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关于水稳上基层摊铺质量的控制与研究
中铁五局达龙国际分公司 苏武
摘要：本文针对路面基层施工中普遍存在高程、平整度控制难度大，摊铺机摊铺时不够稳定等缺点，进行深入的研究与探讨，提出一种可借鉴的解决办法。
关键词：松铺系数 预拱度 自动控制仪
一、 前言：
高速公路路面水稳基层一般采用摊铺机摊铺施工，根据路面宽窄的不同，有整机全幅摊铺和双机并机摊铺两种形式，按摊铺机种类常见的有:ABG系列、VOGEL系列、布鲁诺克斯以及国产LT1200等等。路面基层施工中均存在高程控制难度大、责任心要求高等缺点，因此在实际施工中随企业员工的素质不同而存在或多或少的一些问题，这些问题主要表现在以下几个方面：
名称
传统的解决办法
缺点
松铺系数
将所有测点松铺系数平均所得
1． 忽视了材料不均匀性对松铺系数的影响
2． 忽视了沿横断面方向松铺系数的变化
3． 忽视了两边压路机挤压作用
摊铺机熨行板拱度
采取增加拉杆和增加预拱度的方法
1． 忽视了熨行板拼装的重要性
2． 预拱度没有考虑到沿横断面方向的变化，只考虑到最大预拱度
3． 忽视熨行板拱度的正确调试
4． 拉杆的调整只能形成M 和 W形，不能调成“一”字形
摊铺控制
采用人工挂线或水准仪跟踪测量检查标高和摊铺机稳定性
1． 人工挂线误差较大，5mm误差不宜发觉，仍至10mm以内也不能发现，水准测量受熟练程度和计算的影响，不能及时反馈结果。
2． 挂线和水准仪检查一般每5米或10米一个断面，在5米或10米断面之间出现不稳定，往往不易发现，即使发现为时已晚。
3． 由于检测频率高，要求员工素质好，责任心强。
上面列举了影响路面水稳基层标高控制的主要影响因素，解决上面存在的问题，就能解决路面标面控制问题，就能优质高效的完成路面工程。解决标高控制问题，除了抓好质量符合规范要求外，对于企业来说还能很好的创造经济效益，对于水稳基层能节约材料，对于沥青面层能防止浪费，为向5mm要效益创造条件，其意义可想而知。
二．松铺系数的探讨
从理论上讲，如果摊铺出的上基层绝对的“平”，即横坡符合虚铺设计，碾压成形后实际上并不是绝对的平，这主要是松铺系数不同所决定的。为什么会出现松铺系数的不同呢？松铺系数的变化规律怎样的？弄清这两个问题，就能很好的解决摊铺质量问题。
1.松铺系数与摊铺后的初始密度和材料级配有关
松铺系数反映基层混合料摊铺后的初始密实度，以及材料级配的均匀性。对于材料级配均匀的混合料，初始密度大，可压缩性越小，反之则越大。对于初始密度一致的混合料，材料级配越好，则越易压缩，松铺系数越大，反之越小。
材料级配的均匀性主要由材料是否规格、水稳厂拌拌和质量所决定。规格的材料，但是由于厂拌料混装、计量不准确、含水量过大等拌和质量较差的原因，也会造成材料级配的不均匀性，影响松铺系数。沿横坡方向，由于螺旋送料的作用，造成一定的挤压，使密实度沿横坡存在不均匀性，影响松铺系数。
材料级配对最大干密度的影响为±0.2，假设相同重量不同级配的碎石，则体积变化影响为：19cm(厚)×1m2×2.3(干密度)/2.28（干密度）=19.17cm，相差19.17-19=0.17cm=1.7mm实际施工中由经验可知,材料级配对松铺系数的影响不是很大，压实后一般出入2∽4mm。
2.下承层不平对松铺系数的影响
下承层不平影响较大，见下表：
下承层高程误差（mm）：
±5
±10
±15
±20
±25
±30
±35
±40
假设松铺系数为1.2,压实后误差（mm）：
±1
±2
±3
±4
±5
±6
±7
±8

摊铺后沿横断面松铺系数变化如下：

平均松铺系数： 1.343 1.329 1.312 1.326 1.394
19cm厚压实差：-0.0424 0.15726 0.40549 0.2006 -0.736

三．熨行板预拱度的调试
造成摊铺机熨行板不平的主要有：重力作用向下的挠度f1,拉杆1向上的挠度f2，拉杆2向上的挠度f3,以及熨行板在拼装时由于螺丝没拧紧引起的向下挠度f4。
摩擦力f
混合料上浮力N
摊铺机牵引力F
重力G
由于熨行板在摊铺时，重力G和混合料对其的上浮力N相等，因此重力挠度f1=0。其受力情况如图：

由上可知，熨行板的横向挠度f=f4-f2-f3,要想使熨行板“绝对”的平，有两种方法，一种是使f4=0，即在拼装时熨行板放在一个近似平的地面上进行拼装，并保证螺丝拧紧，从而使f4近似为0；另一种是使f4=f2+f3,即采用拉杆调平，由于受力情况和f4挠度分布的无规律性，因此无法绝对的调平，举例如下：

拼装地面高差
地面距离
左4.75
左4米
左3米
左2米
左1米
中0米
右1米
右2米
右3米
右4米
右4.75
地面高度
-10
-8.5
-6
-4
-2
0
-2
-4
-6
-8.5
-10

摊铺机熨行板拱度计算分析
右幅
重力荷载q
拉杆F1
拉杆F2
螺丝Ф1
螺丝Ф2
螺丝Ф3
螺丝Ф4
螺丝Ф5

初始数量
0
17
7
-2
0
-0.5
-0.5
40.5

单位
t/m
kn
kn

左幅
重力荷载q
拉杆F1
拉杆F2
螺丝Ф1
螺丝Ф2
螺丝Ф3
螺丝Ф4
螺丝Ф5

初始数量
0
17
7
-2
0
-0.5
-0.5
40.5

单位
t/m
kn
kn

地面距离
左4.75
左4米
左3米
左2米
左1米
中0米
右1米
右2米
右3米
右4米
右4.75米
重力挠度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
拉杆1挠度
3.06
2.448
1.632
0.847
0.238
0
0.238
0.85
1.63
2.45
3.06
拉杆2挠度
2.037
1.592
1.008
0.497
0.1365
0
0.137
0.5
1.01
1.59
2.037
螺丝挠度
-0.625
-8.5
-6
-4
-2
0
-2
-4
-6
-8.5
-0.625
合计
4.472
-4.46
-3.36
-2.656
-1.6255
0
-1.625
-2.65
-3.36
-4.46
4.472
悬空状态下挠度f=f1-f2-f3+f4,其中所用到的公式有：
f1=qx2(x2+6L2-4Lx)/24EI
f2=f1x2(9-x)/6EI 0≤x≤3或=9F1（3x-3）/6EI 3≤x≤4.75
f3=f2x2(12-x)/6EI 0≤X≤4或=16f2（3X-4）/6EI 4≤X≤4.75
如果在山东泰曲高速公路K49+625右幅上基层上拼装，上基层与设计高差为：

右1.5m
右4.5m
右7.5m
右10.5m
右13.25m
+20mm
+5mm
+14mm
+16mm
+21mm
悬空时挠度如图：
拼装地面高差
地面距离
左4.75m
左4m
左3m
左2m
左1m
中0m
右1m
右2m
右3m
右4m
右4.75m
地面高差
-6
-7.3
-8
-9
-4.5
0
-1.1
-2
-3.5
-5.2
-7

摊铺机摊铺时拉杆最佳调平情况如图：

熨行板
左4.75
左4m
左3m
左2m
左1m
中0m
右1m
右2m
右3m
右4m
右4.75
重力挠度
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
拉杆1挠度
5.4
4.32
2.88
1.494
0.42
0
0.14
0.498
0.96
1.44
1.8
拉杆2挠度
3.492
2.729
1.728
0.852
0.234
0
0.098
0.355
0.72
1.137
1.455
螺丝挠度
-0.38
-7.3
-13.5
-9
-4.5
0
-1.1
-2.2
-3.2
-5.2
-0.44
合计挠度
8.517
-0.25
-8.89
-6.65
-3.85
0
-0.86
-1.35
-1.52
-2.62
2.818
很显然单纯的拉杆调整不符合要求，第一种F4=0的方法才是最佳方案。
四．摊铺控制
检查
传感器
传感器
摊铺
判断
摊薄
摊厚
传统的人工挂线摊铺控制存在误差大，摊铺不稳定且不易发觉，发觉时往往为时已晚，由于检测频率高，因此要求员工素质好、责任心强。采用传统的摊铺控制往往摊不出高质量高水平的基层，为了提高质量水平，搞好摊铺质量，必须进行工艺改进，建立摊铺自动反馈系统，其逻辑图如下：

本文设计了一种摊铺自动控制仪，见“附图：自动控制仪”,其工作原理如下：
当摊铺机摊厚Δh(或摊薄Δh)，由相对运动，铝合金管1的端点1产生一向下的Δh1， Δh1=Δh，铝合金1绕钢轴2的o2点旋转，则端点2产生一个向上Δh2，Δh2=1.0115/2.998×Δh=0.3374×Δh。又由铝合金2与铝合金1铰接，并绕钢轴1的O2点旋转，则产生一个向下的Δh3，Δh3=569.52/192.15×Δh2≈Δh。见附图，铝合金管3接触钢丝绳上（用于高程控制的挂线钢丝绳），铝合金2和3之间用钢丝绳连接，摊铺机传感器放于此钢丝绳上，因此产生一个摊薄Δh的信号，从而达到自动控制的目的。
五．总结
为了保证能摊铺出高质量高水平的上基层，必须做到以下几点：
（一）熨行板调整
1. 熨行板拼装时，其场地应用六米直尺检查，间隙控制在2mm以内。尽量使熨行板沿路基线路纵向摆放，这个方向较横向平整，拼装时采用检查没变形的两块6米槽钢作为垫块。拼装熨行板时，螺丝应严格按规定拧紧，确保熨行板拼装平整。
2. 采用拉杆调整前，应先悬空每米检查熨行板自然下坠拱度，然后利用挠度公式
y=Fx2(3a-x)/6EI 0≤x≤a或=≤Fa2(3x-a)/EI a≤x≤L

a
L
拉杆力F

其中E=1.86×1011pa I=5.043×10-4m4 ,使其挠度叠加得合挠度，然后利用excel电子表格的图形功能，很形象的显示其挠度情况。当改变拉杆力F，使其得到最佳调整，查出拉杆改变的挠度y,现场按值调整拉杆长短。
（二）松铺系数）
1． 减少下承层的高误程差，控制在1.0cm以内
2． 现场沿横断面每两米检测松铺系数，弄清规律，并定期检测，防止松铺系数改变。
3． 当松铺系数沿横断面有明显规律时，可采用调整熨行板预拱度的办法，抵消这种影响。
（三）设置自动控制仪的标准状态，使其能正常工作，由于没考虑到各种异外情况，在实际施工中可能需要改进。
以上施工总结，仅供参考，不对之处，欢迎批评指正。

Δh1
1
Δh2 2
Δh3 3
o1
O2