;

(2)整體施工時(shí)間需合理，在冷再生混合料具有合適的含水量或者水泥發(fā)生初凝前完成段落的碾壓;

(3)現(xiàn)場(chǎng)段落接頭不宜過(guò)多，單工作面長(zhǎng)度在滿足條件的情況下需盡量長(zhǎng)。

1.2 適宜單工作面長(zhǎng)度確定的影響因素

在進(jìn)行適宜單工作面長(zhǎng)度分析計(jì)算時(shí)，需要對(duì)其影響因素進(jìn)行研究，主要包括[1，2，6-8]:

(1)就地冷再生機(jī)、碾壓設(shè)備等施工機(jī)械的施工工藝，包括設(shè)備數(shù)量、速度、遍數(shù)等。

(2)工作面的寬度。此寬度決定再生機(jī)完成該斷銑刨拌和需要行走的刀數(shù)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)氣溫條件。現(xiàn)場(chǎng)氣溫較高時(shí)，水分蒸發(fā)較快，宜在再生混合料具有合適的含水量時(shí)完成現(xiàn)場(chǎng)碾壓。

(4)水泥的初凝時(shí)間。再生混合料需要在混合料中的水泥發(fā)生初凝之前完成現(xiàn)場(chǎng)的碾壓。

(5)水罐車的供水能力。就地冷再生機(jī)器在施工過(guò)程中，由水罐車供水，再生機(jī)在再生過(guò)程中需要停機(jī)更換水罐車，再生機(jī)停機(jī)處會(huì)形成接頭而成為質(zhì)量薄弱點(diǎn)。為減少接頭和停機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)盡量在需要更換水罐車前進(jìn)行再生機(jī)的掉頭。

1.3 適宜單工作面長(zhǎng)度的確定方法研究

通過(guò)適宜單工作面長(zhǎng)度確定的影響因素分析可知:單工作面長(zhǎng)度需盡量長(zhǎng)，但是從段落開始再生到碾壓結(jié)束的總時(shí)間不宜超過(guò)混合料保有合適含水量或者水泥初凝的時(shí)間，且需根據(jù)水罐車的供水能力進(jìn)行調(diào)整，減少停機(jī)和接頭數(shù)量。據(jù)此，可得到適宜單工作面長(zhǎng)度的確定步驟如下:

步驟1:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，得到完成段落長(zhǎng)度L冷再生所需要的時(shí)間公式;

步驟2:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)天氣情況及水泥初凝時(shí)間，確定完成段落冷再生施工所需要控制的總時(shí)間;

步驟3:根據(jù)時(shí)間公式和總控制時(shí)間，計(jì)算出最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度;

步驟4:根據(jù)水罐車供水能力，確定該施工工藝下的最佳單工作面長(zhǎng)度;

步驟5:根據(jù)確定的最佳單工作面長(zhǎng)度，進(jìn)行施工機(jī)械銜接能力的驗(yàn)算，進(jìn)行施工工藝和施工機(jī)械配置的優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)果，重復(fù)步驟1和步驟4，進(jìn)行施工工藝優(yōu)化后的最佳單工作面長(zhǎng)度的計(jì)算和確定。

2 工程案例分析

2.1 工程概況

某公路工程改造時(shí)不同段落分別采用水泥就地冷再生和泡沫瀝青就地冷再生施工，公路斷面寬度為10 m，再生寬度為2.44 m。通過(guò)試驗(yàn)段確定的達(dá)到規(guī)定要求壓實(shí)度采用的施工工藝如表1和表2。

表1 水泥就地冷再生施工工藝

表2 泡沫瀝青就地冷再生施工工藝

2.2 單工作面長(zhǎng)度影響因素分析

(1)再生機(jī)再生速度

a. 根據(jù)施工工藝，水泥就地冷再生時(shí)，再生機(jī)速度為0.30～0.36 km/h[1，7-8]，即5～6 m/min，考慮到再生機(jī)掉頭、換水車等時(shí)間，設(shè)定再生機(jī)速度為5 m/min;

b. 根據(jù)施工工藝，泡沫瀝青就地冷再生時(shí)，再生機(jī)速度為0.48～0.54 km/h[2，6-8]，即8～9 m/min，考慮到再生機(jī)掉頭、換水車等時(shí)間，設(shè)定再生機(jī)速度為8 m/min。

(2)再生機(jī)段落施工刀數(shù)

再生機(jī)工作寬度為2.44 m，段落寬度為10 m。再生過(guò)程中橫斷面搭接寬度為10～30 cm[1，2]，按最小搭接寬度計(jì)，則有[2.44+(n-1)×2.34]≥10，n為段落再生刀數(shù)，取整數(shù)，則n=5。

(3)碾壓設(shè)備的速度

按照確定的碾壓工藝，設(shè)定單鋼輪壓路機(jī)、雙鋼輪壓路機(jī)的碾壓速度為35m/min，膠輪壓路機(jī)的碾壓速度為40 m/min。

(4)總控制時(shí)間

a. 水泥初凝時(shí)間需根據(jù)水泥初凝時(shí)間檢測(cè)結(jié)果確定。所在工程冷再生用水泥初凝時(shí)間為3.2 h，施工現(xiàn)場(chǎng)保留一定的時(shí)間富余性，取水泥初凝時(shí)間為3 h;

b. 適宜含水量保持時(shí)間，需根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫及施工含水量情況確定。所在工程在中午高溫時(shí)段適宜含水量保存時(shí)間為2.5 h，其余時(shí)段不小于3 h。

(5)水罐車供水長(zhǎng)度。

水罐車供水長(zhǎng)度需要根據(jù)水罐車的供水能力，冷再生施工用水量等確定，所在項(xiàng)目水泥就地冷再生水罐車的供水長(zhǎng)度約55 m，泡沫瀝青冷再生水罐車的供水長(zhǎng)度約90 m。

2.3 完成段落長(zhǎng)度L冷再生所需要的時(shí)間公式

設(shè)定單工作面長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則有以下計(jì)算。

(1)單工作面再生機(jī)銑刨時(shí)間t1

a.水泥就地冷再生t1=n×L/5，其中再生機(jī)掉頭和換水車的時(shí)間忽略;

b. 泡沫瀝青就地冷再生t1=n×L/8，其中再生機(jī)掉頭和換水車的時(shí)間忽略。

(2)初壓和整平時(shí)間t2

由于再生機(jī)銑刨再生速度較慢，初壓壓路機(jī)緊跟再生機(jī)碾壓。再生機(jī)完成段落銑刨拌和時(shí)，初壓壓路機(jī)也基本完成碾壓。平地機(jī)在初壓完成后隨即開始整平，整平時(shí)間往往取決于平地機(jī)操作手的熟練程度，一般需要10～30 min。所在工程從再生機(jī)完成銑刨拌和到完成段落初壓和整平時(shí)間t2≈20 min。

(3)完成復(fù)壓時(shí)間t3

當(dāng)完成整平后復(fù)壓壓路機(jī)進(jìn)行及時(shí)的碾壓，從完成整平到完成復(fù)壓的時(shí)間t3根據(jù)碾壓工藝推算分別為:

a. 水泥就地冷再生。復(fù)壓采用2臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)共振壓3遍，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)單鋼輪碾壓完1道后第2臺(tái)壓路機(jī)迅速碾壓，其間的時(shí)間差忽略。單鋼輪壓路機(jī)工作寬度與再生機(jī)工作寬度相當(dāng)，按壓路機(jī)重疊寬度為鋼輪的1/2計(jì)算，以來(lái)回一次算完成一道，則完成復(fù)壓所需的時(shí)間為第一臺(tái)鋼輪壓路機(jī)碾壓兩遍需要的時(shí)間，即t3=(2n-1)×2L/35×2;

b. 泡沫瀝青就地冷再生。復(fù)壓采用1臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)和1臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)共振壓3遍，由于雙鋼輪壓路機(jī)碾壓速度、碾壓工作寬度和碾壓重疊寬度等與單鋼輪壓路機(jī)一致，故t3=(2n-1)× 2L/35×2。

(4)完成終壓時(shí)間t4

當(dāng)最后一遍復(fù)壓完成第一道碾壓后，終壓壓路機(jī)便可開始碾壓，其間的時(shí)間差忽略。從完成復(fù)壓到完成終壓的時(shí)間t4根據(jù)碾壓工藝推算分別為:

a. 水泥就地冷再生。終壓采用1臺(tái)膠輪壓路機(jī)碾壓3～4遍，若按4遍計(jì)算，復(fù)壓完成時(shí)終壓壓路機(jī)已基本完成1遍碾壓，膠輪壓路機(jī)碾壓重疊寬度按工作寬度的1/3計(jì)，則與再生機(jī)的工作寬度相當(dāng)，以來(lái)回一次算完成一道，則完成終壓的時(shí)間t4=n×2L/40×3;

b. 泡沫瀝青就地冷再生。終壓采用1臺(tái)膠輪壓路機(jī)碾壓7～8遍，若按8遍計(jì)算，復(fù)壓完成時(shí)終壓壓路機(jī)已基本完成1遍碾壓，膠輪壓路機(jī)碾壓重疊寬度按工作寬度的1/3計(jì)，則與再生機(jī)的工作寬度相當(dāng)，以來(lái)回一次算完成一道，則完成終壓的時(shí)間t4=n×2L/40×7;

(5)單工作面開始銑刨拌和到完成碾壓的總時(shí)間t總=t1+t2+t3+t4。

2.4 總控制時(shí)間內(nèi)最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度計(jì)算

(1)在確定段落施工總時(shí)間公式t總后，通過(guò)段落完成施工的總控制時(shí)間，計(jì)算出最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度Lz。根據(jù)t總=t1+t2+t3+t4。，可得:

a. 水泥就地冷再生:Lz=(t總-20)/(0.578 6n-0.114 3);

b. 泡沫瀝青就地冷再生:Lz=(t總-20)/(0.703 6n-0.114 3);

(2)在中午高溫時(shí)段，t總的控制因素是適宜含水量的控制，要求t總≤150 min，當(dāng)t總=150 min，單工作面L最長(zhǎng)，即最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度Lz為:

a. 水泥就地冷再生:Lz=(150-20)/(0.578 6× 5-0.114 3)=47(m);

b. 泡沫瀝青就地冷再生:Lz=(150-20)/(0.703 6× 5-0.114 3)=38(m)。

(3)在其余時(shí)段，t總的控制因素是水泥初凝時(shí)間，要求t總≤180 min，當(dāng)t總=180 min，單工作面L最長(zhǎng)，即最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度Lz為:

a.水泥就地冷再生:Lz=(180-20)/(0.578 6× 5-0.114 3)=58(m);

b.泡沫瀝青就地冷再生:Lz=(180-20)/(0.703 6× 5-0.114 3)=47(m)。

2.5 最佳單工作面長(zhǎng)度的確定

根據(jù)供水水車的供水能力，當(dāng)水車供水能力小于最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度時(shí)，以水車供水長(zhǎng)度作為最佳單工作面長(zhǎng)度;當(dāng)水車供水能力大于最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度時(shí)，根據(jù)供水長(zhǎng)度和最長(zhǎng)單工作面長(zhǎng)度的倍數(shù)關(guān)系確定最佳單工作面長(zhǎng)度Lb，如表3。

表3 最佳工作面長(zhǎng)度確定

2.6 施工機(jī)械銜接能力計(jì)算

上述施工長(zhǎng)度是在施工機(jī)械能夠銜接作業(yè)前提下所能夠?qū)崿F(xiàn)的最佳工作面長(zhǎng)度。所謂施工機(jī)械銜接，即任何一單工作面的任何工序完成時(shí)能夠立即進(jìn)行下一道工序。就地冷再生主要工序包括冷再生、初壓、整平、復(fù)壓和終壓，完成工序銜接的要求為:t1≥t2、t1≥t3、t1≥t4。根據(jù)上節(jié)得到的最優(yōu)單工作面長(zhǎng)度，得到的t1、t2、t3、t4值如表4所示。

表4 最優(yōu)單工作面長(zhǎng)度時(shí)各工序時(shí)間及大小比較

從表4可知，按照試驗(yàn)段確定的碾壓工藝，水泥就地冷再生基本上能夠滿足施工機(jī)械的銜接;泡沫瀝青就地冷再生施工機(jī)械不能夠銜接，需要適當(dāng)加快碾壓速度、改變壓路機(jī)輪壓重合寬度、增加碾壓設(shè)備等，并在施工工藝優(yōu)化后重新進(jìn)行最佳單工作面長(zhǎng)度的復(fù)核和確認(rèn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了最優(yōu)單工作面長(zhǎng)度的影響因素，并通過(guò)示例闡述了就地冷再生最佳單工作面長(zhǎng)度的計(jì)算方法，同時(shí)介紹了機(jī)械設(shè)備的銜接能力的分析方法。根據(jù)影響因素和銜接能力分析，可預(yù)先進(jìn)行施工工藝的優(yōu)化，并進(jìn)行原材料和機(jī)械設(shè)備的比選等，如水泥的初凝時(shí)間、水車的供水能力等，以實(shí)現(xiàn)就地冷再生方案的最優(yōu)化。

[1] 維特根(中國(guó))機(jī)械有限公司.WR2000/WR2500水泥就地冷再生施工技術(shù)指導(dǎo) [DB/OL]. http://www.docin.com/p-121699974. html.

[2] 維特根(中國(guó))機(jī)械有限公司.WR2000/ WR2500泡沫瀝青就地冷再生施工技術(shù)指導(dǎo) [DB/OL]. http://wenku.baidu.com/link? url=gZ4SYbOBc84h4FGzm2FsSkV0W lhxuRPPmnBm05tSsLhuugoRBFJAku6LDrfyBgTHgTdkr6jFJGvADLn5cOCC8sLsNkfB-bYpn-VNnkMBqmTy .

[3] JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6] DB33/T 715—2008，公路泡沫瀝青冷再生路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程[S].

[7] 拾方治，馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊(cè)[M]，北京:人民交通出版社，2006.

[8] 師郡等.舊瀝青混凝土路面現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)及施工工藝研究[J].公路，2004(10):167-170.

U415

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1009-7716(2015)11-0146-03

2015-06-18

朱宇杰(1986-)，男，浙江海寧人，工學(xué)碩士，助理工程師，從事路橋咨詢、檢測(cè)工作。