曹瑞琪，李慧，劉 佳

(1.中國水利水電第五工程局有限公司科研所，四川雙流 610225;2.中國水利水電第五工程局有限公司海外部 四川成都 610066)

1 工程概述

摩洛哥塔-烏高速公路全長34.88 km，起點(diǎn)樁號(hào)為PK31，終點(diǎn)樁號(hào)為PK65.88。該標(biāo)段地勢(shì)起伏較小，相對(duì)平坦，排水構(gòu)造物較多，路基主要以填方為主，全線路基填方350萬m3，挖方約18.2萬m3;路面結(jié)構(gòu)瀝青混凝土BB層為4.1萬m3，瀝青砂礫料GB為4.8萬m3，未處理砂礫料GNT層23萬 m3，CDF底基層為35萬 m3;排水構(gòu)造物:涵洞79道，通道13處，兩座大橋，一座立交橋，共計(jì)鋼筋制安4 380 t，混凝土約59 000 m3。

根據(jù)摩洛哥高速公路技術(shù)條款，非處理碎石基層(GNT)粒徑為0～20 mm，該料為經(jīng)過篩分系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)級(jí)配混合料，顆粒級(jí)配需滿足摩洛哥高速公路技術(shù)條款的要求。滿足規(guī)范要求后開始做規(guī)則度試驗(yàn):連續(xù)取15組樣，確定規(guī)則度曲線。規(guī)則度由兩條顆粒曲線確定:Xf±1.25 sf(Xf為檢測(cè)的平均值;Sf為估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差)。此后生產(chǎn)的GNT料必須滿足規(guī)則度曲線的要求。其它試驗(yàn)參數(shù)應(yīng)滿足表1要求。

2 生產(chǎn)工藝流程

表1 非處理碎石基層材料試驗(yàn)參數(shù)表

本套系統(tǒng)主要由給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、單層振動(dòng)篩、圓錐破(2個(gè)圓錐破，第一為粗碎，第二為細(xì)碎)、三層成品料振動(dòng)篩構(gòu)成。主要流程為:原料通過給料機(jī)后進(jìn)入顎式破碎機(jī)(顎式破碎機(jī)破碎間隙為80 mm，主要是將大粒徑原料破碎，減小后面的破碎壓力)，顎式破碎機(jī)初碎后，破碎料通過篩網(wǎng)尺寸為20 mm的單層篩進(jìn)行篩選，篩余料為棄料，篩網(wǎng)之上的料進(jìn)入圓錐破1(粗碎，破碎間隙為16 mm)，經(jīng)圓錐破1破碎后的料進(jìn)入成品料振動(dòng)篩(振動(dòng)篩尺寸為25 mm)，篩余料即為成品GNT料，篩網(wǎng)之上的料則進(jìn)入圓錐破2(細(xì)碎，圓錐破2的破碎間隙為10 mm)進(jìn)行二次破碎，破碎后返回成品料振動(dòng)篩進(jìn)行二次篩分，如此往復(fù)循環(huán)進(jìn)行生產(chǎn)(圖1)。

圖1 篩子分系統(tǒng)示意圖(修改前)

3 生產(chǎn)狀況

篩分生產(chǎn)原料來自于當(dāng)?shù)氐暮拥?，主要為河道沖擊砂礫石，最大粒徑為100 mm。對(duì)生產(chǎn)原料進(jìn)行檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)其含砂量較大，整體粒徑偏小，粒徑大于40 mm以上的顆粒所占比例較小。而本篩分系統(tǒng)經(jīng)顎破后將粒徑20 mm以下的原料篦除，棄料量達(dá)到60%，成品料產(chǎn)量不能滿足施工要求，且在棄料運(yùn)輸?shù)皆鼒?chǎng)的過程中，項(xiàng)目生產(chǎn)GNT料的成本大大增加。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，成品GNT料中含細(xì)粒含量較低，而棄料中含砂量達(dá)10%。

系統(tǒng)調(diào)整前的檢測(cè)結(jié)果見表2。

經(jīng)過對(duì)比分析，決定對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，希望通過系統(tǒng)調(diào)整，能夠在增加GNT成品料產(chǎn)量的同時(shí)提高CNT料中細(xì)粒的含量。減少棄料的產(chǎn)量。

表2 GNT材料試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)表(篩分系統(tǒng)調(diào)整前)

4 系統(tǒng)的改造

系統(tǒng)改造的目的是提高GNT成品料的產(chǎn)量，減低成本，縮短生產(chǎn)時(shí)間，確保工期。

方案:(1)調(diào)整單層振動(dòng)篩，將振動(dòng)篩換成篩網(wǎng)為φ15的單層篩，如此可減少棄料產(chǎn)量，提高成品GNT料的產(chǎn)量;(2)從對(duì)棄料的再利用方面著手，根據(jù)對(duì)棄料的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，同時(shí)考慮到改造篩分系統(tǒng)的成本，力求用最簡單的改造取得最大的效益。經(jīng)研究，決定在篩分系統(tǒng)的單層振動(dòng)篩處(φ20)，增加一套φ5的單層振動(dòng)篩，原料經(jīng)過顎式破碎機(jī)進(jìn)入單層振動(dòng)篩(φ20)后產(chǎn)生棄料，棄料再通過φ5的單層振動(dòng)篩，篩下料即為砂，篩網(wǎng)之上為棄料。再將生產(chǎn)的砂子與成品GNT料按一定的比例混合，增加GNT成品料的產(chǎn)量，為后續(xù)的攤鋪碾壓施工減少壓力(圖2)。

5 結(jié)果分析

篩分系統(tǒng)調(diào)整后，重新對(duì)GNT成品料進(jìn)行檢測(cè)，其試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖2 篩分系統(tǒng)示意圖(修改后)

通過對(duì)以上檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，且經(jīng)檢測(cè)滿足要求，但摻砂后的GNT級(jí)配曲線、針片狀含量、砂當(dāng)量、棱角度是否滿足要求則需分析計(jì)算及試驗(yàn)鑒定。通過計(jì)算，對(duì)各個(gè)指標(biāo)具體分析如下:

(1)摻加砂子的比例。摻加砂子后的GNT料需在規(guī)則度曲線的范圍內(nèi)，圖3、4分別為調(diào)整篩分系統(tǒng)前GNT料級(jí)配曲線及調(diào)整篩分系統(tǒng)后GNT料級(jí)配曲線(圖中黑線為規(guī)則度試驗(yàn)中確定的GNT料粒徑范圍)，由圖中可以看出，成品料在級(jí)配上有一定的空間可以摻加砂子，空間為10%～30%。

表3 GNT材料試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)表(篩分系統(tǒng)調(diào)整后)

(2)經(jīng)檢測(cè)，所生產(chǎn)砂子的針片狀含量所占比例較小，而GNT成品料的針片狀含量為26%～27%，規(guī)范要求小于35%，即摻砂對(duì)針片狀含量影響可忽略不計(jì)。

(3)為了控制砂子的含泥量，系統(tǒng)增加了洗砂設(shè)備，從而保證了砂子的干凈度。

圖3 調(diào)整篩分系統(tǒng)前GNT料級(jí)配曲線圖

圖4 調(diào)整篩分系統(tǒng)后GNT料級(jí)配曲線圖

(4)規(guī)范要求破碎率(Cc)大于50%，即成品料中50%以上的顆粒是經(jīng)過破碎的?，F(xiàn)生產(chǎn)的GNT成品料破碎率已達(dá)到80%以上，所以，摻砂比例為50%以下即可滿足該項(xiàng)指標(biāo)。

(5)要求Ctr(非破碎率)小于10%。非破碎率是指成品料中粒徑4 mm以上的料中未破碎料所占的比例。經(jīng)計(jì)算及試驗(yàn)，得出20%為最優(yōu)摻砂量，既滿足了規(guī)范要求，也提高了GNT的產(chǎn)量。

系統(tǒng)調(diào)整并摻砂后的檢測(cè)結(jié)果見表4。

將成品GNT料摻加20%系統(tǒng)生產(chǎn)砂后的級(jí)配曲線見圖5。

6 經(jīng)濟(jì)分析

通過改造系統(tǒng)，從三方面為項(xiàng)目部降低了成本，增加了效益。

(1)未改造篩分系統(tǒng)前，所生產(chǎn)的GNT成品料占原料百分比的40%，棄料約占60%。改造篩分系統(tǒng)后生產(chǎn)的GNT成品料占原料的百分比為50%，砂子約占10%～15%，棄料約占35%～40%;將生產(chǎn)的砂子摻入成品料后，GNT成品料達(dá)60%～65%，比原來增加20%～25%，從而大大提高了GNT成品料的產(chǎn)量;全線所需GNT成品料約210 000 m3。按照未改造前的系統(tǒng)，從理論上計(jì)算，所需毛料約為525 000 m3，所得棄料約為315 000 m3;改造系統(tǒng)并摻砂后，從理論上計(jì)算，所需毛料約為350 000～323 000 m3，所得棄料約為140 000～1130 00 m3。

表4 GNT材料試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)表(篩分系統(tǒng)調(diào)整并摻砂后)

圖5 調(diào)整篩分系統(tǒng)并摻砂后的GNT料級(jí)配曲線圖

(2)在增加成品料的同時(shí)，也減少了棄料，同時(shí)也降低了毛料的運(yùn)輸量，相對(duì)系統(tǒng)改造前后，毛料減少約為175 000～202 000 m3，棄料減少約為175 000～202 000 m3。當(dāng)?shù)剡\(yùn)料車一般為20 m3/車，總共約減少了17 500～20 200車次的運(yùn)輸，從而大大降低了運(yùn)輸材料的運(yùn)輸成本。

(3)由于單位時(shí)間內(nèi)成品料生產(chǎn)量的增加，意味著生產(chǎn)所需成品料的時(shí)間減少，項(xiàng)目部篩分系統(tǒng)每天約可生產(chǎn)2 000 m3毛料，未改造系統(tǒng)前日產(chǎn)量約為800 m3，改造系統(tǒng)后日產(chǎn)量約為1 200～1 300 m3，生產(chǎn)210 000 m3成品料原系統(tǒng)需263 d，改造后的系統(tǒng)需175～162 d，同時(shí)減少了機(jī)械的損耗量，降低了人工和機(jī)械等成本。

7 結(jié)語

通過對(duì)篩分系統(tǒng)進(jìn)行改造，所生產(chǎn)的成品GNT料經(jīng)過質(zhì)量控制部門檢測(cè)，滿足工程壓實(shí)度需求。同時(shí)，也為項(xiàng)目部降本增效產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益;滿足業(yè)主工期要求，為項(xiàng)目順利開展路面工作提供了良好的平臺(tái)。