高速公路瀝青混凝土路面施工機群配置優(yōu)化策略

摘要：瀝青混凝土路面為常見的路面形式，具有施工規(guī)模大、質(zhì)量要求高等特點。在機械化作業(yè)模式下，需要從實際情況出發(fā)，合理適配機械設備，構成完善的機群，發(fā)揮出攤鋪機、壓路機等各類機械設備的生產(chǎn)力優(yōu)勢，促進路面建設工作的高效開展。對施工機群配置優(yōu)化策略展開探討，闡述關鍵的思路與方法，以期給瀝青混凝土路面的機械配套工作提供參考。

關鍵詞：瀝青混凝土路面;機械設備;配置策略;計算與分析

1" "高速公路瀝青路面施工機群概述

瀝青路面機群系統(tǒng)配置時，應主要以實際施工需求為導向，適配合適的機械設備，通過機械設備的聯(lián)動，實現(xiàn)流程化施工，將混合料拌和、運輸、攤鋪、壓實等環(huán)節(jié)的工作有效落實到位，具體的機群作業(yè)系統(tǒng)運行流程。

在選擇施工機械時，需要考慮到機械設備自身運行穩(wěn)定性和彼此間的協(xié)同性雙重要求，高效推進工程建設進程。最理想的配置狀態(tài)應當是各類機械設備協(xié)調(diào)作業(yè)，盡可能地接近設計標準。這不僅能使施工機械各自的功能得到充分發(fā)揮，資源的利用效率隨之提高，還能有效保證施工安全、質(zhì)量、效益。

2" "施工機械優(yōu)化配置必要性分析

2.1" "施工綜合技術方面

為了能以更高的效率完成作業(yè)，需根據(jù)實際建設需求配套機械設備。雖然采購、租賃設備需投入一定的成本，但在合理配套機械設備后，其發(fā)揮出的生產(chǎn)力優(yōu)勢尤為可觀，因此盡管配套機械設備短期內(nèi)的投資較大，但從發(fā)展的眼光來看，則有助于提高綜合經(jīng)濟效益。

以瀝青混凝土路面施工為例，在合理配套機械設備、提高機械化水平后，攤鋪機、壓路機等各類設備協(xié)同作業(yè)，有利于提高施工效率，并且設備運行的自動化特性突出，可以減小人為因素對施工的干擾。

2.2" "施工現(xiàn)場組織管理方面

現(xiàn)階段瀝青路面的施工基本由機械設備完成。而瀝青路面施工涉及到的機械設備類型豐富，除了需保證單體設備的可行性外，還需考慮到各機械設備的協(xié)同配合要求，以便構成一條流水線化的機械設備作業(yè)模式。協(xié)同管理各類機械設備，有利于深度挖掘機械設備的效用價值。

2.3" "施工機械配置難點

生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)經(jīng)濟性是機械設備配套中需重點考慮的兩項內(nèi)容。在機械設備配置方面，必須兼顧工藝可行性和經(jīng)濟效益性的雙重要求，為此難度相對較大。從生產(chǎn)工藝的角度來看，瀝青混合料的攤鋪、壓實易受到材料自身溫度特性的影響，因此在施工中需要加強對瀝青混合料溫度的檢測與控制，例如初壓時混合料溫度需達到100℃～125℃，終壓則不可低于80℃。

在瀝青路面攤鋪時，需要將拌制好的瀝青混凝土倒入料斗內(nèi)，由專員操作攤鋪機，完成相應的攤鋪作業(yè)。期間混合料的溫度可能發(fā)生變化，從而影響瀝青混合料的均勻性，甚至會引起瀝青混合料離析。針對該問題，需要動態(tài)調(diào)整施工機械，盡可能提高機械設備的配置水平，依托于機械設備的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)對瀝青混合料質(zhì)量的有效控制，以防溫度下降、離析等問題。

3" "瀝青混凝土攪拌機的配置

3.1" "配套間歇式攪拌機

間歇式攪拌機混合料的質(zhì)量相對較好，原因在于攪拌設備集多類裝置于一體，可提供豐富的功能，例如冷骨料供應系統(tǒng)、篩分裝置、計量裝置、輸送計量系統(tǒng)、攪拌裝置、除塵系統(tǒng)等，在各部分的協(xié)同作用下，瀝青混合料拌各項指標得到精細化控制，最終拌和后的瀝青混合料性能優(yōu)勢自然突出。不僅于此，間歇式攪拌機采用變頻技術，能夠以動態(tài)化的方式實現(xiàn)物料的粗精配，拌和精度較高。

3.2" "合理選點建站

綜合考慮攪拌站的建設面積需求、沿線運輸條件（運距、道路暢通性等），合理規(guī)劃攪拌站。條件允許時可設在互通立交旁邊，其原因在于此原材料進站便捷，拌和好的混合料可經(jīng)互通匝道輸送至現(xiàn)場，一方面提高了運輸效率，另一方面可緩解因施工而導致的交通阻塞問題。

4" "機械設備配置基本原則

一是可行性原則。諸如攤鋪機、壓路機等各類機械設備的性能應有足夠的穩(wěn)定性，以滿足攤鋪、壓實等環(huán)節(jié)的作業(yè)需求，并且在經(jīng)過本道工序的施工后，能夠為后續(xù)機械設備的作業(yè)奠定基礎。二是適用性原則。瀝青路面施工規(guī)模較大，不同路段的地質(zhì)條件、氣候條件等均具有特殊性，因此機械設備需要能自動適應最新的環(huán)境，形成與實際環(huán)境相適配的運行參數(shù)組合方案。三是經(jīng)濟效益性原則。著重考慮機械設備各零部件的穩(wěn)定性、油耗等，若零部件易老化、受損，在檢維修方面將投入較多的資源;若機械設備的油耗較高，將影響燃油經(jīng)濟性。諸如此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，均會加大成本投入，因此在機械設備選型時應對經(jīng)濟型予以充分關注。四是資源效用最大化原則。瀝青混凝土路面對工程物資的需求量較大，為實現(xiàn)集約化發(fā)展目標，需要盡可能提高機械設備的協(xié)同運行水平，同時在機械設備的配套運行下，提高瀝青混凝土等相關材料的利用率。

5" "各類機械設備的配置及優(yōu)化

5.1" "攪拌機

攪拌機是生產(chǎn)瀝青混凝土的關鍵設備，為給現(xiàn)場施工提供充足的材料，需要保證正常生產(chǎn)能力，與實際攤鋪施工需求相適應。在攪拌機的配置中，著重考慮最小生產(chǎn)能力GJBmin，具體關系見公式（1）：

（1）

式中：D為實際可用的施工天數(shù);L為合同段總長度，單位為km;B為單幅路面寬度，單位為m;γi為路面各層的容重，為t/m3;hi為攤鋪機各層的一次攤鋪厚度，單位為cm。

按照上述公式展開計算，確定攪拌機需具備的最小生產(chǎn)能力，而后再進一步確定設備的理論生產(chǎn)率。除了保證機械設備的生產(chǎn)能力外，建站位置也是重點考慮內(nèi)容，要求攪拌機所在位置合理。綜合考慮施工便捷性、經(jīng)濟效益性等多重要求，認為攪拌站與施工地點的距離X應滿足公式（2）關系：

（2）

式中：B為供應基地遷移的安裝和設備費用，單位為元;e為每噸混合料的攤鋪面積，單位為m2;b為鋪砌層的寬度，單位為m;C為每噸混合料的運費，單位為元。

5.2" "攤鋪機

綜合考慮攪拌機生產(chǎn)能力、路面施工要求，合理選擇攤鋪機。為了實現(xiàn)不間斷施工，則要保證攤鋪機的攤鋪能力與攪拌機的生產(chǎn)能力相適配，以免出現(xiàn)現(xiàn)場停機等料的現(xiàn)象。攤鋪機的攤鋪速度Vt需按公式（3）計算：

（3）

式中：Qi為第i臺攪拌機的生產(chǎn)能力，單位為t/h;nj為攪拌機數(shù)量;kh為時間利用系數(shù)，取1～0.901;kl為機群聯(lián)合作業(yè)系數(shù)，取0.95～0.8;kw為集料含水量對生產(chǎn)能力的影響系數(shù);γ為壓實后瀝青混合料容重，單位為t/m3;B為路面寬度，單位為m;h為路面壓實后厚度為cm。

攤鋪機的工作能力應與攪拌機的生產(chǎn)能力相適配，換言之，每1h生產(chǎn)的混合料，均要由攤鋪機在1h內(nèi)將其攤鋪到位，否則會出現(xiàn)混合料供應異常、現(xiàn)場攤鋪秩序欠佳的情況。由此衍生出公式（4）關系：

（4）

式中：mTP 為攤鋪工作面數(shù)量;VTPmin為攤鋪機最小速度，單位為m/min;G為攪拌機的理論生產(chǎn)率，單位t/h;γ、為路面面層三層的平均容重，單位為t/m3。h為路面面層三層的平均厚度，單位為cm。

根據(jù)規(guī)定，瀝青混凝土攤鋪機運行速度的控制區(qū)間為2～6m/min，最為合適的是2～4m/min，而根據(jù)前述公式展開計算后，求得攤鋪機工作速度在6m/min以上時，則要規(guī)劃出2個工作面。若計算結果未超過6m/min，僅設置1個攤鋪工作面即可。

攤鋪機運行模式主要有兩種，即單機全幅攤鋪和多機梯隊聯(lián)合攤鋪，具體根據(jù)攤鋪機工作能力與路面寬度的關系而定。若單臺設備的一次攤鋪寬度超過路面寬度，僅安排1臺攤鋪機即可，由其全幅攤鋪。必要時也可采取2臺攤鋪機并行攤鋪的模式，即梯隊聯(lián)合作業(yè)，但要控制好前后兩臺攤鋪機的距離，各自按照特定的速度勻速行駛，避免距離忽大忽小。考慮到路面的完整性要求，需兩幅形成攤鋪重疊關系。

5.3" "運料車

瀝青混凝土生產(chǎn)后，由運料車裝載并沿著既定的路線運輸至現(xiàn)場，車組的運輸能力取決于各車輛，而具體又需根據(jù)攪拌機的生產(chǎn)能力選擇合適運量的車輛，并控制好車輛的數(shù)量。為保證混合料供應的及時性，通常汽車車組的輸送能力應略大于攪拌機的生產(chǎn)能力。

數(shù)量方面，為滿足現(xiàn)場攤鋪施工要求，在攤鋪機前等待卸料的車輛應達到2～4輛。通常，運料車的額定載重量不宜小于15t，并且同一車組配備的車輛應盡可能為相同的類型。運輸過程中，車輛盡可能保持勻速狀態(tài)，以30～50km/h為宜，不可忽然提速或急剎車，否則混合料易離析[1]。

在確定運料車的數(shù)量時，需著重考慮的是最少的運料車數(shù)量NYLmin，只有在滿足基本數(shù)量要求后，才能夠?qū)嚢铏C生產(chǎn)的混合料高效運輸至現(xiàn)場，及時用于攤鋪施工。具體關系公式（5）：

（5）

式中：G為攪拌機的理論生產(chǎn)率，單位t/h;G0為運料車的額定載重量，單位為t;t為運料車實現(xiàn)一個工作循環(huán)的時間（包含裝載、運輸、卸料、返回四個階段），單位為min。

5.4" "壓實機械

壓實施工包含初壓、復壓、終壓三個環(huán)節(jié)，因此需根據(jù)具體的環(huán)節(jié)適配合適的機械設備。根據(jù)瀝青混凝土的特性以及高速公路路面的施工要求，通常初壓以振動壓路機（靜壓）或雙輪雙軸輕型壓路機為主，復壓以輪胎壓路機或雙鋼輪振動壓路機為主，經(jīng)過前述兩個環(huán)節(jié)的碾壓后，瀝青混凝土路面的壓實度基本滿足要求。而后進入終壓環(huán)節(jié)，終壓可采用雙鋼輪振動壓路機（靜壓）或輪胎壓路機等設備，用于消除路面的輪跡，并進一步提高路面的密實度。

初壓、復壓、終壓三個環(huán)節(jié)壓路機的數(shù)量NYS，按照公式（6）計算而得：

（6）

式中：n為初壓/復壓/終壓遍數(shù);Vt為實際攤鋪速度，單位為m/min;BYS單次碾壓寬度，單位為m;bYS為碾壓的重疊寬度，單位為m;VYS為壓路機運行速度，單位為m/min。

在合理選擇壓路機以及確定具體的數(shù)量后，要求壓路機按照特定的速度運行。若其超出各類機械的行駛速度上限，則有必要安排2臺機械設備，以便高效完成碾壓作業(yè)，反之僅用1臺壓路機即可。

在按照前述提及的思路以及方法有序操作后，確地各類機械設備的類型以及數(shù)量，構成相對完善的施工機群，充分發(fā)揮出其技術經(jīng)濟性優(yōu)勢。在整個機群的組成中，攪拌機、攤鋪機、壓實機械均屬于重要的固定生產(chǎn)要素，經(jīng)過分析確定其具體的性能以及數(shù)量后，后續(xù)通常不對其做出調(diào)整。相比之下，運料汽車具有一定的變動性，即允許靈活地調(diào)整運料車的數(shù)量。

應協(xié)調(diào)好與攪拌站、攤鋪機等機械設備的關系，在動態(tài)優(yōu)化之下，得到集多類設備于一體的優(yōu)質(zhì)機群配置方案，共同參與到高速公路瀝青混凝土路面的施工中，以安全和質(zhì)量為基本目標，在此基礎上進一步達到提效率、增效益的效果。

6" "結語

綜上所述，高速公路瀝青混凝土路面施工范圍廣、對質(zhì)量要求高，在機械化施工模式下，對機械設備提出了較高的要求，為此合理選擇機械設備并組成完善的機群至關重要。相關施工單位應從路面施工的實際情況出發(fā)，合理選擇攪拌機、運料車、攤鋪機、壓路機等施工機械，并根據(jù)既有工程數(shù)據(jù)展開計算，確定合適的數(shù)量以及設備運行參數(shù)，在施工機械的共同協(xié)調(diào)下，提高資源的利用水平，高效完成瀝青混凝土路面的各項建設工作。

參考文獻

[1] 劉冬.高速公路瀝青混凝土路面施工機群優(yōu)化配置研究[D].重慶：重慶交通大學，2017.