瀝青混凝土攤鋪機(jī)自動(dòng)找平梁的原理分析及運(yùn)用

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平整度是評(píng)價(jià)高等級(jí)公路使用質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，因此平整度控制也是路面施工控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。良好的平整度水平，來(lái)自于：①基底和各結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，無(wú)突變的、不均勻的沉降；②各結(jié)構(gòu)層本身連續(xù)、均衡的壓實(shí)度和平整度水平，較小的變異性；③施工工藝中，基準(zhǔn)面的設(shè)定，瀝青混凝土的拌和、攤鋪、碾壓，以及接縫處理等，各個(gè)環(huán)節(jié)的精細(xì)操作。其中，如何在路面施工過(guò)程中，為攤鋪機(jī)行走提供一個(gè)準(zhǔn)確的平整度參照系，是達(dá)到良好的平整度水平的先決條件之一。
    1、規(guī)范要求及施工中規(guī)定
    (1)根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032-94)規(guī)定，“用于鋪筑高速公路和一級(jí)公路的瀝青混凝土攤鋪機(jī)應(yīng)……：具有自動(dòng)或者半自動(dòng)方式調(diào)節(jié)攤鋪厚度及找平的裝置……”。“攤鋪機(jī)自動(dòng)找平時(shí)，中、下面層宜采用一側(cè)鋼絲繩引導(dǎo)的高程控制方式。表面層宜采用攤鋪層前后保持相同高差的雪橇式攤鋪厚度控制方式……”。沈大和京津塘等高速公路也正是按此程序控制的。
    (2)美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)《路面鋪裝手冊(cè)》中提出，如果下面層已經(jīng)非常接近容許誤差，走雪撬也可以提供出光滑的面層。在滬寧高速公路的路面施工實(shí)踐中，通過(guò)詳盡的調(diào)查分析和比較后，認(rèn)為：在高等級(jí)公路施工中，及采用進(jìn)口攤鋪機(jī)械的情況下，攤最度較為容易控制；而高程誤差經(jīng)底基層、基層、下面層施工，已相對(duì)消除，對(duì)于中、上面層，平整度要求成為主要控制因素，高程要求相對(duì)次要；再之，一側(cè)鋼絲繩的引導(dǎo)對(duì)于靈敏度相對(duì)較高的進(jìn)口攤鋪機(jī)械來(lái)說(shuō)，當(dāng)然是不夠的。
    (3)因此建議各路面施工單位：一般情況下，對(duì)于全幅攤鋪的攤鋪機(jī)，只在基層上層和下面層攤鋪時(shí)采用兩側(cè)鋼絲繩引導(dǎo)控制方式，而中、上面層均可采用懸浮式基準(zhǔn)梁的等厚度控制方式(即走雪撬)。這樣的施工控制方法，不僅來(lái)源于實(shí)踐，而且基于以下分析。
    2、原理分析
    (1)采用鋼絲繩引導(dǎo)的高程控制方式，按有關(guān)規(guī)定，應(yīng)采用直徑2～2.5mm的鋼絲繩，200m為一段，立桿間距10m，張緊力需800～1000N。假設(shè)鋼絲繩的張緊力無(wú)限大，測(cè)量設(shè)定的鐵立桿上標(biāo)高絕對(duì)準(zhǔn)確，則由路線兩側(cè)鋼絲繩提供的基準(zhǔn)面將是上一面層的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)面。但是，實(shí)際施工過(guò)程中，鋼絲繩上所受的張緊力不可能無(wú)限大，而且因兩側(cè)路緣帶上底基層、基層已硬化成型，承受張緊力的拉力支撐桿難以設(shè)置，規(guī)定800～1000N的張緊力也不能保證；再加上路面攤鋪一天的工作量在1～2km甚至更多，其每天兩條鋼絲繩的測(cè)設(shè)任務(wù)相當(dāng)艱巨；另外攤鋪機(jī)行走過(guò)程中引發(fā)的鋼絲繩振動(dòng)難以消除，人為的觸、碰及破壞更是難以避免，甚至可能發(fā)生因攤鋪機(jī)方向走偏，熨平板刮擠拉線樁的情況，使以鋼絲繩引導(dǎo)的高程控制方式的準(zhǔn)確性大打折扣。
    (2)采用以雪撬式控制攤鋪厚度的方式，是以下一面層為基準(zhǔn)面，在攤鋪機(jī)行走過(guò)程中，盡力減小其傳遞到上一面層的波動(dòng)及突變誤差，以達(dá)到上一面層良好的平整度的目的。其原理類似于杠桿，即將杠桿的支點(diǎn)安置于受外界因素影響較小的新攤鋪層上，而下一層次的許多不平整因素被梁體結(jié)構(gòu)分解、縮小若干倍，使傳感器得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定或波動(dòng)幅度較小的控制信號(hào)。與上一方法比較，在下一層次的平整度良好的前提下，走雪撬的方法顯然優(yōu)于鋼絲繩控制方法。
    (3)國(guó)外產(chǎn)的攤鋪機(jī)均配有自動(dòng)找平梁這一配件，但是因其價(jià)格高(約人民幣35萬(wàn)元左右，如美國(guó)BLOW KNOX公司的浮動(dòng)找平裝置，售價(jià)34萬(wàn)元)，且原理簡(jiǎn)單，所以滬寧高速公路路面施工單位大都采用自己加工生產(chǎn)的自動(dòng)找平梁。
    3、結(jié)構(gòu)分析
    從其結(jié)構(gòu)看，單片自動(dòng)找平梁主要由四個(gè)部分組成：一是前著地部分(輪式或雪橇板)，二是后著地部分(一般兩組雪橇板)，三是前后的聯(lián)接橫梁，四是牽引橫架。前三個(gè)部分中各結(jié)點(diǎn)均采用可任意旋轉(zhuǎn)的軸聯(lián)接。
    一般前著地部分至少由4組輪子(或雪橇板)組成，其中一個(gè)輪子若遇到高程的突變，傳遞到A點(diǎn)的高程變化僅為1/8，再傳遞到B點(diǎn)(攤鋪機(jī)傳感儀設(shè)置處)只有1/16甚至更小，如圖2所示。即若遇到一顆2cm的石子，傳遞到攤鋪機(jī)的反應(yīng)裝置時(shí)只有1～1.2mm，這對(duì)于攤鋪機(jī)的平整度反應(yīng)裝置來(lái)說(shuō)已微乎其微。
    各路面施工單位自行加工生產(chǎn)找平梁的過(guò)程中，也遇到各種問(wèn)題，后經(jīng)協(xié)調(diào)組織、相互學(xué)習(xí)取經(jīng)，均取得了滿意的效益。歸結(jié)起來(lái)有以下幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：
    (1)第一部分前著地部分的輪組運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，輪徑一般40～50cm為宜，不宜太小，否則其穩(wěn)定性不足；
    (2)第二部分后著地部分的雪橇板宜大，一般60cm×35cm有利于分散其承受的重量，應(yīng)當(dāng)注意，雪橇板上的支點(diǎn)應(yīng)略向后置，使其在行走過(guò)程中不致栽頭，向引起新鋪路面上的深溝滑痕；
    (3)第三部分前后聯(lián)接的橫梁長(zhǎng)度一般10～12m，剛度要大，但其重量變適中，因攤鋪機(jī)的傳感儀觸頭與橫梁為線接觸，橫梁撓度的振動(dòng)將引起傳感儀上得到上下波動(dòng)的信息；而且因其重量由前后兩個(gè)著地點(diǎn)承擔(dān)，特別是后著地部分，若承擔(dān)的份量過(guò)重，對(duì)已鋪新路面的平整度不利；
    (4)第四部分牽引裝置為一橫架，其連接攤鋪機(jī)側(cè)壁和找平梁的前端主體，在攤鋪機(jī)行車過(guò)程中與攤鋪機(jī)形成一個(gè)整體，需要有良好的剛度，防止振動(dòng)(搖蕩)前進(jìn)的情況發(fā)生；
    (5)就整體而言，整個(gè)自動(dòng)找平梁的各結(jié)點(diǎn)及輪軸應(yīng)摩擦力小，利于靈活運(yùn)轉(zhuǎn)；材料可選用輕質(zhì)材料，若選用2～3mm厚的鋼材加工成矩形截面梁體也可以，并且結(jié)構(gòu)型式上參照桁架的設(shè)計(jì)方法，配以斜撐固定，加強(qiáng)其剛度，減少其中因自身振動(dòng)引起的誤差變化。