水泥稳定碎石基层施工机械的合理化配置方法

王志雨

（南京市路桥工程总公司，江苏 南京 210000）

在现代公路工程中，机械化施工已成为主流发展趋势，合理的机械配置方式可提高施工作业效率，达到事半功倍的效果。因此，围绕施工机械的配置方法展开探讨具有必要性。

1 工程概况

高速公路某标段工程中，路面包含上面层、中面层、下面层、基层四部分。其中，基层选择的是水泥稳定碎石基层形式。基层是道路结构组成中的基础部分，对后续各部分施工质量的影响较为显著，同时也对机械设备提出了较高的要求，采取合理的机械设备配置方法是顺利完成基层施工的重要前提。

2 机械设备的选型和具体数量

2.1 稳定土拌和设备

稳定土拌和设备的选型应充分考虑施工作业量和工期要求，保证拌和设备所具有的产量能够与实际需求相符，并与摊铺机形成相配套的作业关系[1]。所选稳定土拌和设备需配套独立的冷料供给系统，可根据施工需求灵活调速、调频，保证级配计量的准确性，为操作者提供手动与自动控制功能。在选择拌和设备时，要重点考虑额定生产率Q，具体计算如下：

式中：K为设备的贮备系数，该工程取值为1.1；Q1为设备实际生产率，t/h。

Q1的具体计算方式如下：

式中：ρ湿为稳定土的湿密度，t/m3，；ρ干为稳定土的干密度，t/m3；ω为含水量；L为正常状况下单个工作日的摊铺长度，m；b为摊铺幅宽度，m；h为厚度，m；T为单个工作日的总拌和时间，h。

根据水泥稳定碎石的基本特性，可知ρ干=2.45t/m3，ω=4.8%、b=11.81m、h=0.18m、L=1200m，每日拌和时间取10h。根据Q1=665.5t/h，可以求得Q=732.1t/h。

现场共配备2台拌和设备，产量分别为500t/h和400t/h，两者共同配合所产生的总产量明显超过拌和生产需求，但为了保证施工作业的持续性，需考虑贮备系数的选择问题。此处将拌和站产量设为350t/h，正常状况下额定生产率定为384t/h，经过计算后可以得知Q=400t/h。此时，2台拌和设备所生产的混合料可完全满足施工要求，设备维持正常生产状态，保证了混合料的拌和均匀性。

2.2 装载机

装载机是实现物料空间转移的重要装置，在选型时需兼顾性能、铲斗规格、工作效率。所用的铲斗宽度不可超过冷料仓的宽度，不满足此条件则容易在装载机上料过程中发生冷料窜仓现象，导致冷料级配不合理。装载机数量n的具体计算如下：

式中；Q取400t/h；tm为作业循环时间，取60h；E为铲斗容积，取5m3；kw为铲斗满铲系数，取0.7；ρ为碎石平均松装系数，取1.4t/m3；η1为时间利用率，取0.8。根据式（2）计算并对所得结果取整，可得n=2，这表明若要保证2台拌和设备的顺利运行，需分别配置2台装载机，因此该工程所需的装载机总量为4台。

2.3 摊铺机

根据上述分析，b=12m，为满足摊铺作业要求，共配备2台WTU75设备，以1h所需摊铺用量为准，确定合适的摊铺速度。从计算结果来看，持续1h的摊铺作业后，该阶段所需的物料总量为665.5t。此处选择的WTU75摊铺机工作能力最高为600t/h，据此，在确定摊铺速度时需要充分考虑Q1值，即每台拌和设备持续运行1h的产量。该值需超过摊铺机相同时间内的摊铺量，否则将出现摊铺中断现象。

1h摊铺所需用量按式（4）计算，每1h的摊铺进度按式（5）计算。

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式中：v为摊铺速度，m/min；η2为摊铺机效率系数，取0.8。

通过计算可求得v=2.499m/min达到了摊铺速度要求，由此表明上述的设备选型方式具有合理性，拌和设备和摊铺机可协同运行。

2.4 自卸汽车

混合料遵循的是随拌随用原则，因此生产所得的混合料需及时通过运输车转移到现场。为满足此要求，则要保证自卸汽车选型和数量的合理性。

该次施工均选择的是自卸汽车，其基本参数为载重w=35t、平均车速v=30m/h。拌和站临近施工现场，两处间距为2km，考虑最远运输需求，将运距设为S=3km，完成单次卸料所需时间为T1，计算公式如下：

式中：η3为载重系数，取0.9；其他参数上文已经给出，此处不再说明。

装料时间T2，计算公式如下：

式中：v为自卸车行驶速度，km/h；T3为运输途中停车或倒车所花费的总时间，取15min。

自卸汽车的总量N，计算公式如下：

式中：η4为汽车利用系数，取0.88。

通过计算，将所得结果取整后N=8，即施工所需的自卸车数量至少要达到8辆。

2.5 压路机

基层施工中，碾压作业是重要环节，需根据需求选择合适的压路机，具体应考虑基层材料的含水量、压实厚度要求、工程进度要求、现场地质条件等因素[2]。水泥稳定碎石基层施工全流程中，压实是重要的收尾环节，混合料的性能以及摊铺质量都通过最终的碾压效果而体现，若缺乏合理的压实设备，将出现水泥稳定碎石压实度不足等异常状况。

研究表明，基层压实过程中，通常需持续6～8遍，相比于静压压路机而言，采取振动压路机能够明显加大压实度[3-4]。因此，为满足基层材料的密实度要求，需优先选择振动压路机，将其作为主要施工设备，配套胶轮压路机用于辅助施工作业。以压实度为参考，选择合适吨位的压路机。

在确保压实设备配置方案具有可行性后，需在摊铺后的2～4h内组织压实作业，若超出该时间范围则容易发生水泥凝固现象，导致压实度不足，进一步给结构的抗渗性能带来不良影响，最终导致车辙等病害。为了保证摊铺质量，需要合理选择压路机台数NA，多台设备共同配合下完成压实作业，具体按式（10）计算。

式中：n为碾压遍数，取8；v为压实速度，取2.5km/h；b为有效作业宽度，取1.5m；C为压路机效率因素，取0.75；其他参数同前。按照上述方式计算并取整后，得NA=4，表明该水泥稳定碎石基层施工所需的压路机设备总量为4台。

采取多种型号相组合的方式，即徐工DD130双钢轮压路机1台，该设备用于初压施工作业；SD175振动压路机2台，该设备为复压环节所使用；此外，还需配备1台徐工XP261胶轮压路机，以利用该设备完成表面的揉搓与压实作业。实际结果表明，采取上述方法施工后，基层的碾压效果良好，可满足设计要求。

3 机械的型号、数量与施工效果验证

综合以上的分析结果，确定各类设备的型号和数量，具体内容如表1所示。选择具有代表性的路段加以验证，实际施工效果良好，表明该施工机械的配置方式具有可行性，可达到机械设备效用最大化的效果，在保证施工质量的同时有助于减少成本投入[5]。

表1 设备配套数量与型号

4 施工机械配置时的注意事项

（1）选择的施工机械需要与基层施工条件相协调，兼顾施工要求、场地、运输距离等多方面要求，以提高施工效率。各机械设备需维持稳定运行状态，彼此之间紧密配合。

（2）尽可能减少设备的购置成本，以节能型设备为宜，除了满足技术可行性要求，还要对比经济效益、环保效益等多个方面的表现，选择综合应用效果较好的机械[6]。

（3）优化施工机械的组合方式，尽可能减少机械组合数量，原因在于机械组合数量的增多将导致施工效率明显下降。各类施工机械的机型应尽可能做到统一，目的在于提高后续的养护与管理效率，以免在此方面投入过多的人力与物力。

5 结语

水泥稳定碎石基层是道路工程中的基础结构，施工所用机械包含拌和设备、装载机、摊铺机、运输车和碾压机等，合理的施工机械配置方法有助于保证施工质量、提高效率。在机械的配置工作中应注重协同性原则，各机械设备需形成紧密配合的关系，兼顾质量、效率、环保等多方面要求，提高各类机械的总效能，顺利完成水泥稳定碎石基层的施工作业。