就地冷再生適宜單工作面長度的確定方法研究

朱宇杰

(江蘇東南交通工程試驗檢測有限公司，江蘇南京 210000)

就地冷再生適宜單工作面長度的確定方法研究

朱宇杰

(江蘇東南交通工程試驗檢測有限公司，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間內(nèi)完成碾壓，每段碾壓的長度不能過長或過短，需要根據(jù)現(xiàn)場多方面因素確定適宜的單工作面長度。重點介紹影響單工作面長度確定的各種因素及各種因素之間的關(guān)系，通過示例闡述了最佳單工作面長度的確定方法。同時，通過施工機械銜接能力的計算，分析施工工藝的合理性及據(jù)此應(yīng)該采取的改進措施。

就地冷再生;最佳單工作面長度;影響因素;計算

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)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。就地冷再生機在進行施工作業(yè)時，不能一味前進，達到一定的施工長度時需要掉頭對該施工段落其它斷面進行再生銑刨和拌和，這個段落的長度稱為單工作面長度。單工作面長度需適宜，不宜過短或過長:過短會造成施工機械集中而影響工作效率，且造成現(xiàn)場接頭過多等問題;過長則整平等部分施工環(huán)節(jié)無法及時開展，從而影響后續(xù)工序的開展，造成現(xiàn)場碾壓不及時、水分散失過快、碾壓結(jié)束前水泥達到初凝時間等問題[1-3]。

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

1 適宜單工作面長度的確定方法

1.1 適宜單工作面長度的定義

所謂適宜單工作面長度，即單工作面長度能夠滿足以下條件:

(1)單工作面長度能夠滿足現(xiàn)場施工工藝要求，充分發(fā)揮施工機械的效率，施工機械不會出現(xiàn)長時間等待或者施工工序脫節(jié)等情況;

(2)整體施工時間需合理，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)場段落接頭不宜過多，單工作面長度在滿足條件的情況下需盡量長。

1.2 適宜單工作面長度確定的影響因素

在進行適宜單工作面長度分析計算時，需要對其影響因素進行研究，主要包括[1，2，6-8]:

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

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

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

(4)水泥的初凝時間。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)場的碾壓。

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

1.3 適宜單工作面長度的確定方法研究

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

步驟1:根據(jù)現(xiàn)場施工工藝，得到完成段落長度L冷再生所需要的時間公式;

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

步驟3:根據(jù)時間公式和總控制時間，計算出最長單工作面長度;

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度;

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

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。通過試驗段確定的達到規(guī)定要求壓實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 單工作面長度影響因素分析

(1)再生機再生速度

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

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

(2)再生機段落施工刀數(shù)

再生機工作寬度為2.44 m，段落寬度為10 m。再生過程中橫斷面搭接寬度為10～30 cm[1，2]，按最小搭接寬度計，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、雙鋼輪壓路機的碾壓速度為35m/min，膠輪壓路機的碾壓速度為40 m/min。

(4)總控制時間

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

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

(5)水罐車供水長度。

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

2.3 完成段落長度L冷再生所需要的時間公式

設(shè)定單工作面長度為L，則有以下計算。

(1)單工作面再生機銑刨時間t1

a.水泥就地冷再生t1=n×L/5，其中再生機掉頭和換水車的時間忽略;

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

(2)初壓和整平時間t2

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

(3)完成復(fù)壓時間t3

當(dāng)完成整平后復(fù)壓壓路機進行及時的碾壓，從完成整平到完成復(fù)壓的時間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臺單鋼輪壓路機共振壓3遍，當(dāng)?shù)谝慌_單鋼輪碾壓完1道后第2臺壓路機迅速碾壓，其間的時間差忽略。單鋼輪壓路機工作寬度與再生機工作寬度相當(dāng)，按壓路機重疊寬度為鋼輪的1/2計算，以來回一次算完成一道，則完成復(fù)壓所需的時間為第一臺鋼輪壓路機碾壓兩遍需要的時間，即t3=(2n-1)×2L/35×2;

b. 泡沫瀝青就地冷再生。復(fù)壓采用1臺單鋼輪壓路機和1臺雙鋼輪壓路機共振壓3遍，由于雙鋼輪壓路機碾壓速度、碾壓工作寬度和碾壓重疊寬度等與單鋼輪壓路機一致，故t3=(2n-1)× 2L/35×2。

(4)完成終壓時間t4

當(dāng)最后一遍復(fù)壓完成第一道碾壓后，終壓壓路機便可開始碾壓，其間的時間差忽略。從完成復(fù)壓到完成終壓的時間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臺膠輪壓路機碾壓3～4遍，若按4遍計算，復(fù)壓完成時終壓壓路機已基本完成1遍碾壓，膠輪壓路機碾壓重疊寬度按工作寬度的1/3計，則與再生機的工作寬度相當(dāng)，以來回一次算完成一道，則完成終壓的時間t4=n×2L/40×3;

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

(5)單工作面開始銑刨拌和到完成碾壓的總時間t總=t1+t2+t3+t4。

2.4 總控制時間內(nèi)最長單工作面長度計算

(1)在確定段落施工總時間公式t總后，通過段落完成施工的總控制時間，計算出最長單工作面長度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，即最長單工作面長度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)在其余時段，t總的控制因素是水泥初凝時間，要求t總≤180 min，當(dāng)t總=180 min，單工作面L最長，即最長單工作面長度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單工作面長度時，以水車供水長度作為最佳單工作面長度;當(dāng)水車供水能力大于最長單工作面長度時，根據(jù)供水長度和最長單工作面長度的倍數(shù)關(guān)系確定最佳單工作面長度Lb，如表3。

表3 最佳工作面長度確定

2.6 施工機械銜接能力計算

上述施工長度是在施工機械能夠銜接作業(yè)前提下所能夠?qū)崿F(xiàn)的最佳工作面長度。所謂施工機械銜接，即任何一單工作面的任何工序完成時能夠立即進行下一道工序。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)單工作面長度，得到的t1、t2、t3、t4值如表4所示。

表4 最優(yōu)單工作面長度時各工序時間及大小比較

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

3 結(jié)語

本文分析了最優(yōu)單工作面長度的影響因素，并通過示例闡述了就地冷再生最佳單工作面長度的計算方法，同時介紹了機械設(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)先進行施工工藝的優(yōu)化，并進行原材料和機械設(shè)備的比選等，如水泥的初凝時間、水車的供水能力等，以實現(xiàn)就地冷再生方案的最優(yōu)化。

[1] 維特根(中國)機械有限公司.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)機械有限公司.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[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、檢測工作。