沥青混凝土摊铺机自动找平梁的原理分析及运用

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平整度是评价高等级公路使用质量的一个重要参数，因此平整度控制也是路面施工控制中的一个重要环节。良好的平整度水平，来自于：①基底和各结构层的稳定性，无突变的、不均匀的沉降；②各结构层本身连续、均衡的压实度和平整度水平，较小的变异性；③施工工艺中，基准面的设定，沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压，以及接缝处理等，各个环节的精细操作。其中，如何在路面施工过程中，为摊铺机行走提供一个准确的平整度参照系，是达到良好的平整度水平的先决条件之一。
    1、规范要求及施工中规定
    (1)根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)规定，“用于铺筑高速公路和一级公路的沥青混凝土摊铺机应……：具有自动或者半自动方式调节摊铺厚度及找平的装置……”。“摊铺机自动找平时，中、下面层宜采用一侧钢丝绳引导的高程控制方式。表面层宜采用摊铺层前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式……”。沈大和京津塘等高速公路也正是按此程序控制的。
    (2)美国沥青协会《路面铺装手册》中提出，如果下面层已经非常接近容许误差，走雪撬也可以提供出光滑的面层。在沪宁高速公路的路面施工实践中，通过详尽的调查分析和比较后，认为：在高等级公路施工中，及采用进口摊铺机械的情况下，摊最度较为容易控制；而高程误差经底基层、基层、下面层施工，已相对消除，对于中、上面层，平整度要求成为主要控制因素，高程要求相对次要；再之，一侧钢丝绳的引导对于灵敏度相对较高的进口摊铺机械来说，当然是不够的。
    (3)因此建议各路面施工单位：一般情况下，对于全幅摊铺的摊铺机，只在基层上层和下面层摊铺时采用两侧钢丝绳引导控制方式，而中、上面层均可采用悬浮式基准梁的等厚度控制方式(即走雪撬)。这样的施工控制方法，不仅来源于实践，而且基于以下分析。
    2、原理分析
    (1)采用钢丝绳引导的高程控制方式，按有关规定，应采用直径2～2.5mm的钢丝绳，200m为一段，立杆间距10m，张紧力需800～1000N。假设钢丝绳的张紧力无限大，测量设定的铁立杆上标高绝对准确，则由路线两侧钢丝绳提供的基准面将是上一面层的绝对标准面。但是，实际施工过程中，钢丝绳上所受的张紧力不可能无限大，而且因两侧路缘带上底基层、基层已硬化成型，承受张紧力的拉力支撑杆难以设置，规定800～1000N的张紧力也不能保证；再加上路面摊铺一天的工作量在1～2km甚至更多，其每天两条钢丝绳的测设任务相当艰巨；另外摊铺机行走过程中引发的钢丝绳振动难以消除，人为的触、碰及破坏更是难以避免，甚至可能发生因摊铺机方向走偏，熨平板刮挤拉线桩的情况，使以钢丝绳引导的高程控制方式的准确性大打折扣。
    (2)采用以雪撬式控制摊铺厚度的方式，是以下一面层为基准面，在摊铺机行走过程中，尽力减小其传递到上一面层的波动及突变误差，以达到上一面层良好的平整度的目的。其原理类似于杠杆，即将杠杆的支点安置于受外界因素影响较小的新摊铺层上，而下一层次的许多不平整因素被梁体结构分解、缩小若干倍，使传感器得到一个相对稳定或波动幅度较小的控制信号。与上一方法比较，在下一层次的平整度良好的前提下，走雪撬的方法显然优于钢丝绳控制方法。
    (3)国外产的摊铺机均配有自动找平梁这一配件，但是因其价格高(约人民币35万元左右，如美国BLOW KNOX公司的浮动找平装置，售价34万元)，且原理简单，所以沪宁高速公路路面施工单位大都采用自己加工生产的自动找平梁。
    3、结构分析
    从其结构看，单片自动找平梁主要由四个部分组成：一是前着地部分(轮式或雪橇板)，二是后着地部分(一般两组雪橇板)，三是前后的联接横梁，四是牵引横架。前三个部分中各结点均采用可任意旋转的轴联接。
    一般前着地部分至少由4组轮子(或雪橇板)组成，其中一个轮子若遇到高程的突变，传递到A点的高程变化仅为1/8，再传递到B点(摊铺机传感仪设置处)只有1/16甚至更小，如图2所示。即若遇到一颗2cm的石子，传递到摊铺机的反应装置时只有1～1.2mm，这对于摊铺机的平整度反应装置来说已微乎其微。
    各路面施工单位自行加工生产找平梁的过程中，也遇到各种问题，后经协调组织、相互学习取经，均取得了满意的效益。归结起来有以下几个技术要点：
    (1)第一部分前着地部分的轮组运转灵活，轮径一般40～50cm为宜，不宜太小，否则其稳定性不足；
    (2)第二部分后着地部分的雪橇板宜大，一般60cm×35cm有利于分散其承受的重量，应当注意，雪橇板上的支点应略向后置，使其在行走过程中不致栽头，向引起新铺路面上的深沟滑痕；
    (3)第三部分前后联接的横梁长度一般10～12m，刚度要大，但其重量变适中，因摊铺机的传感仪触头与横梁为线接触，横梁挠度的振动将引起传感仪上得到上下波动的信息；而且因其重量由前后两个着地点承担，特别是后着地部分，若承担的份量过重，对已铺新路面的平整度不利；
    (4)第四部分牵引装置为一横架，其连接摊铺机侧壁和找平梁的前端主体，在摊铺机行车过程中与摊铺机形成一个整体，需要有良好的刚度，防止振动(摇荡)前进的情况发生；
    (5)就整体而言，整个自动找平梁的各结点及轮轴应摩擦力小，利于灵活运转；材料可选用轻质材料，若选用2～3mm厚的钢材加工成矩形截面梁体也可以，并且结构型式上参照桁架的设计方法，配以斜撑固定，加强其刚度，减少其中因自身振动引起的误差变化。