王海軍

0 引言

目前，在國(guó)內(nèi)水泥混凝土路面施工中，除部分高等級(jí)公路采用大型滑模式攤鋪機(jī)施工外，一般公路、市政道路、機(jī)場(chǎng)跑道及各類廣場(chǎng)工程等因受建設(shè)規(guī)模、施工場(chǎng)地以及經(jīng)濟(jì)性等各類因素的制約，大都使用三輥軸混凝土攤鋪機(jī)，配以人工手持振搗棒或小型振搗施工機(jī)具進(jìn)行混凝土路面的攤鋪、振搗、振實(shí)、整平與提漿作業(yè)［1-5］。與大型滑模式攤鋪機(jī)施工相比，這種施工機(jī)械具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉、節(jié)省人力物力等優(yōu)點(diǎn)，施工工藝也相對(duì)簡(jiǎn)單易學(xué)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，因此深受施工單位的歡迎，在越來(lái)越多的水泥混凝土路面施工中得到廣泛應(yīng)用［6-9］。

目前，這種單純采用三輥軸攤鋪機(jī)的施工工藝在實(shí)際使用中有許多不足之處，施工效率低，尤其混凝土振搗環(huán)節(jié)是整個(gè)三輥軸施工工藝的短板。因此，如何有效提高三輥軸和排式振搗機(jī)的施工質(zhì)量，降低施工成本，提升混凝土的振搗質(zhì)量和平整度，如何用一種機(jī)械高效率地完成攤鋪、振搗、振實(shí)、整平與提漿工作，一直是三輥軸配套機(jī)械化施工作業(yè)深入研究和探討的課題。

筆者所在團(tuán)隊(duì)研制出排式振搗三輥軸水泥混凝土攤鋪整平一體機(jī)(以下簡(jiǎn)稱排式三輥軸一體機(jī))。它與常用攤鋪機(jī)有著較大的不同:在通用的三輥軸攤鋪機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大量改裝，加裝了1個(gè)可以自動(dòng)升降的排式振搗系統(tǒng)，改進(jìn)施工工藝，提高施工效率，降低施工成本。本文主要通過(guò)對(duì)攤鋪工藝的對(duì)比，分析排式三輥軸一體化結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明其應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 現(xiàn)有攤鋪施工工藝對(duì)比

通用三輥軸攤鋪機(jī)的攤鋪與振實(shí)功能由一只輥軸完成，無(wú)法兼顧攤鋪與振實(shí)所需的輥軸轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致振動(dòng)頻率過(guò)低，因而振實(shí)效果差且不能進(jìn)行深度振搗，須有混凝土的深度振搗工藝相配合。這種組合施工工藝一般有2種:第1種由純?nèi)斯こ终駬v棒振搗配合三輥軸攤鋪機(jī)作業(yè)，該工藝是以普通三輥軸攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪和初平作業(yè)之后，由人工手持振搗棒插入到混凝土中進(jìn)行電動(dòng)振搗，振搗的深度、間距、時(shí)間等完全憑工人的經(jīng)驗(yàn)主觀決定;第2種由三輥軸攤鋪機(jī)和獨(dú)立振搗機(jī)相互配合完成攤鋪和振搗作業(yè)(圖1)，首先由三輥軸攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪、初平作業(yè)后，再由獨(dú)立的排式振搗機(jī)運(yùn)行到混凝土起始端，將一排分布均勻的振搗棒同時(shí)插入到混凝土中，由操作員控制振搗棒插入的深度和傾斜角度，打開(kāi)振搗開(kāi)關(guān)進(jìn)行連續(xù)來(lái)回振搗作業(yè)。獨(dú)立振搗機(jī)大大減少了人工參與施工的時(shí)間，提高了施工效率，提升了施工質(zhì)量，降低了施工成本，但是這2種施工工藝又有其各自的缺點(diǎn)，具體見(jiàn)表1［10-12］。

圖1 排式振搗機(jī)和三輥軸攤鋪機(jī)配合作業(yè)

針對(duì)目前通用的三輥軸施工工藝的缺點(diǎn)，排式振搗三輥軸一體機(jī)經(jīng)改裝可以很好地予以解決。

2 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整機(jī)以通用三輥軸攤鋪整平機(jī)為基礎(chǔ)，加裝排式振搗機(jī)，使得2種機(jī)械合二為一，成為一機(jī)多能的自動(dòng)化全能設(shè)備。該一體機(jī)外形尺寸為6 000 mm伊1 600 mm伊1 300 mm，是用HZP3500-8000型普通三輥軸攤鋪整平機(jī)(帶槽鋼框架)作為主機(jī)框架，在主機(jī)槽鋼框架頂部焊接2根長(zhǎng)度均為6.5 m的槽鋼作為所有振搗電機(jī)的固定架。在固定架上等距離安裝8個(gè)1.5 kW的振動(dòng)電機(jī)(可按實(shí)際需要選裝)，電機(jī)的電路控制歸并入總開(kāi)關(guān)箱中。依次在振搗電機(jī)上安裝上振動(dòng)棒，所有振搗棒的固定和升降由一套“電機(jī)-滑輪”自動(dòng)升降機(jī)構(gòu)控制。該機(jī)構(gòu)首先要焊制出固定所有振搗器的排振桿，排振桿選用6.5 m長(zhǎng)的加厚腳手架鋼管，在鋼管的中點(diǎn)及兩邊焊制3根連接拉桿作為升降活動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，3根拉桿均鉸接到主機(jī)框架底部，可繞鉸點(diǎn)上下自游活動(dòng)。在排振桿的中心點(diǎn)焊一個(gè)圓環(huán)用來(lái)固定鋼絲繩端頭，在主機(jī)框架上端面對(duì)應(yīng)位置焊接第一定滑輪，在其正下方主機(jī)框架底部再焊接相同的第二定滑輪，這樣2個(gè)滑輪可與提拉鋼絲繩共同組成定滑輪組;第二定滑輪的正前方要固定一鋼絲繩繞組，繞組的一端連接小型變速箱的輸出轉(zhuǎn)軸，而變速箱動(dòng)力輸入端要通過(guò)傳動(dòng)皮帶與3 kW的升降電機(jī)連接傳動(dòng)。升降電機(jī)、減速機(jī)、鋼絲繞組和第二滑輪均布置在主機(jī)框架底部，必要時(shí)可加裝槽鋼或鋼板作為固定支撐架。升降電機(jī)的電源線并入總開(kāi)關(guān)箱中，排振桿可通過(guò)開(kāi)關(guān)箱上的倒順開(kāi)關(guān)控制鋼絲繩的收放從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降。各個(gè)振搗器固定于排振桿上的方法，是通過(guò)1對(duì)安裝有4根緩沖彈簧的減震固定鋼板和2對(duì)半圓螺栓抱箍實(shí)現(xiàn)相互間的緊密固定，安裝時(shí)可調(diào)整位置，使得所有振搗器處于同一高度和角度，一字排列整齊，保證混凝土振搗的一致性和均勻性。一體機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2、3所示。

表1 兩種攤鋪振搗工藝的缺點(diǎn)

圖2 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機(jī)俯視結(jié)構(gòu)

圖3 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機(jī)A-A剖面結(jié)構(gòu)

2.2 主機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

主機(jī)采用普通三輥軸攤鋪整平機(jī)的正常構(gòu)造，其主體部分為1根起振密、攤鋪、提漿作用的偏心振動(dòng)軸和2根起驅(qū)動(dòng)、整平作用的圓心行走輥。振動(dòng)軸始終向后旋轉(zhuǎn)，而其他軸則可以前后旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)前后行走［13-16］。行走電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)前后2根行走輥轉(zhuǎn)動(dòng)，攤鋪振動(dòng)電機(jī)通過(guò)三角帶和鏈傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)攤鋪振動(dòng)輥以較快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的攤鋪、表面振實(shí)以及提漿功能。這樣就輕松實(shí)現(xiàn)了三輥軸攤鋪整平一體機(jī)的攤鋪、振實(shí)、提漿和整平四大功能，如圖4所示。

3 排式振搗三輥軸一體機(jī)的施工工藝

使用該機(jī)械進(jìn)行混凝土作業(yè)時(shí)，先將一體機(jī)按照施工要求放置在支好的模板上，接通電源空載，啟動(dòng)每一種運(yùn)轉(zhuǎn)部件使其運(yùn)行正常。將堆積的混凝土進(jìn)行機(jī)械布料及初平后，就可以進(jìn)入振搗環(huán)節(jié)。

圖4 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

排式振搗器是保證混凝土料充分振搗密實(shí)的關(guān)鍵設(shè)備。首先啟動(dòng)開(kāi)關(guān)箱的倒順開(kāi)關(guān)，緩慢降下排振桿，使所有振動(dòng)棒沒(méi)入混凝土預(yù)定深度，打開(kāi)所有振搗電機(jī)進(jìn)行深度振搗，振動(dòng)棒距模板的距離以20～30 cm為宜，不得距模板太近，以免與模板發(fā)生共振，產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象，使側(cè)面混凝土出現(xiàn)“蜂窩”。排式振搗器的工作過(guò)程采取連續(xù)行走方式，行走速度必須滿足混凝土料振動(dòng)排氣時(shí)間要求，在振動(dòng)有效范圍內(nèi)，振動(dòng)時(shí)間一般在15～30 s。由于采用連續(xù)行走，振動(dòng)力傳遞均勻，減少了振動(dòng)器頻繁插入和提升對(duì)混凝土料的擾動(dòng)，振動(dòng)后混凝土料密實(shí)均勻性好，且不易出現(xiàn)漏漿或過(guò)振現(xiàn)象。振搗過(guò)后啟動(dòng)倒順開(kāi)關(guān)，升降電機(jī)將排振桿自動(dòng)拉起，關(guān)閉振搗電機(jī)。一體機(jī)振搗作業(yè)如圖5所示。

圖5 一體機(jī)的排式振搗機(jī)構(gòu)在深度振搗作業(yè)

在一體機(jī)攤鋪和振實(shí)工作時(shí)，整機(jī)通過(guò)行走輥與模板之間的附著力實(shí)現(xiàn)機(jī)械的前進(jìn)與后退。整機(jī)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，振動(dòng)軸向后旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)偏心振動(dòng)使混凝土液化，振動(dòng)軸在自重和動(dòng)力作用下切入液化的混凝土，并向前擠甩出物料，從而實(shí)現(xiàn)攤鋪、振密、提漿的功能［17-18］。在后退過(guò)程中，前后行走輥對(duì)攤平和振實(shí)后的混凝土作進(jìn)一步整平。因此，施工時(shí)必須采用前進(jìn)振動(dòng)、后退靜滾的方式，反復(fù)2～3遍后，使混凝土被進(jìn)一步整平和提漿，平整度和壓實(shí)度逐步得到提升［19］。

4 三輥軸攤鋪整平一體機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性

相比于普通三輥軸與人工或獨(dú)立振動(dòng)設(shè)備的配合，排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機(jī)具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)。

(1)排式三輥軸一體機(jī)為2種機(jī)械合二為一，共用一套自動(dòng)行走裝置，大大降低了施工成本，極大地減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率。

(2)該設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的排振桿自動(dòng)升降系統(tǒng)，振搗深度可自由操作，可對(duì)混凝土實(shí)施深層振搗，有效提高混凝土的密實(shí)度和平整度。

(3)該機(jī)是一種功能齊全、造價(jià)低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能優(yōu)良、操作簡(jiǎn)易、廣泛適用、生產(chǎn)效率高的全能型混凝土路面機(jī)械。其全部功能均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操控，能高效率地完成水泥混凝土的攤鋪、振搗、振實(shí)、整平與提漿作業(yè)，切實(shí)地提高了施工效率和施工質(zhì)量。

(4)該機(jī)制作簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、輕便靈活、搬運(yùn)方便，可為施工企業(yè)節(jié)約大量生產(chǎn)成本，同時(shí)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，起到事半功倍的效果，具有廣闊的市場(chǎng)前景和推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

排式振搗三輥軸一體機(jī)的發(fā)明和使用，使得只用一種自動(dòng)化機(jī)械便可穩(wěn)定、高效、低成本地完成水泥混凝土路面鋪筑的所有工作成為可能，是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械和工藝的一大創(chuàng)新和改革。在施工過(guò)程中較好地解決了狹小空間混凝土平整度和外觀質(zhì)量的問(wèn)題。通過(guò)蘭州中川機(jī)場(chǎng)廣場(chǎng)等多個(gè)工程項(xiàng)目的應(yīng)用，證明這種設(shè)備在特定施工條件下有著優(yōu)異的施工效率和施工質(zhì)量，并能節(jié)省大量資金，贏得了良好的口碑。未來(lái)隨著科技的創(chuàng)新和發(fā)展，可對(duì)這種機(jī)械進(jìn)行更進(jìn)一步革新，研制模塊組裝型式，使振搗棒可以隨意360毅轉(zhuǎn)動(dòng)、自由伸縮等，成為自動(dòng)化、模塊化的全新數(shù)控型實(shí)用性機(jī)械。

參考文獻(xiàn):

［1］ 閆曉磊.全自動(dòng)桁架式輥軸攤鋪機(jī)的橋面鋪裝施工技術(shù)控制［J］.黑龍江交通科技，2016，39(12):132-133.

［2］ 申秀琴.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及問(wèn)題分析［J］.江西建材，2016(8):57-58.

［3］ 田 雨，彭華洲，鄭辰翔，等.淺析水泥混凝土道面高頻振搗滑模攤鋪質(zhì)量控制要點(diǎn)［J］.河南建材，2014(1):32-33.

［4］ 遲銀波，邢嬌秀，李德海.淺談三輥軸機(jī)組施工質(zhì)量控制［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2007，9(2):21-22.

［5］ 李星星.三輥軸機(jī)組在水泥路面施工中的應(yīng)用［J］.青海交通科技，2008(5):64-65.

［6］ 張景福，高占峰.水泥混凝土橋面鋪裝層三輥軸攤鋪技術(shù)［J］.吉林交通科技，2007(1):39-41.

［7］ 趙文慶.高速公路水泥混凝土橋面鋪裝層三輥軸施工技術(shù)［J］.交通世界，2016(14):72-73.

［8］ 劉華軍，賈良棉.三輥軸式水泥混凝土振動(dòng)攤輔滾平機(jī)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，1996，13(1):11-12.

［9］ 張建堂，王良文，董 瀟，等.四輥軸式混凝土整平機(jī)設(shè)計(jì)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2002，19(3):1-2.

［10］ 王 飛.三輥軸機(jī)組路面施工技術(shù)［J］.交通世界，2013(12):77-78.

［11］ 程兆南.淺談三輥軸機(jī)組攤鋪水泥混凝土路面施工工藝［J］.黑龍江科技信息，2012(7):255-255.

［12］ 顧善東.淺談水泥混凝土路面三輥軸機(jī)組施工中平整度的控制［J］.黑龍江科技信息，2012(21):230-230.

［13］ 陳松華.水泥混凝土路面施工新技術(shù)及病害處治應(yīng)用研究［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2015(4):67-68.

［14］ 王保成.淺談水泥混凝土橋面鋪裝層三輥軸施工技術(shù)［J］.工程技術(shù):全文版，2016(7):268-269.

［15］ 祝玉波.柳 力，張澤豐.三輥軸機(jī)組水泥混凝土路面施工技術(shù)探討［J］.湖南交通科技，2011，37(4):63-65.

［16］ 趙景彭.試論三輥軸式攤鋪機(jī)在高等級(jí)路面中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2007，33(26):338-339.

［17］ 周紅波.山區(qū)完善提質(zhì)工程中三輥軸鋪筑路面的應(yīng)用研究［J］.山西建筑，2016，42(7):159-160.

［18］ 游夢(mèng)雄.排式振搗機(jī)在機(jī)場(chǎng)道面厚型板塊混凝土施工中的應(yīng)用［J］.海峽科學(xué)，2009(3):51-53.

［19］ 徐 振.寬幅三輥軸橋面鋪裝施工技術(shù)［J］.工程技術(shù):引文版，2016(6):185.