援川工程江油市厚壩鎮(zhèn)至六合鄉(xiāng)公路項目(簡稱厚六路項目),路線全長21.5 km,按山嶺重丘區(qū)三級、四級公路分段設計,路面結構為18 cm厚天然砂礫墊層、18 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層、22 cm厚水泥砼路面面層。沿線涵洞30多道,中橋2座,防護工程2萬多m3。該工程地處深山區(qū),離地震帶較近,大部分路段為沿河線,河內多為直徑50~350mm卵石。路段內風景區(qū)一處,該處通往山外的干線公路為多年前修建的3.5 m寬風景區(qū)道路,設計標準很低,設計車輛主要為小型轎車,不能通行大貨車,無法用大貨車將砂石等建材運進山區(qū)施工路段,只能用農用三輪車少量運輸,從外部運輸砂石建材,運量無法保證,運輸單價是一般路段的2倍以上。為了不損壞風景區(qū)原有道路,降低工程成本,特別是用量非常大的碎石及工程用砂(碎石用量為4萬m3,砂用量為2.8萬m3)是影響工程進度和工程成本的主要因素,經技術、經濟分析,決定就地取材,現(xiàn)場破碎河卵石制取砂石料。
1、破碎設備的選型及工藝確定
(1)原材料即河卵石情況調查分析。破碎原料的粒徑組成、石質、強度以及采集方法等決定著破碎設備的選型和破碎工藝。為此.對河道內的河卵石進行詳細調查分析,發(fā)現(xiàn)工程沿線河道內存有大量河卵石。河道縱坡較大地段,河卵石直徑偏大,大部分在350 mm以上;河道縱坡較小地段河卵石直徑偏小,粒徑50 - 350 mm河卵石含量在60%以上,采集較容易。粒徑組成:粒徑5~50 mm卵石占總量的5%~10%,粒徑50- 350 mm卵石占60%~70%,粒徑350mm以上卵石占20%~30%。河卵石石質:經調查檢驗,河卵石98%以上為堅硬的石炭巖內核,另有極少量石英石等。河卵石強度絕大部分在150 MPa以上。河卵石分檢措施和方法:天然河床內的河卵石粒徑大小不一,直徑350 mm以上河卵石占到總量的20%~30%,為了降低破碎難度和費用,經綜合分析對比后確定將直徑350 mm以上的河卵石剔除,剔除方法主要有:1)特別大的(直徑800 mm以上河卵石)由挖掘機在挖翻河卵石時用挖掘機直接清除到一旁;2)對于直徑500—800mm河卵石,采取現(xiàn)場挖堆方法,較大石塊滾向堆邊,然后用挖掘機清除;3)對于直徑350~500 mm的河卵石,利用在翻斗車貨箱上焊三角形鋼管篦的方法篩除。綜合考慮采集難易程度、距破碎場距離、粒徑大小、可開采量等因素,確定了幾段采石場。確定采石場后,分別對采石場內可開采量進一步開挖調查計算,保證開采量滿足需求。
(2)砂石聯(lián)合生產線的確定。考慮到該工程需用碎石4萬rI_13、砂2.8萬m3,從外部進料比較困難(而且從外部進砂其價格比碎石高),采用砂石聯(lián)合生產線,同時生產砂石料。生產過程中可以根據砂石每時期需要量,調整砂石產出比例,以滿足施工需要。主要破碎工藝為鏟車上料一粗破一細破一篩分一洗砂一出料。
(3)砂石生產設備套數和產量的選定。根據工程計劃安排,4+2.8-6.8萬m3砂石料只要能夠在5個月內完成,即可滿足工期需要。該工程施工路段中間有一個埡口,埡口通車需要等到埡口兩側主體工程完成,也就是說工程中后期埡口處才能通運料車?紤]到該工程的這一特點,在埡口兩側適當位置各設一套破碎設備?紤]到安裝調試需要40d左右,實際破碎時間也只有3.5個月,每月考慮有效工作時間25 d,每天平均作業(yè)時間12 h,則需小時產量為6.8×10000÷[(25×3+15)×12×2]一31.5m3/h。根據破碎設備型號和產量,選用每小時50 t(33m3)處理能力的砂石聯(lián)合生產線2套。另外,考慮到河卵石硬度極大,破碎效率相對較低,選用分級破碎生產線,即先用顎式破碎機粗破后,再用反擊破碎機細破并進行整形。
(4)粗破設備即
顎式破碎機選擇條件:1)能夠破碎高硬度河卵石,局部壓力大,顎板厚,顎牙跨度大,破碎彎矩大,顎口窄而深的PE系列;2)產量為50 t/h,即不低于聯(lián)合生產線綜合產量;3)最大可進料粒徑為350 mm左右。根據這些條件,最終選定PE-400×600顎式破碎機,該破碎機處理量為60t/h,最大進料粒徑為340 mm,出料粒徑40~100 mm,電機功率30 kW,完全能夠滿足上述條件。
(5)細破設備即
反擊式破碎機型號選擇條件:1)能夠破碎強度高河卵石;2)作為終級破碎,碎石粒形能滿足公路工程有關規(guī)范對集料的質量要求,破碎的碎石長條狀、片狀能夠控制在一個較低的含量內;3)磨損件易換、耐磨;4)產量在50 t/h以上;根據這些條件,選定反擊式破碎機PF-1007,其進料口尺寸為400 mm×730 mm,最大進料邊長為300 mm,生產能力50 t/h,功率45 kW。
(6)篩分設備型號選擇條件:1)必須有3種規(guī)格材料,即5 mm以下砂、5~20 mm碎石、20~40mm碎石;2)綜合考慮工程需要、拌和機料斗配制數量等因素,需要3層篩網,篩孔分別是5、20、40mm;3)可加設供水設備,在篩分過程中進行沖洗(原料較濕破碎后篩分困難)。根據這些條件,選定圓振動篩3K21225型,其處理能力為70 t/h,電機功率5.5 kW,傾角20°,振幅8mm,篩面規(guī)格1 200mm×2 500 mm。
(7)洗砂設備選定。根據總產量要求,配置輪斗式洗砂機,型號為XS26,處理能力為50 t/h以上;輪斗直徑2 600 mm,轉速0.8~1.2 h/min,電機功率5.5 kW。
(8)皮帶機尺選定?紤]到原材料較濕易下滑的特點,采用統(tǒng)一的寬度為600 mm皮帶,皮帶機傾角控制在18°以內。從鄂破到反擊破、從反擊破到振動篩,兩支皮帶機長度選定為15 m;從振動篩出料以及從洗砂機出料,皮帶機長度為20 m(主要考慮料堆分布)。每個皮帶電機功率5.5 kW,共6X5. 5-30 kW,輸送能力為100 t/h。
(9)其他設備配置。配置50 t鏟車1臺,主要用于上料、移料;配置200 kW變壓器1臺。
2、設備安裝調試中應注意的問題
(1)鄂式破碎機的安裝。1)采用鏟車上料,靠重力下料。用人工控制流速的方式上料,上料斗為現(xiàn)場焊接(鋼板加型鋼),呈豎向傾斜簸箕形,傾斜角度為30°(有利于河卵石自動下移),料斗距地面6m高,料斗后利用河卵石原料填筑鏟車斜坡道。2)進料口下料速度控制:在料斗出料口設置可轉動擋塊,利用杠桿原理由人工控制下料量,以防下料過快堵塞破碎機入口,同時防止下料過慢而導致產量低,造成浪費。3)鄂式破碎機卡機問題預防。下料太快和超尺寸石料進入都可能造成卡機現(xiàn)象。為了減少卡機,一方面要控制超尺寸石料進入,雖然在原料采集過程中采取了各種分檢措施,仍有個別超大尺寸河卵石存在。為此,在鄂式破碎機進料口設置工作平臺,由工人及時清除超大尺寸石料。另一方面要控制下料速度,但盡管采取了多種措施,仍有少量卡機現(xiàn)象。為減少處理卡機時間,將影響降到最低,在鄂式破碎機上加設小型門架和手拉起吊葫蘆,葫蘆下方設專用夾具,一旦卡機,可利用該起吊設備將石塊盡快取出。另外,這一起吊設備為快速更換顎板提供了條件,使更換顎板的時間大為縮短。4)在實際生產中經常有鐵件掉入原材料中,進而進入反擊破碎機,造成破碎機加速損壞。為避免此類事情發(fā)生,在鄂式破碎機出口附近皮帶機上方設置強磁鐵,一旦有鐵件通過都會被磁鐵吸走,這樣可以完全避免鐵件進入,防止鐵件對設備的損壞。
(2)反擊破碎機的安裝。1)在進料口上方設置防護罩,防止飛料傷人。因為反擊破碎機是靠高速旋轉打擊石料(打擊速度為30 m/s以上),飛石的速度非常高,極易傷人。2)反擊破碎機出料口有大量飛料以極高的速度飛出,為防止大量飛料損害皮帶機皮帶,必須加設擋板,并且要經常檢查,一旦損壞及時更換,以延長皮帶壽命。3)安裝時電機軸線與破碎機轉子軸線必須平行對齊,并固定可靠,否則會經常出問題。
(3)振動篩安裝和使用中的問題。1)皮帶機在振動篩上的落料位置要加設易更換的鋼筋網(400mm×400 mm),以減少局部篩網損壞速度。如不加專門防護網,落料處篩網在1個臺班內就會損壞,造成不斷更換篩網。2)在振動篩上方加設沖水管,因為在河道內取料實際上是在水中取料,原料含水量很大(主要是細集料),加上該地區(qū)雨量大,下雨次數多,原材料含水量始終不能降下來,如不加水沖洗將造成篩分困難。3)振動篩分料斗設計加工要合理、牢固,排料順暢、不堵塞。
(4)洗砂設備安裝中應注意的問題。1)洗砂機水池頂高要低于振動篩出料口。從振動篩上加注大量水,攜帶砂粒順利進入洗砂機水池內。2)洗砂機排水口盡量設在水池中上部,排水口大小要與進水量及排水口濾網粗細相結合,既保證順利排水而不溢出,又要保證細砂不被帶走。3)減速機應安在葉輪軸齒輪下方或后方(進砂方),使減速機底座只受剪或壓力(均勻受剪或受壓),絕對不能使減速機底座局部受拉。因為減速機底座和外殼均為鑄鐵,脆性大,局部受拉致使應力集中,極易損壞。4)污水處理。該施工場地處于風景區(qū),洗砂污水必須經過處理才能排入河內。采取“雙池沉淀,分時排出,定期清淤”的處理方法,具體說就是設置2個沉淀池,第一個池底高于第二個池頂,第二個池底高于河底,每個池口設閘門一個;第一個池儲存直排污水,并有部分沉淀,待第二個池清水放掉以后,第一個池內水排入第二個池內,然后關閉第一個池的閘門,第二個池內不流動、沉淀后,將清水放入河內或再次循環(huán)利用,并定期清除池內的沉淀物。
3、質量控制
3.1原料質量控制
主要是河卵石含泥量控制。經現(xiàn)場取樣,人工剔除直徑大于50 mm卵石,檢查其含泥量為3%~5%(泥主要存在于細料之中)。為降低含泥量,采用挖掘機現(xiàn)場翻挖洗刷辦法,充分利用河卵石下的河水清洗(卵石下河水一直在流動,通過挖掘翻動,使粒徑極小的泥質被河水沖走,起到清洗作用)。經翻動清洗后,直徑50 mm以下集料含泥量絕大部分為1%以下,確保了原料的清潔度。其次是清除河卵石中的樹根等雜物。
3.2破碎后材料質量
碎石檢查結果如表1所示。從表1可以看出新生產石料的各項指標都能滿足規(guī)范的最高要求。
經試驗,砂的含泥量為0.8%,無泥塊存在,細度模數3.7,屬粗砂上限。其篩分情況如表2所示。從表2可以看出該砂屬JTJ041- 2000中的I區(qū)。通過試拌砂漿,發(fā)現(xiàn)和易性較差。
3.3改進措施
通過對洗砂沉淀物檢查分析發(fā)現(xiàn),其中70%以上為0.16、0.63 mm細砂粒,這是因為0.16~0. 63mm粒徑在洗砂過程中被水沖走,造成制出的砂偏粗,級配相對也較差。為減少細顆粒部分流失,首先對洗砂機進行改造,將洗砂機葉輪背面濾網孔由5mm改為1 mm,輸出的砂中細顆粒大量增加,但隨后出現(xiàn)了新問題,細粒多攜帶的水也多,按原有皮帶機斜度,砂大量順著皮帶機往下流,導致輸運困難。針對該情況,進一步降低輸砂的葉輪轉速,由原來的1.2 r/min改為0.5 r/min,轉速降低后,濾水時間增加,砂中含水量大大降低;同時調整皮帶機傾斜角,由18°降到10°;另外,擴大洗砂機排水口尺寸,將排水口濾網換成更細網孔的濾網,使進排水平衡。通過采取以上措施,輸出的細粒料明顯增多,其篩分試驗結果如表3所示。
經過上述改進,生產的砂中細顆粒明顯增多,細度模數明顯下降(細度模數接近3.0),試拌砂漿和砼后發(fā)現(xiàn),其和易性明顯增強,保證了制砂質量。
4、經濟效益和社會效益分析
4.1經濟效益
該工程碎石用量40 000 m3,砂用量28 000 m3。
(1)利用河卵石破碎碎石和砂,其成本如下:1)生產成本。設備投資每套40萬元,2套共計80萬元,按5年折舊,設備折舊每年16萬元。破碎設備總裝機容量260 kW,電費為68 000 m3÷31 rr13/h×2×0.8×260= 228 129元。50 t鏟車使用費按4個月、每月2.5萬元、2臺計算,共計4×2.5×2 -20萬元。2)人工費。每套設備6人,共12人,每月工資3 000元,共計3 000×12×4=144 000元。3)原料運輸費、采集費用為10元/rr13,損耗系數按1. 05計,共計68 000×1. 05×10一714 000元。4)設備安拆運輸費每套5萬元,共計10萬元?傎M用為160 000+228 129+200 000+144 000+714 000+100000 -1546129元。
(2)如果采用山外進料,碎石的外進價格為85元/m3,砂的外進價格為130元/m3,則總費用為85×40 000+130×28 000=7 040 000元。
利用河卵石制取碎石和砂的直接經濟效益為7 040 000-1 546 129=5 493 871元。
4.2社會效益
一是現(xiàn)場加工生產,可避免大量運輸砂石料對原有風景區(qū)道路的損壞;二是通過有計劃采挖河卵石,疏通了河道,有利于瀑雨期間泄洪;三是變廢為寶,河卵石不斷堆集,占用大量耕地,合理開采利用河卵石將大量減少耕地占用。
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