■龔曉琳
(寧德市公路事業(yè)發(fā)展中心,寧德 352100)
截至2020 年底,全國(guó)公路總里程達(dá)519.8 萬(wàn)km[1],其中水泥混凝土路面約310 萬(wàn)km。 “十三五”期間,福建省公路總里程突破11 萬(wàn)km[2],其中農(nóng)村公路9.3 萬(wàn)km。 由于地理原因,福建總里程70%以上都是水泥公路,可見(jiàn)水泥路在福建省乃至全國(guó)的公路體系中都占有極其重要的位置。
目前,我國(guó)公路已由建養(yǎng)并重進(jìn)入以養(yǎng)護(hù)為主的時(shí)期,水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)尤其是伸縮縫的養(yǎng)護(hù)成為重要問(wèn)題。 及時(shí)對(duì)路面進(jìn)行灌縫作業(yè)是一種有效且經(jīng)濟(jì)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施。 隨著交通量的急劇增長(zhǎng),養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算的日趨緊張,水泥混凝土路面清灌縫施工不但要盡量少占車(chē)道面積、 縮短作業(yè)時(shí)間,還要最大限度降低施工成本。 水泥混凝土路面伸縮縫是人為切割而成,針對(duì)其縫隙平直、寬窄均勻的特點(diǎn),如何在現(xiàn)有灌縫設(shè)備的基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)備組合、技術(shù)改進(jìn),達(dá)到灌縫作業(yè)過(guò)程占道小、速度快、成本低的目的,經(jīng)過(guò)一年多來(lái)的實(shí)踐探索,已取得一定成果。
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有灌縫機(jī)產(chǎn)品已不少[3],按機(jī)型大小和行走方式可分為大型車(chē)載或拖掛式和小型手推式;按作業(yè)方式可分為手持長(zhǎng)管灌縫作業(yè)和手推噴嘴灌縫作業(yè);按灌縫料的加熱方式可分為燃燒器直接加熱料桶、燃燒器通過(guò)導(dǎo)熱油加熱料桶、液化氣加熱料桶以及發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣或電熱絲加熱料桶。 目前使用較普遍的主要2 種機(jī)型:一種是大型車(chē)載或拖掛機(jī)型,采用燃燒器通過(guò)導(dǎo)熱油加熱固態(tài)密封膠并通過(guò)長(zhǎng)管?chē)姌屢允殖址绞綄⒐嗫p料注入縫隙,該機(jī)型優(yōu)點(diǎn)是料桶容量大、加熱效果好、一次性灌縫里程長(zhǎng)、手持長(zhǎng)管作業(yè)容易控制出料量,適合瀝青路彎曲裂縫施工,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)笨重龐大、占道面積多、需2 人配合工作效率低、施工成本高、長(zhǎng)輸送管容易堵塞更換費(fèi)用高;另一種是小型手推式機(jī)型,采用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣加熱灌縫料,手推灌縫機(jī)在前行中將灌縫料通過(guò)噴嘴注入伸縮縫,該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕巧靈活、占地面積小、單人手推灌縫勻速平直,適合水泥路伸縮縫特點(diǎn),其缺點(diǎn)是尾氣加熱速度慢、料桶小一次性灌縫里程短、縫隙填縫料的飽滿(mǎn)度差。2 種機(jī)型主要性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 大、小型灌縫機(jī)性能參數(shù)比較
綜上分析,若采用大型車(chē)載或拖掛式灌縫機(jī)實(shí)施水泥路灌縫作業(yè),從設(shè)備的適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)性角度考量都是不理想的。 選用適合水泥路伸縮縫平直特點(diǎn)的手推式小型灌縫機(jī)并加以改良,是解決目前水泥路灌縫施工難題的關(guān)鍵。
路面清灌養(yǎng)護(hù)作業(yè)過(guò)程中必須實(shí)行交通管制,直接影響車(chē)輛正常通行,甚至?xí)斐山煌ǘ氯?經(jīng)分析對(duì)比,在機(jī)型上首選手推式灌縫機(jī),在組合配套上通過(guò)外配灌縫料加熱裝置以提高其灌縫材料的加熱速度,達(dá)到大型灌縫設(shè)備的加熱效果。
由于手推式灌縫機(jī)固有的噴頭離地結(jié)構(gòu)造成伸縮縫填縫料無(wú)法一次性填滿(mǎn),必須通過(guò)改進(jìn)其噴頭結(jié)構(gòu)形態(tài)以適應(yīng)快速灌縫的作業(yè)要求。
為了解決手推式灌縫機(jī)灌縫料加熱速度慢與施工進(jìn)度快的矛盾,組合配套外設(shè)輔助加熱裝置是一種行之有效的手段。 由于灌縫材料在常溫下是固態(tài),且熱傳遞性差,若直接利用液化氣或電熱棒進(jìn)行加熱,雖簡(jiǎn)單省事,卻容易導(dǎo)致灌縫料加熱至老化;若選用導(dǎo)熱油加熱的方法,雖可解決加熱老化問(wèn)題,但其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重、熱效率低,不適合與小型手推式灌縫機(jī)配套。 近年來(lái),與相關(guān)廠家共同開(kāi)發(fā)出一種能為灌縫機(jī)提供足夠數(shù)量且質(zhì)量符合要求的熱灌縫料的加熱釜。 針對(duì)瀝青特點(diǎn),加熱釜采用自動(dòng)柴油燃燒器對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)儲(chǔ)料桶(加熱筒)進(jìn)行加熱的方式,間接使桶內(nèi)灌縫料熔化升溫,較導(dǎo)熱油加熱方式設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊輕巧。 其獨(dú)創(chuàng)的筒外壁加熱和滾筒技術(shù), 使灌縫料在轉(zhuǎn)動(dòng)筒內(nèi)均勻加熱,熱交換更全面均衡;料溫由溫度傳感器通過(guò)PLC 監(jiān)測(cè),自動(dòng)控制燃燒器點(diǎn)火燃燒時(shí)間以達(dá)到設(shè)定溫度要求,避免灌縫料出現(xiàn)老化現(xiàn)象。 作業(yè)時(shí),通過(guò)桶底部放油開(kāi)關(guān)按需要量放出灌封材料。 組合配套解決了原手推式灌縫機(jī)加熱慢的難題,大大提高其施工速度。 整體結(jié)構(gòu)采用車(chē)載移動(dòng)式,可停放路邊或外圍,占道少。 其組合配套結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 灌縫料加熱釜與手推式灌縫機(jī)的組合配套
手推式灌縫機(jī)是使機(jī)器在推移過(guò)程中將灌縫料順著縫隙頂部流到底部以完成灌縫作業(yè)。 為便于推移,原設(shè)計(jì)的噴嘴是離地1~2 cm 的懸浮式結(jié)構(gòu),雖操作簡(jiǎn)便,但存在灌縫質(zhì)量問(wèn)題的缺陷,即縫隙中填料的飽滿(mǎn)度不夠,致使部分伸縮縫中的灌縫料高度不足(凹陷),達(dá)不到技術(shù)要求。 通過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn),采用懸浮式噴嘴,當(dāng)灌縫料離開(kāi)噴嘴后便由路面往縫隙底部自上而下流動(dòng),因受到縫隙處冷卻(溫差)和縫隙壁阻力(粗糙)的影響,灌縫料流到底部產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。 究其原因,如圖2 所示,開(kāi)始狀態(tài)下縫隙底部料總是滯后于上部料,灌滿(mǎn)狀態(tài)下顯現(xiàn)出倒錐形狀;由于灌縫機(jī)的行進(jìn)速度取決于目視到灌縫料露出高度(飽滿(mǎn)即走)的作業(yè)方式,以及縫隙深淺不一, 在某些路段可能發(fā)生下沉凹陷的現(xiàn)象,使得灌縫機(jī)在行進(jìn)中無(wú)法一次性灌滿(mǎn),必須進(jìn)行二次補(bǔ)灌,造成施工進(jìn)度緩慢和材料浪費(fèi)。 為解決灌縫料流動(dòng)滯后問(wèn)題,如圖3 所示,將懸浮式噴嘴改為針入式噴頭, 作業(yè)中針入式噴頭可插入縫隙底部,使灌縫料由底部往頂部翻滾灌滿(mǎn),形成穩(wěn)定錐形狀,當(dāng)目視到灌縫料露出標(biāo)準(zhǔn)高度再往前行進(jìn)繼續(xù)灌縫作業(yè),縫隙里的料因填充飽滿(mǎn)就不會(huì)發(fā)生塌陷現(xiàn)象,做到一次性灌滿(mǎn),達(dá)到即速灌滿(mǎn)即速前移的效果,有效提高施工速度和質(zhì)量。 圖4 中為原懸浮式噴嘴和改進(jìn)后的針入式噴頭結(jié)構(gòu)比對(duì)圖。
圖2 懸浮式灌縫狀態(tài)
圖3 針入式灌縫狀態(tài)
圖4 灌縫機(jī)改進(jìn)前后懸浮式噴嘴與針入式噴頭結(jié)構(gòu)對(duì)比圖
從灌縫料加熱時(shí)間、外配加熱釜縮短加熱時(shí)間對(duì)施工速度的影響、改針入式噴頭對(duì)灌縫料飽滿(mǎn)度及施工速度的影響等方面,對(duì)組合配套及技術(shù)改進(jìn)前后的手推式灌縫機(jī)進(jìn)行了對(duì)比,見(jiàn)表2。
表2 手推式灌縫機(jī)改造配套前后性能對(duì)比
經(jīng)改進(jìn)的灌縫料加熱釜1 臺(tái)、針入式噴頭灌縫機(jī)4 臺(tái)在G104 線(xiàn)和省道S306 線(xiàn)經(jīng)過(guò)一年多來(lái)的施工試驗(yàn)和應(yīng)用,完成85 km 灌縫任務(wù),實(shí)際情況和效果如下:1 臺(tái)加熱釜供給4 臺(tái)灌縫機(jī)所需的熱灌縫料。 加熱釜容量120 L,加熱1 次時(shí)間大約30 min,一天加熱4 桶,即可滿(mǎn)足4 臺(tái)灌縫機(jī)的用料需求。通過(guò)組合配套,灌縫機(jī)不用再等料加熱熔化,可做到每臺(tái)灌縫機(jī)料桶內(nèi)的灌縫料用完即可添加新料繼續(xù)灌縫施工; 灌縫機(jī)噴頭改懸浮式為針入式,直觀可見(jiàn)灌縫料由下而上翻滾填滿(mǎn)縫隙,行進(jìn)速度較以前稍慢,但一次即可填滿(mǎn),不會(huì)出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象,灌完的填縫料平直飽滿(mǎn)美觀,解決了以往需部分補(bǔ)灌問(wèn)題,提高了灌縫效率。 組合配套加熱釜供料和針入式噴頭的應(yīng)用,使單機(jī)的施工速度由平均每天1000 多延米提高到近2000 延米;與使用同樣的人員和相近的機(jī)械配置費(fèi)用的大型灌縫機(jī)相比,施工速度是大型機(jī)的3~4 倍,施工成本可降低1 倍以上,真正達(dá)到占道少、速度快、質(zhì)量好、成本低的效果(表3)。
表3 現(xiàn)場(chǎng)灌縫施工大、小機(jī)型使用情況統(tǒng)計(jì)
通過(guò)實(shí)踐對(duì)灌縫機(jī)進(jìn)行篩選并加以組合改進(jìn),提出對(duì)手推式灌縫機(jī)進(jìn)行組合配套和技術(shù)改進(jìn)的方法,即組合配套1 臺(tái)車(chē)載滾筒式加熱釜,統(tǒng)一供應(yīng)熱熔灌縫料, 解決手推式灌縫機(jī)加熱慢的問(wèn)題,并將原灌縫機(jī)懸浮式出料噴嘴改為針入式噴頭,解決填縫料的飽滿(mǎn)度問(wèn)題, 明顯提高灌縫速度和質(zhì)量,并在G104 線(xiàn)和省道S306 線(xiàn)得到廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)一年多來(lái)工地的實(shí)際使用證明,采用該方法施工占道少、速度快、質(zhì)量好、成本低,可有效解決目前水泥路面灌縫施工面臨的交通量大、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算少等難題。