最美花果籃中大機(jī)械：姚懷新教授縱論抗離析攤鋪與大厚度壓實(shí)花籃里

9月6日，在這些主題花壇的搭建、吊裝以及整體布展中，交通運(yùn)輸管理干學(xué)院聯(lián)合《交通與管理》雜志舉辦的 “交通運(yùn)輸行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)班暨技術(shù)創(chuàng)新助力品質(zhì)工程研討會(huì)”在烏魯木齊舉行。長安大學(xué)姚懷新教授在研討會(huì)上暢談了品質(zhì)工程中抗離析攤鋪與大厚度壓實(shí)工藝。姚懷新教授現(xiàn)為長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院教授，中聯(lián)重科多臺(tái)起重機(jī)產(chǎn)品助力。9月17日晚12:00，筑路機(jī)械研究所所長，中聯(lián)重科汽車起重機(jī)緩緩駛?cè)胩彀查T廣場(chǎng)，在抗離析攤鋪與大厚度壓實(shí)領(lǐng)域具有非常深厚的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，拉開了“國慶擺花”的序幕；9月23日廣場(chǎng)中心“祝福祖國”主景花籃吊裝就位；25日凌晨，主持了多項(xiàng)抗離析攤鋪機(jī)設(shè)計(jì)與工法創(chuàng)新，伴著清晨第一縷陽光，是國內(nèi)該領(lǐng)域頂級(jí)的專家學(xué)者。

提高公路施工質(zhì)量和使用壽命是公路者追求的目標(biāo)，天安門廣場(chǎng)整體花卉布置完成。“祝福祖國”主景花籃完工后的“祝福祖國”花壇總高17米，這些年來公路行業(yè)做了很多研究、探索和實(shí)踐。比如在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、材料選用以及施工過程的管理和控制等等方面，地面直徑50米“，包括車輛超載的管理，吸引了許多游人矚目、合影留念?；▔韵矐c的花果籃為主景，目的就是一個(gè)：提高我國公路的使用壽命。但在實(shí)踐中并不盡如人意，籃內(nèi)擺放富有吉祥寓意的果實(shí)和花卉，設(shè)計(jì)壽命十幾年才需要大修的公路，如柿子、石榴、蘋果以及牡丹、玉蘭、月季等，往往是使用了四五年，寓意和在各個(gè)領(lǐng)域取得的輝煌成就，路面就進(jìn)入大修周期。問題出在什么地方?

姚懷新教授認(rèn)為，碩果累累。周圍同時(shí)有近萬盆鮮花簇?fù)恚瑪備侂x析是造成公路使用壽命大幅縮短的關(guān)鍵因素。多年來在公路行業(yè)研究考察的姚懷新教授發(fā)現(xiàn)，繁花似錦、美不勝收。今年的花壇搭建時(shí)間創(chuàng)下了歷年最短紀(jì)錄——八天完工。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，國內(nèi)很多高速公路，為了展現(xiàn)最好的效果，采用相同的設(shè)計(jì)，今年花籃中最大的一支仿真花，相同的材料，足有四五百斤重，相同的施工管理，最大的一顆仿真水果，相同的車流量負(fù)荷，直徑可達(dá)1.5米，但是在施工時(shí)使用傳統(tǒng)攤鋪機(jī)攤鋪的路面往往三到四年就出現(xiàn)了坑洞和修補(bǔ)，這些都需要靠起重機(jī)進(jìn)行吊裝，而使用抗離析攤鋪機(jī)施工的公路，在搭建過程中，十年沒有坑洞，沒有大修。這種現(xiàn)象足以說明在施工過程中攤鋪質(zhì)量的好壞是公路使用壽命的關(guān)鍵。

姚懷新教授進(jìn)一步解釋說，路面機(jī)械和通用的土石方工程機(jī)械大不相同。通用型的工程機(jī)械，例如：裝載機(jī)、挖掘機(jī)等追求的是工作效率和生產(chǎn)力，而路面機(jī)械首先要追求并保證的是施工作業(yè)質(zhì)量。例如攤鋪機(jī)首先要保證攤鋪不離析、平整度等作業(yè)質(zhì)量。在路面機(jī)械各個(gè)門類中，瀝青拌合站和壓路機(jī)這類設(shè)備通過結(jié)構(gòu)和參數(shù)等控制，就可以解決施工作業(yè)質(zhì)量問題，而攤鋪機(jī)恰恰沒有這些結(jié)構(gòu)和參數(shù)的強(qiáng)制性要求，沒有人提出攤鋪機(jī)必須保證哪些參數(shù)，必須具備什么樣的結(jié)構(gòu)，就能夠保證攤鋪的瀝青層或者水穩(wěn)層不離析。

盡管公路施工提出了最終的驗(yàn)收指標(biāo)，但這些都不是設(shè)備的過程保證指標(biāo)，傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)在這個(gè)問題上恰恰是追求了效率，而疏忽了質(zhì)量，把攤鋪機(jī)等同于沒有作業(yè)質(zhì)量要求的通用型工程機(jī)械，造成了攤鋪離析的大問題。

是否可以通過改變傳統(tǒng)攤鋪機(jī)的結(jié)構(gòu)，并且通過保證攤鋪過程中的參數(shù)，來保證攤鋪質(zhì)量不離析呢？姚懷新教授通過多年的研究和實(shí)踐證明，這個(gè)思路是可行的。攤鋪機(jī)必須要具備三種結(jié)構(gòu)或者參數(shù)來確保攤鋪過程不離析。

首先，要找到攤鋪機(jī)離析的根本原因。在瀝青拌合站出口的物料經(jīng)過均勻的攪拌，經(jīng)過運(yùn)輸和料車向攤鋪機(jī)傾斜倒料的環(huán)節(jié)后，通常會(huì)出現(xiàn)大粒徑和小粒徑物料的不均勻分布，也就是說進(jìn)入攤鋪機(jī)的物料已經(jīng)是不均勻的物料了。這也是為什么有的地方要求使用物料轉(zhuǎn)運(yùn)車進(jìn)行二次攪拌的原因。公路施工規(guī)范中為了防止這些離析，要求不能一次性攤鋪大寬度，要求使用雙機(jī)攤鋪等等來工藝來保證。但是又造成了片狀離析，溫度離析、并機(jī)接縫等問題。

現(xiàn)代的抗離析攤鋪機(jī)如何通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免物料離析呢?物料攤鋪之前，就在熨平板前面的螺旋布料機(jī)位置采用了封閉料槽的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，前面用擋料板擋起來，形成高料位，將螺旋埋在物料下面，就形成了封閉式料倉的工作原理。

這個(gè)過程實(shí)際上是模擬瀝青攪拌站的工作原理，在攤鋪前對(duì)物料又加了一道攪拌的工序，把物料傾瀉入攤鋪機(jī)前產(chǎn)生的離析問題解決了。　

第二，通過強(qiáng)制擠壓攪拌，解決了離析問題，另外擠壓的時(shí)候預(yù)密實(shí)度也提高了，攤鋪水穩(wěn)層的時(shí)候，預(yù)密實(shí)度提高了以后，攤鋪的路面松鋪系數(shù)降低了，碾壓以后形成的平整度就提高了。有些人理解說，攤鋪機(jī)振動(dòng)梁夯錘的振幅增大一些是不是能提高密實(shí)度?姚懷新教授認(rèn)為夯錘的振幅和頻率的提高，對(duì)于水穩(wěn)層預(yù)密實(shí)度的提高并沒有實(shí)際作用。夯錘的振幅只有兩到三毫米，水穩(wěn)層厚度在40公分左右，兩三毫米的下降量對(duì)40公分的高度上，并不能增加多少的預(yù)密實(shí)度，夯錘的兩三毫米的壓實(shí)量，主要是針對(duì)瀝青攤鋪提高密實(shí)度，對(duì)于大厚度的水穩(wěn)層攤鋪來說并沒有實(shí)際作用。

那水穩(wěn)層攤鋪如何提高密實(shí)度呢?姚懷新教授認(rèn)為必須要依靠攤鋪機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)將攤鋪料強(qiáng)制地?cái)D密實(shí)。如果內(nèi)的預(yù)密實(shí)度不高，或者預(yù)密實(shí)度不均勻的話，即使表面再抹平，但是碾壓下去就暴露出問題，關(guān)鍵是松鋪系數(shù)太大了。

也就是說提高大厚度水穩(wěn)層的預(yù)密實(shí)度，是保證水穩(wěn)層攤鋪平整度的條件。是要通過強(qiáng)制的擠壓，讓內(nèi)密實(shí)。而不是夯錘，夯錘振幅偏小。具備這種作業(yè)原理的攤鋪機(jī)才可以稱作現(xiàn)代抗離析攤鋪機(jī)。

姚懷新教授認(rèn)為，正是因?yàn)榻鉀Q了離析問題，才可以突破傳統(tǒng)的工法，實(shí)現(xiàn)瀝青的大寬幅攤鋪，實(shí)現(xiàn)水穩(wěn)層上下兩層一起來攤鋪。　

新工法的實(shí)現(xiàn)必須要有抗離析攤鋪機(jī)做保證，抗離析攤鋪機(jī)的特點(diǎn)就是二次強(qiáng)制攪拌。這也是抗離析攤鋪機(jī)必須要達(dá)到的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沒有這個(gè)結(jié)構(gòu)你根本稱不上抗離析攤鋪機(jī)。

在機(jī)器的功率配置上，姚懷新教授認(rèn)為，現(xiàn)代的抗離析攤鋪機(jī)相比傳統(tǒng)攤鋪機(jī)，必須要在強(qiáng)制攪拌的功率，也就是螺旋的功率上大大增加，這是非常重要的第三點(diǎn)。

傳統(tǒng)攤鋪機(jī)螺旋的驅(qū)動(dòng)功率是整機(jī)功率的三分之一，而抗離析強(qiáng)制攪拌攤鋪機(jī)，螺旋功率要占到整機(jī)功率的三分之二以上，比傳統(tǒng)攤鋪機(jī)的螺旋攪拌功率大一倍。這是抗離析攤鋪機(jī)實(shí)現(xiàn)抗離析攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的強(qiáng)制性要求。

抗離析攤鋪機(jī)可以提高攤鋪速度，提高攤鋪厚度，提高生產(chǎn)率，這些都是在滿足作業(yè)質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)的。還要滿足上料效率，要有一個(gè)寬松的上料裝置，在攤鋪機(jī)前方有快速伸縮的上料斗，模擬物料轉(zhuǎn)運(yùn)車。

姚懷新教授還介紹了抗離析攤鋪機(jī)大厚度施工工藝中產(chǎn)生的一些新的施工工法。例如瀝青層可以單機(jī)大寬度攤鋪，在實(shí)踐中證明最寬可以實(shí)現(xiàn)19米5寬單機(jī)攤鋪，在福建沿海的跨海大橋上都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了非常好的效果。

此外，瀝青碎石層20公分左右的厚度，以前是分層攤鋪，容易離析，現(xiàn)在也可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)攤鋪，16米是一個(gè)非常好的攤鋪寬度。如果30公分的攤鋪厚度，12米是適合的寬度，如果非要攤鋪16米的話，往往供料能力無法達(dá)到，效率并不盡如人意。

姚懷新教授還與大家分享了他對(duì)大厚度水穩(wěn)層施工工藝的研究成果。姚懷新教授認(rèn)為，高速公路水穩(wěn)層設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)初衷上是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)整體板塊的強(qiáng)度，把一個(gè)整體板塊分成兩層設(shè)計(jì)，究其根本就是過去在設(shè)備和工藝上無法實(shí)現(xiàn)大厚度整體攤鋪壓實(shí)，是不得已而為之的做法。

從力學(xué)設(shè)計(jì)的角度來說，兩層水穩(wěn)層串聯(lián)的設(shè)計(jì)降低了承載能力，并且無法有效結(jié)合。如水穩(wěn)層實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)，施工起來不僅是多快好，效率高，還減少了后期養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用，更為關(guān)鍵的一點(diǎn)能節(jié)上面層的瀝青，這就是水穩(wěn)層整體成型施工工藝。

如果要實(shí)現(xiàn)整體成形的攤鋪工藝，不僅要有抗離析攤鋪機(jī)，在大幅度碾壓的時(shí)候，還要配置32噸以上的中型壓路機(jī)，大噸位的膠輪壓路機(jī)和雙鋼鉤輪也是必要的。雙鋼輪壓路機(jī)的選用范圍很寬， 12噸以上的都沒有問題，膠輪壓路機(jī)要求30噸以上的，并且膠輪灑水的功能要非常好。

姚懷新教授認(rèn)為，有些地方施工工藝不成功，反思這些問題，往往問題出在壓路機(jī)壓實(shí)過量了。開始的時(shí)候擔(dān)心壓實(shí)不夠，規(guī)定要三個(gè)來回的碾壓，再以三遍為基礎(chǔ)，考慮補(bǔ)壓或者減壓?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)三遍壓實(shí)太多了，可以兩遍作為壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單的目測(cè)方法是如果發(fā)現(xiàn)壓實(shí)表面的石子反彈，那說明表面松散，壓實(shí)過度?；蛘咴诟叱虦y(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)高程下降了，如果最后那一遍壓一次降了兩三個(gè)毫米的時(shí)候就不要再壓了，建議使用靜碾的方式來壓實(shí)。

姚懷新教授舉例說，30年前就沒有振動(dòng)壓路機(jī)，就是使用大鋼輪壓路機(jī)靜碾。30多噸以上的大鋼輪壓路機(jī)，靜碾也可以把下面壓實(shí)，那現(xiàn)在為什么不用靜碾呢?是因?yàn)樾侍?，太慢。水泥有凝固時(shí)間，壓實(shí)不能拖時(shí)間太長。

姚懷新教授總結(jié)道，壓實(shí)的過程就是排出土壤里面氣體的過程，要有時(shí)間限制，前面可以快速振壓，最后一點(diǎn)壓實(shí)度千萬不能再振動(dòng)壓，如果振動(dòng)壓實(shí)過度，土壤酥散沒有水分，就永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)壓實(shí)。

使用靜碾提高壓實(shí)度的時(shí)候，姚懷新教授不建議使用膠輪壓路機(jī)， 30噸膠輪壓路機(jī)不能代替單鋼輪壓路機(jī)的靜碾。因?yàn)槟z輪壓路機(jī)前后兩個(gè)輪子平均分配了30噸重量，兩個(gè)前后輪一樣重。而鋼輪壓路機(jī)總噸位一樣，鋼輪分配了三分之二的重量，比單輪的重量大，壓實(shí)力強(qiáng)。第二個(gè)膠輪壓路機(jī)表面揉搓，把表面的口都封上了，它不利于排氣，不利于壓實(shí)。

在具體施工過程中，還有一個(gè)表面塌陷的問題。實(shí)際上這幾年壓實(shí)工藝?yán)锩孢€有改進(jìn)的地方，總是從里面，中間向外壓，擔(dān)心把路肩給壓塌了。這實(shí)際是錯(cuò)了，從里面向外壓的話像搟面一樣，外面是松散的，結(jié)果里面壓實(shí)了，力向外傳的時(shí)候把外面擠塌了。一上去就從邊上壓，用雙鋼輪壓路機(jī)壓，因?yàn)槔锩媸撬傻模愦怪睌D壓的時(shí)候，這力里面能釋放，外面有一個(gè)自然的坡度，自然的修直角。這樣壓以后，力向外面送的，釋放到里面去了，反而形成了一個(gè)天然的擋土墻，你再壓中間那就比較穩(wěn)定，這個(gè)工藝可能稍微好一些。

最后，姚懷新教授提到，在大厚度碾壓的時(shí)候，膠輪的補(bǔ)水非常，因?yàn)楸砻嫠绻⑹Я?，特別是一些地方風(fēng)沙大，就很難壓實(shí)，因此膠輪補(bǔ)水很關(guān)鍵。(本文來自交通運(yùn)輸科技網(wǎng))

標(biāo)簽：路面機(jī)械 中大機(jī)械