探讨公路项目沥青路面施工机械的选型与配置

赖俊豪

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

沥青混凝土路面施工全面采用机械化进行协同作业。在选择机械设备时，应结合工程规模及质量、进度的具体要求，科学配置施工机械，在确保施工质量、安全及工期满足要求的同时，实现成本的最优化[1]。

1 工程概况

某公路工程，设计总长43 km，根据其地理及环境条件，并结合沥青混合料的温度敏感性及耐久性等特性，设计道路面层结构为沥青混凝土路面，宽度为7 m，上面层为AC-16结构，层厚4 cm；中面层为AC-20结构，层厚5 cm；下面层为AC-25结构，层厚7 cm。

2 施工机械及其种类

沥青混凝土路面施工采用机械化作业，施工机械配备的科学性和合理性直接决定施工的质量和进度。沥青混凝土路面施工采用的机械设备种类多，数量大，主要设备名称及用途如表1所示。

表1 沥青混合料路面主要施工机械设备及用途

3 选择施工机械的原则

（1）机械设备与工程实际相适应：1）机械设备适应现场环境条件；2）机械设备规格、型号满足施工要求。

（2）满足经济性原则：施工机械配置时，应充分考虑机械购买成本和使用成本，同时权衡项目总体成本与机械成本之间的关系。

（3）兼顾质量和安全性原则：1）机械设备使用性能良好；2）机械设备具备足够的安全性能。

（4）机械的有效融合：结合项目实际合理选择和配置机械设备，在确保质量、安全和工期满足要求的前提下，尽可能地降低成本[2]。

4 沥青混凝土路面施工的关键设备

沥青混凝土路面施工涉及多种机械协同作业，其中主要包括拌和设备、运输车辆、摊铺机、压路机等，任何一种设备配置的科学性与否均会对路面施工质量造成影响。

4.1 沥青混合料拌和站的选型

沥青混合料拌制是公路工程建设最基础的工作，是保证摊铺施工连续、稳定进行的关键环节，性能优良的沥青混合料拌和设备能有效保证施工有序进行。选择拌和设备时，必须严格控制以下几个方面：

（1）拌和能力满足施工需要，保证摊铺施工的连续性。

（2）温控性能满足施工要求。

（3）距离施工区域较近，缩短运距，降低成本。

（4）满足节能、环保要求，并最大限度满足经济性原则。

4.2 沥青混合料摊铺机选型

摊铺机选择时应注意以下三个方面：

（1）确定采用轮胎式摊铺机还是履带式摊铺机：1）履带式摊铺机动力大，稳定性高，施工面积大，平整度高，但调头和转弯不便，移动速度缓慢；2）轮胎式摊铺机调头和转弯方便快捷，无需外力作用。

（2）确定熨平板形式：1）机械组装式熨平板能有效确保平整度，但其宽度无法自由调整；2）液压伸缩式熨平板可根据实际需要自由调整宽度[3]。

（3）确定摊铺机的数量：1）现场摊铺作业时，若采用单机摊铺方式，二车道摊铺机宽度应小于6 m，三车道应小于7.5 m；2）当路面宽度较大时，应采用多机联合摊铺。

4.3 压实机械选型

沥青混凝土路面常用的压实机具主要有以下几种：（1）双钢轮振动压路机：在选择双钢轮振动压路机时应充分考虑其吨位满足施工要求。

（2）钢轮静压压路机：该类型压路机主要应用于压实度要求相对较低的低等级公路。

（3）轮胎压路机：该类型压路机能有效增强沥青混合料的密水性能，提升路面平整度和密实度。

（4）小型压实机械：通常采用此类机械作用于道路边角及井口周边大型机械碾压不到的区域。

（5）压路机组合：结合项目实际状况，针对规模较大的路面，应采用多台压路机联合作业的模式进行碾压。

5 施工设备的配套

5.1 拌和设备生产率的确定

影响沥青混合料拌和设备生产率的因素较多，主要包括单缸拌和量、投料、拌和及卸料时间和拌和设备效率等。其生产率计算公式如下：

式中，QB——拌和站生产率（t/h）；CB——单缸拌和量（t）；t1——投料用时（min）；t2——拌和用时（min）；t3——卸料用时（min）；KB——效率系数。

该路段采用上海田中机械有限公司制造的LB4000型间歇式沥青拌和站，单缸拌和量4 t，效率系数为0.9。此拌和站可实现自动化控制，且级配、称量较为准确，拌和性能优良。由公式（1）能够得出沥青拌和站生产率QB=216 t/h，参考机械性能参数，决定采用两台LB4000型拌和设备。

5.2 沥青混合料运输车生产率和数量

沥青混合料运输车必须具备强大的供应能力，将拌和料及时运至施工现场，保证摊铺机能够连续作业。运输车需求量计算公式如下：

式中，NC——运输车台数（台）；QB——拌和站生产能力（t/h）；t1——运输车往返用时（min）；t2——装料用时（min）；t3——卸料用时（min）；ZC——每台运输车载重量（t/台）；N2——为保证摊铺连续性，应确保至少5台运输车等待卸车。若施工路面较宽，应采用多机联合摊铺作业，此时N2应为各摊铺机前等待运输车辆之和；KC——时间利用率，该值为运输车受交通影响状况下的数值。

因拌和站位于该道路工程中间位置，有效缩短了运距，节约运输时间，大大提升了时间利用率，其值为0.8，混合料运输车往返每趟用时约为50 min，装料、卸料分别用时5 min和20 min，通过公式（2）能够算出运输车用量NC=17.2，因此该路段至少需要18台载重量为25 t的自卸式运输车参与施工。

5.3 摊铺施工生产率的计算

（1）单台摊铺机生产率计算公式如下：

式中，QP——生产率（t/h）；T——摊铺层压实后平均厚度（cm）；WP——摊铺宽度（m）；VP——摊铺速度（m/min）；D——沥青混合料密度（t/m3）；KP——效率系数。各种施工机械的生产率一定时，通过控制摊铺速度确保生产率总体平衡。效率系数通过各机械的相互配合获得，通常控制在0.7～0.95区间范围内。

（2）分幅摊铺或多机联合摊铺：路面较宽时，一台摊铺机无法满足施工需要，应采取分幅摊铺的方式进行摊铺。但实际施工时为避免接缝，通常采用多机联合摊铺的方式实施摊铺作业，施工方式如图1所示。

图1 两台摊铺机并排梯队作业

（3）实际施工时，为有效保证摊铺作业和拌和生产的平衡，通常通过控制摊铺速度和增减摊铺机数量来实现生产率均衡。摊铺机实际摊铺速度计算公式如下：

式中，QB——拌和站生产能力（t/h）；摊铺厚度指压路机碾压密实后的厚度，上面层厚4 cm，中面层厚5 cm，下面层厚7 cm；沥青混合料密度取2.365 t/m3。

为最大限度确保路面摊铺质量，该道路工程全长43 km，路面宽度为7 m，采用2台摊铺机联合摊铺，摊铺速度控制在2 m/min，每天工作10 h，效率系数为0.9。通过公式（4）得出1台摊铺机实际生产率QP=125.2 t/h，2台摊铺机生产率则为250.4 t/h。参考机械性能参数，决定采用2台福格勒SUPER2100-2IP摊铺机进行摊铺。

5.4 压路机生产率和台数的计算

（1）单台压路机的生产率：

式 中，QY——压路机生产率（t/h）；WY——碾压轮宽度（m），压路机实际碾压宽度为该压路机压轮宽度；LY——碾压轮重叠量（m），规范规定该值大小为10～20 cm，实际施工时尽可能取最小值，此处取值为10 cm；VY——碾压速度（km/h）；T——摊铺层压实后的平均厚度（cm）；BY——碾压遍数；D——沥青混合料密度（t/m3）；KY——效率系数，取值0.7；W——道路宽度（m）。

（2）确定压路机数量：确定单台压路机生产率后，结合实际摊铺生产率计算出实际需要的压路机数量。计算公式如下：

式中，NY——压路机台数；QY——单台压路机生产率；QP——摊铺机总生产率。通过公式（5）确定的压路机生产率及台数，该道路工程施工区域为第六标段，总施工长度43 km，宽度7 m，以下面层（压实后平均厚度7 cm）为研究对象，计算得出实际压实效率及需要的压路机台数。先以2 km/h的速度初压2遍，再以4 km/h的速度复压6遍，最后以2.5 km/h的速度碾压4遍。结合工程实际情况，决定从现场选取3台三一重工STR130-5双钢轮振动压路机和2台SPR260C轮胎压路机进行碾压施工。

6 施工机械配置计划程序

（1）根据质量标准配备施工机具：在制定施工机具配置计划时，应全面结合道路工程宽度及规模，合理确定摊铺机数量，通过计算先后求得摊铺机和拌和站生产率，并据此算出拌和机械数量，然后通过计算确定所需运输车和压路机的数量。

（2）机械配置需遵循经济性原则：针对规模较小、质量要求较低的道路，通常选择在车道分界位置进行分幅摊铺，以有效降低施工成本。

（3）机械配置方案应具有可行性：沥青混合料拌和机械比较笨重、能动性较低，在配备施工机具时，应结合拌和机械相关性能确定生产率，并参考拌和站生产率确定摊铺机数量，最终通过计算得到沥青混合料运输车及压路机的数量。

（4）机械配置应满足协调性和生产平衡性原则：工程实践中，若拌和站拌和能力与现场摊铺能力产生供需不平衡时，应结合实际情况合理调整摊铺机的摊铺速度和数量，以实现二者生产率的均衡发展。

7 该项目路面施工机械最终选型

该道路工程设计总长43 km。路面工程施工项目包括：道路主线下面层为7 cm厚粗粒式沥青混凝土（AC-25）结构，路面宽7 m，摊铺速度2 m/min，下面层沥青混合料密度为2.365 t/m3，日平均作业时长10 h。

（1）根据上述确定道路工程施工机具生产率的方法，结合工程质量的标准要求，合理制定施工机械配置计划，操作步骤如下：1）按照道路工程实际道路宽度确定需要配备的摊铺机数量；2）结合摊铺机实际生产率，得出拌和站具备的生产能力，据此得到拌和设备数量；3）结合公式求得运输车和压路机的数量。

（2）根据公式计算，并结合试验路段施工效果，最终确定出面层施工所需的主要施工机具如表2所示。

表2 沥青路面施工主要机械设备

8 结论

该文结合某公路工程施工情况，全面探讨了公路工程施工中施工机具的配置原则及计划确定方法，并根据工程实际，在确保生产率均衡、施工质量满足要求的前提下，完成施工机具的合理化配置，通过计算确定实际需要的各种施工机械的数量，并结合施工机具性能参数确定合适的型号。