援川工程江油市厚壩鎮至六合鄉公路項目（簡稱厚六路項目），路線全長21.5 km，按山嶺重丘區三級、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，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，發現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。考慮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。考慮到安裝調試需要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。考慮到原材料較濕易下滑的特點，采用統一的寬度為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，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。通過試拌砂漿，發現和易性較差。
3.3改進措施
    通過對洗砂沉淀物檢查分析發現，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），試拌砂漿和砼后發現，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。總費用為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
    一是現場加工生產，可避免大量運輸砂石料對原有風景區道路的損壞；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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