試論車(chē)輛運(yùn)力與攤鋪設(shè)備作業(yè)效率的合理匹配

靳 煒

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

道路是陸路交通的基礎(chǔ)。目前，在我國(guó)390×104km的等級(jí)道路通車(chē)總里程中，二級(jí)以上的高等級(jí)道路（包括已在運(yùn)行中的高速公路）的保有量約為54.6×104km。這些高等級(jí)道路雖然僅占全國(guó)等級(jí)道路通車(chē)總里程的14.1%，但卻承擔(dān)著全國(guó)道路交通客（貨）運(yùn)輸總量的80%以上[1]。高等級(jí)道路的基本結(jié)構(gòu)組成中，水泥穩(wěn)定材料構(gòu)成了道路下部的主要承重結(jié)構(gòu)，而作為路面形式主體的瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面則形成了道路的上部封閉層（亦可稱(chēng)為磨耗層）。無(wú)論是水泥穩(wěn)定材料，還是瀝青或水泥混凝土路面材料，它們的鋪設(shè)均要求使用攤鋪機(jī)完成[2]，以形成具有一定承載強(qiáng)度和平整度的連續(xù)鋪層。

1 問(wèn)題的提出

現(xiàn)代道路攤鋪設(shè)備是道路施工機(jī)械中技術(shù)密集度較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專(zhuān)用設(shè)備，其主要作用是將已在料場(chǎng)拌制完成的各種水泥穩(wěn)定土及瀝青或水泥混合料均勻平整地?cái)備佋谝呀ㄖ瓿傻穆坊蚵访婊鶎由?，并?duì)其進(jìn)行一定程度的預(yù)壓實(shí)，為后續(xù)壓路機(jī)壓實(shí)至要求的密實(shí)度提供必要的基礎(chǔ)。但攤鋪機(jī)的正常作業(yè)和達(dá)到要求的施工質(zhì)量必須要求一定的外部條件來(lái)保證，如：

a）瀝青混合料和水泥穩(wěn)定土等原材料的自身質(zhì)量。

b）材料在儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中由于水分的蒸發(fā)（影響水泥穩(wěn)定土和水泥混凝土的含水量）和熱量的散失（影響瀝青混合料的工作溫度）對(duì)材料路用指標(biāo)的影響。特別在材料制作場(chǎng)地與路上攤鋪現(xiàn)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)以及天氣特別干燥和氣溫較低時(shí)表現(xiàn)更甚。

c）攤鋪機(jī)自身的技術(shù)性能和作業(yè)參數(shù)，如攤鋪厚度和平整度、作業(yè)速度、壓實(shí)初始密實(shí)度、設(shè)備工作可靠性及操作方便性等是否符合施工作業(yè)要求。另外，混合料在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)過(guò)程中的輸送是否連續(xù)可靠，特別是螺旋輸料器（攪龍）對(duì)材料的左右輸料是否均勻。

d）混合料運(yùn)輸（送料）車(chē)輛的載運(yùn)能力與攤鋪機(jī)的作業(yè)能力是否匹配等。

這些外部條件與瀝青或水泥混凝土、水泥穩(wěn)定土等混合料的正常攤鋪?zhàn)鳂I(yè)（達(dá)到道路的施工質(zhì)量目標(biāo)）息息相關(guān)。長(zhǎng)期以來(lái)，基于國(guó)內(nèi)外科技的不斷進(jìn)步（包括攤鋪設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能和施工工藝的改進(jìn)）和施工者管理水平及技術(shù)能力的不斷加強(qiáng)，很多技術(shù)難題得到了有效解決，使得道路攤鋪施工的綜合技術(shù)水平不斷提高。如電子稱(chēng)量技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用使得各種級(jí)配礦料（包括瀝青和其他必要的添加劑）無(wú)論在靜止，還是在運(yùn)動(dòng)中的精確計(jì)量得以實(shí)現(xiàn)。結(jié)果使得各種混合料，特別是高質(zhì)量瀝青混凝土的材料級(jí)配和油石配比等更為精確和合理；而改性瀝青（目前以SBS和廢舊橡膠改性瀝青為主）的應(yīng)用使得瀝青混合料的各項(xiàng)路用指標(biāo)，特別是路面的溫度穩(wěn)定性、整體承載能力和使用壽命得到大幅提升[3]；變徑型螺旋輸料器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用使得較大作業(yè)寬度（大于等于8 000 mm）的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)有效防止了混合料在較大輸送過(guò)程中的材料離析，提高了材料的攤鋪均勻性；而移動(dòng)式和半固定式及大產(chǎn)量的混合料拌合設(shè)備（如4000-5000型）的使用和筑路料場(chǎng)的合理布局則成功克服了混合料的供應(yīng)及材料運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)使得品質(zhì)下降（如瀝青混合料的溫度下降和水穩(wěn)材料含水量因過(guò)量蒸發(fā)而不足）等問(wèn)題。但縱觀目前高等級(jí)道路的瀝青或水泥混凝土、水泥穩(wěn)定土等混合料的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)工程中，各種混合料運(yùn)輸（送料）車(chē)輛的載運(yùn)能力與攤鋪機(jī)的作業(yè)能力的良好匹配問(wèn)題一直沒(méi)有得到較好解決。筆者曾在山西多條高速公路的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，并同施工單位相關(guān)管理人員進(jìn)行交流，發(fā)現(xiàn)混合料運(yùn)輸（送料）車(chē)輛的承載噸位選擇主要基于所用攤鋪機(jī)的喂料高度數(shù)據(jù)，而載車(chē)的數(shù)量主要根據(jù)工程估算或施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的大體數(shù)量來(lái)決定。顯然，前者的選擇依據(jù)大體是合理的，但除了應(yīng)考慮攤鋪機(jī)的喂料高度外，鑒于對(duì)攤鋪機(jī)作業(yè)影響較小和材料運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，宜使用載重量大于等于15 t的自卸型載重車(chē)輛；而后者僅以估算數(shù)據(jù)決定載車(chē)數(shù)量則顯然沒(méi)有做到合理量化。顯然，在載車(chē)單臺(tái)載重噸位決定之后，載車(chē)數(shù)量決定著為攤鋪機(jī)供料的總數(shù)量。若數(shù)量過(guò)少會(huì)使鋪機(jī)頻繁停車(chē)待料，使其作業(yè)難以連續(xù)進(jìn)行；反之則會(huì)浪費(fèi)載車(chē)的運(yùn)力，出現(xiàn)供料過(guò)多而車(chē)滯?？紤]到我國(guó)道路等級(jí)的不斷提高和施工組織的科學(xué)性，載車(chē)數(shù)量的合理量化對(duì)于提高道路施工的質(zhì)量作業(yè)效率和降低工程損耗是十分必要的。

2 載車(chē)數(shù)量合理量化的必要性及意義

攤鋪設(shè)備已成為高等級(jí)道路施工中的標(biāo)準(zhǔn)配置，但攤鋪材料在鋪層中的均勻性，特別是鋪層的表面平整度不僅與攤鋪機(jī)自身的技術(shù)性能有關(guān)，而且與攤鋪機(jī)的使用工藝和作業(yè)條件關(guān)系極大。其中，攤鋪機(jī)的勻速和連續(xù)作業(yè)是達(dá)到鋪層表面平整度要求（設(shè)計(jì)）的重要條件之一?，F(xiàn)代攤鋪機(jī)作業(yè)速度的適應(yīng)范圍較大，一般為0.5～20 m/min，這是因?yàn)榈缆贩N類(lèi)和等級(jí)差異較大所致。在施工時(shí)，較薄的瀝青混凝土路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)速度取4～20 m/min；而各種基層混合材料和碾壓混凝土路面（RCCP）攤鋪?zhàn)鳂I(yè)速度取0.5～1.2 m/min[4]。但作業(yè)速度一旦設(shè)定，就必須勻速和連續(xù)作業(yè)，否則攤鋪機(jī)停止作業(yè)（其原因可能是多方面的，如攤鋪機(jī)自身的機(jī)械故障和鋪料不足待料等）后重新啟動(dòng)時(shí)，很容易形成路拱而嚴(yán)重影響鋪層表面平整度。這是因?yàn)槊看螖備仚C(jī)重新啟動(dòng)時(shí)，其找平裝置的傳感器會(huì)對(duì)鋪筑參數(shù)進(jìn)行新的掃描、計(jì)算和設(shè)定，而原已完成的鋪層與新的鋪筑參數(shù)容易形成偏差。為了減少和消除這種平整度偏差，避免攤鋪機(jī)作業(yè)中的停機(jī)，使其盡可能勻速和連續(xù)作業(yè)就顯得非常重要。

眾所周知，除了攤鋪機(jī)自身的技術(shù)性能等因素外，被攤鋪物料的連續(xù)均勻供應(yīng)是攤鋪機(jī)勻速連續(xù)作業(yè)的必要條件之一，而將鋪筑材料自制作基地運(yùn)給攤鋪機(jī)的任務(wù)是由運(yùn)輸車(chē)輛承擔(dān)的。顯然，對(duì)材料運(yùn)輸?shù)妮d車(chē)數(shù)量進(jìn)行必要的合理量化與保證和提高道路的施工質(zhì)量息息相關(guān)。

3 載車(chē)數(shù)量量化的原則和相關(guān)平衡方程的建立

載車(chē)數(shù)量量化的原則和目的是保證攤鋪機(jī)的勻速和連續(xù)作業(yè)，因此單位時(shí)間內(nèi)為攤鋪機(jī)供應(yīng)需要的材料數(shù)量是問(wèn)題的關(guān)鍵?；诘缆肥┕さ男枰?，攤鋪機(jī)機(jī)型選定之后，其正常作業(yè)需要的材料數(shù)量即為常數(shù)，可由式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：m為攤鋪機(jī)正常作業(yè)需要的材料數(shù)量，t/h；h為鋪層厚度，m；b為攤鋪機(jī)攤鋪寬度，m；v為攤鋪機(jī)作業(yè)速度，m/min；λ為攤鋪混合料比重，t/m3。

載車(chē)將材料在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)給攤鋪機(jī)并向其料箱傾倒喂料，所需要的載車(chē)數(shù)量與其運(yùn)輸總量、單臺(tái)載重、行走速度、運(yùn)輸距離、載車(chē)技術(shù)狀況和車(chē)輛利用效率等因素有關(guān)。即：

式中：Z為用于混合料運(yùn)輸?shù)妮d車(chē)數(shù)量（取正整數(shù)），臺(tái)；m為攤鋪機(jī)正常作業(yè)需要的材料數(shù)量，t/h；s為載車(chē)作業(yè)時(shí)的平均速度，km/h；q為單臺(tái)載車(chē)的承載能力，t；η為車(chē)輛利用系數(shù)，根據(jù)載車(chē)新舊程度（使用年限）、保養(yǎng)情況及行駛路況決定，可在0.6～0.95范圍內(nèi)選??；d為混合料制作基地與攤鋪機(jī)作業(yè)地點(diǎn)的間距，km。

4 工程應(yīng)用和計(jì)算實(shí)例

上述有關(guān)與攤鋪機(jī)施工作業(yè)配套的混合料運(yùn)輸載車(chē)數(shù)量量化的原則和相關(guān)平衡方程的建立能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)平衡式對(duì)其進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析和量化，進(jìn)而有效規(guī)避采用傳統(tǒng)估算方法帶來(lái)的相關(guān)誤差。而計(jì)算公式的建立是基于攤鋪機(jī)的作業(yè)效率（單位時(shí)間段內(nèi)的作業(yè)能力）與混合料運(yùn)輸載車(chē)輛在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)輸能力之間的平衡做出的。同時(shí)考慮到攤鋪機(jī)和運(yùn)輸載車(chē)各自涉及的對(duì)作業(yè)效率可能產(chǎn)生的影響因素，所以計(jì)算結(jié)論更加貼近道路施工的工程實(shí)際，進(jìn)而得到較為正確和客觀的計(jì)算結(jié)果。下面可以一個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。

國(guó)道208線某碾壓混凝土路面（RCCP）施工時(shí)，根據(jù)施工道路的實(shí)際情況選用ABG411型攤鋪機(jī)（具有ABG機(jī)型特有的雙強(qiáng)夯功能）完成路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。作業(yè)寬度為12 m，厚度250 mm，混合料比重為1.8 t/m3，攤鋪機(jī)作業(yè)速度50 m/h?；旌狭现谱骰嘏c攤鋪機(jī)作業(yè)地點(diǎn)的間距最遠(yuǎn)點(diǎn)為18 km，最近點(diǎn)為12 km。選擇施工單位保有的載重量為15 t的自卸運(yùn)輸車(chē)為攤鋪機(jī)供料，平均行走速度為30 km/h。車(chē)輛已使用年限為5～6年，技術(shù)狀況良好。顯然，這些車(chē)輛的綜合使用狀態(tài)屬于較好一類(lèi)，故車(chē)輛利用系數(shù)取0.8。將這些已知數(shù)據(jù)代入式（1），可計(jì)算出在該項(xiàng)工程中，ABG411正常作業(yè)需要的材料數(shù)量為268 t/h；再由式（2）可計(jì)算出兩種結(jié)果，即當(dāng)攤鋪機(jī)在遠(yuǎn)地點(diǎn)作業(yè)時(shí)需27臺(tái)運(yùn)輸車(chē)供料，而當(dāng)近地點(diǎn)作業(yè)時(shí)需18臺(tái)運(yùn)輸車(chē)供料。顯然，為了達(dá)到作業(yè)目的，若選擇遠(yuǎn)地點(diǎn)開(kāi)始作業(yè)，應(yīng)采用27臺(tái)運(yùn)輸車(chē)；隨著材料運(yùn)距的縮短，運(yùn)輸車(chē)的數(shù)量逐漸減少，直至減至18臺(tái)完成最后的攤鋪工程。當(dāng)然，若選擇近地點(diǎn)開(kāi)始作業(yè)，則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整完成作業(yè)。工程實(shí)踐表明，上述混合料運(yùn)載車(chē)輛的選擇和量化是合適的。