试论车辆运力与摊铺设备作业效率的合理匹配

靳 炜

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030031）

道路是陆路交通的基础。目前，在我国390×104km的等级道路通车总里程中，二级以上的高等级道路（包括已在运行中的高速公路）的保有量约为54.6×104km。这些高等级道路虽然仅占全国等级道路通车总里程的14.1%，但却承担着全国道路交通客（货）运输总量的80%以上[1]。高等级道路的基本结构组成中，水泥稳定材料构成了道路下部的主要承重结构，而作为路面形式主体的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面则形成了道路的上部封闭层（亦可称为磨耗层）。无论是水泥稳定材料，还是沥青或水泥混凝土路面材料，它们的铺设均要求使用摊铺机完成[2]，以形成具有一定承载强度和平整度的连续铺层。

1 问题的提出

现代道路摊铺设备是道路施工机械中技术密集度较高和结构复杂的专用设备，其主要作用是将已在料场拌制完成的各种水泥稳定土及沥青或水泥混合料均匀平整地摊铺在已建筑完成的路基或路面基层上，并对其进行一定程度的预压实，为后续压路机压实至要求的密实度提供必要的基础。但摊铺机的正常作业和达到要求的施工质量必须要求一定的外部条件来保证，如：

a）沥青混合料和水泥稳定土等原材料的自身质量。

b）材料在储存和转运过程中由于水分的蒸发（影响水泥稳定土和水泥混凝土的含水量）和热量的散失（影响沥青混合料的工作温度）对材料路用指标的影响。特别在材料制作场地与路上摊铺现场距离较远以及天气特别干燥和气温较低时表现更甚。

c）摊铺机自身的技术性能和作业参数，如摊铺厚度和平整度、作业速度、压实初始密实度、设备工作可靠性及操作方便性等是否符合施工作业要求。另外，混合料在摊铺作业过程中的输送是否连续可靠，特别是螺旋输料器（搅龙）对材料的左右输料是否均匀。

d）混合料运输（送料）车辆的载运能力与摊铺机的作业能力是否匹配等。

这些外部条件与沥青或水泥混凝土、水泥稳定土等混合料的正常摊铺作业（达到道路的施工质量目标）息息相关。长期以来，基于国内外科技的不断进步（包括摊铺设备结构、性能和施工工艺的改进）和施工者管理水平及技术能力的不断加强，很多技术难题得到了有效解决，使得道路摊铺施工的综合技术水平不断提高。如电子称量技术的发展和工程应用使得各种级配矿料（包括沥青和其他必要的添加剂）无论在静止，还是在运动中的精确计量得以实现。结果使得各种混合料，特别是高质量沥青混凝土的材料级配和油石配比等更为精确和合理；而改性沥青（目前以SBS和废旧橡胶改性沥青为主）的应用使得沥青混合料的各项路用指标，特别是路面的温度稳定性、整体承载能力和使用寿命得到大幅提升[3]；变径型螺旋输料器的开发和应用使得较大作业宽度（大于等于8 000 mm）的摊铺作业有效防止了混合料在较大输送过程中的材料离析，提高了材料的摊铺均匀性；而移动式和半固定式及大产量的混合料拌合设备（如4000-5000型）的使用和筑路料场的合理布局则成功克服了混合料的供应及材料运输距离较远使得品质下降（如沥青混合料的温度下降和水稳材料含水量因过量蒸发而不足）等问题。但纵观目前高等级道路的沥青或水泥混凝土、水泥稳定土等混合料的摊铺作业工程中，各种混合料运输（送料）车辆的载运能力与摊铺机的作业能力的良好匹配问题一直没有得到较好解决。笔者曾在山西多条高速公路的施工现场进行调研，并同施工单位相关管理人员进行交流，发现混合料运输（送料）车辆的承载吨位选择主要基于所用摊铺机的喂料高度数据，而载车的数量主要根据工程估算或施工现场试验得到的大体数量来决定。显然，前者的选择依据大体是合理的，但除了应考虑摊铺机的喂料高度外，鉴于对摊铺机作业影响较小和材料运输的经济性，宜使用载重量大于等于15 t的自卸型载重车辆；而后者仅以估算数据决定载车数量则显然没有做到合理量化。显然，在载车单台载重吨位决定之后，载车数量决定着为摊铺机供料的总数量。若数量过少会使铺机频繁停车待料，使其作业难以连续进行；反之则会浪费载车的运力，出现供料过多而车滞。考虑到我国道路等级的不断提高和施工组织的科学性，载车数量的合理量化对于提高道路施工的质量作业效率和降低工程损耗是十分必要的。

2 载车数量合理量化的必要性及意义

摊铺设备已成为高等级道路施工中的标准配置，但摊铺材料在铺层中的均匀性，特别是铺层的表面平整度不仅与摊铺机自身的技术性能有关，而且与摊铺机的使用工艺和作业条件关系极大。其中，摊铺机的匀速和连续作业是达到铺层表面平整度要求（设计）的重要条件之一。现代摊铺机作业速度的适应范围较大，一般为0.5～20 m/min，这是因为道路种类和等级差异较大所致。在施工时，较薄的沥青混凝土路面摊铺作业速度取4～20 m/min；而各种基层混合材料和碾压混凝土路面（RCCP）摊铺作业速度取0.5～1.2 m/min[4]。但作业速度一旦设定，就必须匀速和连续作业，否则摊铺机停止作业（其原因可能是多方面的，如摊铺机自身的机械故障和铺料不足待料等）后重新启动时，很容易形成路拱而严重影响铺层表面平整度。这是因为每次摊铺机重新启动时，其找平装置的传感器会对铺筑参数进行新的扫描、计算和设定，而原已完成的铺层与新的铺筑参数容易形成偏差。为了减少和消除这种平整度偏差，避免摊铺机作业中的停机，使其尽可能匀速和连续作业就显得非常重要。

众所周知，除了摊铺机自身的技术性能等因素外，被摊铺物料的连续均匀供应是摊铺机匀速连续作业的必要条件之一，而将铺筑材料自制作基地运给摊铺机的任务是由运输车辆承担的。显然，对材料运输的载车数量进行必要的合理量化与保证和提高道路的施工质量息息相关。

3 载车数量量化的原则和相关平衡方程的建立

载车数量量化的原则和目的是保证摊铺机的匀速和连续作业，因此单位时间内为摊铺机供应需要的材料数量是问题的关键。基于道路施工的需要，摊铺机机型选定之后，其正常作业需要的材料数量即为常数，可由式（1）进行计算。

式中：m为摊铺机正常作业需要的材料数量，t/h；h为铺层厚度，m；b为摊铺机摊铺宽度，m；v为摊铺机作业速度，m/min；λ为摊铺混合料比重，t/m3。

载车将材料在设定的时间内运给摊铺机并向其料箱倾倒喂料，所需要的载车数量与其运输总量、单台载重、行走速度、运输距离、载车技术状况和车辆利用效率等因素有关。即：

式中：Z为用于混合料运输的载车数量（取正整数），台；m为摊铺机正常作业需要的材料数量，t/h；s为载车作业时的平均速度，km/h；q为单台载车的承载能力，t；η为车辆利用系数，根据载车新旧程度（使用年限）、保养情况及行驶路况决定，可在0.6～0.95范围内选取；d为混合料制作基地与摊铺机作业地点的间距，km。

4 工程应用和计算实例

上述有关与摊铺机施工作业配套的混合料运输载车数量量化的原则和相关平衡方程的建立能够运用数学平衡式对其进行较为准确的分析和量化，进而有效规避采用传统估算方法带来的相关误差。而计算公式的建立是基于摊铺机的作业效率（单位时间段内的作业能力）与混合料运输载车辆在相应时间段内的运输能力之间的平衡做出的。同时考虑到摊铺机和运输载车各自涉及的对作业效率可能产生的影响因素，所以计算结论更加贴近道路施工的工程实际，进而得到较为正确和客观的计算结果。下面可以一个工程实例进行计算和验证。

国道208线某碾压混凝土路面（RCCP）施工时，根据施工道路的实际情况选用ABG411型摊铺机（具有ABG机型特有的双强夯功能）完成路面摊铺作业。作业宽度为12 m，厚度250 mm，混合料比重为1.8 t/m3，摊铺机作业速度50 m/h。混合料制作基地与摊铺机作业地点的间距最远点为18 km，最近点为12 km。选择施工单位保有的载重量为15 t的自卸运输车为摊铺机供料，平均行走速度为30 km/h。车辆已使用年限为5～6年，技术状况良好。显然，这些车辆的综合使用状态属于较好一类，故车辆利用系数取0.8。将这些已知数据代入式（1），可计算出在该项工程中，ABG411正常作业需要的材料数量为268 t/h；再由式（2）可计算出两种结果，即当摊铺机在远地点作业时需27台运输车供料，而当近地点作业时需18台运输车供料。显然，为了达到作业目的，若选择远地点开始作业，应采用27台运输车；随着材料运距的缩短，运输车的数量逐渐减少，直至减至18台完成最后的摊铺工程。当然，若选择近地点开始作业，则应进行相应的调整完成作业。工程实践表明，上述混合料运载车辆的选择和量化是合适的。