新型组合手推式灌缝机在水泥混凝土路面灌缝作业的应用

■龚晓琳

（宁德市公路事业发展中心，宁德 352100）

截至2020 年底，全国公路总里程达519.8 万km[1]，其中水泥混凝土路面约310 万km。 “十三五”期间，福建省公路总里程突破11 万km[2]，其中农村公路9.3 万km。 由于地理原因，福建总里程70%以上都是水泥公路，可见水泥路在福建省乃至全国的公路体系中都占有极其重要的位置。

目前，我国公路已由建养并重进入以养护为主的时期，水泥混凝土路面的养护尤其是伸缩缝的养护成为重要问题。 及时对路面进行灌缝作业是一种有效且经济的养护技术措施。 随着交通量的急剧增长，养护经费预算的日趋紧张，水泥混凝土路面清灌缝施工不但要尽量少占车道面积、 缩短作业时间，还要最大限度降低施工成本。 水泥混凝土路面伸缩缝是人为切割而成，针对其缝隙平直、宽窄均匀的特点，如何在现有灌缝设备的基础上，通过设备组合、技术改进，达到灌缝作业过程占道小、速度快、成本低的目的，经过一年多来的实践探索，已取得一定成果。

1 灌缝机现状分析

国内外现有灌缝机产品已不少[3]，按机型大小和行走方式可分为大型车载或拖挂式和小型手推式；按作业方式可分为手持长管灌缝作业和手推喷嘴灌缝作业；按灌缝料的加热方式可分为燃烧器直接加热料桶、燃烧器通过导热油加热料桶、液化气加热料桶以及发动机尾气或电热丝加热料桶。 目前使用较普遍的主要2 种机型：一种是大型车载或拖挂机型，采用燃烧器通过导热油加热固态密封胶并通过长管喷枪以手持方式将灌缝料注入缝隙，该机型优点是料桶容量大、加热效果好、一次性灌缝里程长、手持长管作业容易控制出料量，适合沥青路弯曲裂缝施工，其缺点是结构笨重庞大、占道面积多、需2 人配合工作效率低、施工成本高、长输送管容易堵塞更换费用高；另一种是小型手推式机型，采用发动机尾气加热灌缝料，手推灌缝机在前行中将灌缝料通过喷嘴注入伸缩缝，该机型的优点是结构轻巧灵活、占地面积小、单人手推灌缝匀速平直，适合水泥路伸缩缝特点，其缺点是尾气加热速度慢、料桶小一次性灌缝里程短、缝隙填缝料的饱满度差。2 种机型主要性能参数对比见表1。

表1 大、小型灌缝机性能参数比较

综上分析，若采用大型车载或拖挂式灌缝机实施水泥路灌缝作业，从设备的适应性及经济性角度考量都是不理想的。 选用适合水泥路伸缩缝平直特点的手推式小型灌缝机并加以改良，是解决目前水泥路灌缝施工难题的关键。

2 技术改进方案

2.1 基于占道少、提高灌缝速度的改进思路

路面清灌养护作业过程中必须实行交通管制，直接影响车辆正常通行，甚至会造成交通堵塞。 经分析对比，在机型上首选手推式灌缝机，在组合配套上通过外配灌缝料加热装置以提高其灌缝材料的加热速度，达到大型灌缝设备的加热效果。

2.2 基于提高伸缩缝填缝料饱满度的改进思路

由于手推式灌缝机固有的喷头离地结构造成伸缩缝填缝料无法一次性填满，必须通过改进其喷头结构形态以适应快速灌缝的作业要求。

3 手推式灌缝机的组合配套及技术改进

3.1 组合配套灌缝料加热釜

为了解决手推式灌缝机灌缝料加热速度慢与施工进度快的矛盾，组合配套外设辅助加热装置是一种行之有效的手段。 由于灌缝材料在常温下是固态，且热传递性差，若直接利用液化气或电热棒进行加热，虽简单省事，却容易导致灌缝料加热至老化；若选用导热油加热的方法，虽可解决加热老化问题，但其设备结构复杂笨重、热效率低，不适合与小型手推式灌缝机配套。 近年来，与相关厂家共同开发出一种能为灌缝机提供足够数量且质量符合要求的热灌缝料的加热釜。 针对沥青特点，加热釜采用自动柴油燃烧器对转动储料桶（加热筒）进行加热的方式，间接使桶内灌缝料熔化升温，较导热油加热方式设备结构更紧凑轻巧。 其独创的筒外壁加热和滚筒技术， 使灌缝料在转动筒内均匀加热，热交换更全面均衡；料温由温度传感器通过PLC 监测，自动控制燃烧器点火燃烧时间以达到设定温度要求，避免灌缝料出现老化现象。 作业时，通过桶底部放油开关按需要量放出灌封材料。 组合配套解决了原手推式灌缝机加热慢的难题，大大提高其施工速度。 整体结构采用车载移动式，可停放路边或外围，占道少。 其组合配套结构如图1 所示。

图1 灌缝料加热釜与手推式灌缝机的组合配套

3.2 灌缝机喷嘴的改进

手推式灌缝机是使机器在推移过程中将灌缝料顺着缝隙顶部流到底部以完成灌缝作业。 为便于推移，原设计的喷嘴是离地1～2 cm 的悬浮式结构，虽操作简便，但存在灌缝质量问题的缺陷，即缝隙中填料的饱满度不够，致使部分伸缩缝中的灌缝料高度不足（凹陷），达不到技术要求。 通过深入研究发现，采用悬浮式喷嘴，当灌缝料离开喷嘴后便由路面往缝隙底部自上而下流动，因受到缝隙处冷却（温差）和缝隙壁阻力（粗糙）的影响，灌缝料流到底部产生滞后现象。 究其原因，如图2 所示，开始状态下缝隙底部料总是滞后于上部料，灌满状态下显现出倒锥形状；由于灌缝机的行进速度取决于目视到灌缝料露出高度（饱满即走）的作业方式，以及缝隙深浅不一， 在某些路段可能发生下沉凹陷的现象，使得灌缝机在行进中无法一次性灌满，必须进行二次补灌，造成施工进度缓慢和材料浪费。 为解决灌缝料流动滞后问题，如图3 所示，将悬浮式喷嘴改为针入式喷头， 作业中针入式喷头可插入缝隙底部，使灌缝料由底部往顶部翻滚灌满，形成稳定锥形状，当目视到灌缝料露出标准高度再往前行进继续灌缝作业，缝隙里的料因填充饱满就不会发生塌陷现象，做到一次性灌满，达到即速灌满即速前移的效果，有效提高施工速度和质量。 图4 中为原悬浮式喷嘴和改进后的针入式喷头结构比对图。

图2 悬浮式灌缝状态

图3 针入式灌缝状态

图4 灌缝机改进前后悬浮式喷嘴与针入式喷头结构对比图

3.3 手推式灌缝机改造配套后性能对比

从灌缝料加热时间、外配加热釜缩短加热时间对施工速度的影响、改针入式喷头对灌缝料饱满度及施工速度的影响等方面，对组合配套及技术改进前后的手推式灌缝机进行了对比，见表2。

表2 手推式灌缝机改造配套前后性能对比

4 工程应用效果

经改进的灌缝料加热釜1 台、针入式喷头灌缝机4 台在G104 线和省道S306 线经过一年多来的施工试验和应用，完成85 km 灌缝任务，实际情况和效果如下：1 台加热釜供给4 台灌缝机所需的热灌缝料。 加热釜容量120 L，加热1 次时间大约30 min，一天加热4 桶，即可满足4 台灌缝机的用料需求。通过组合配套，灌缝机不用再等料加热熔化，可做到每台灌缝机料桶内的灌缝料用完即可添加新料继续灌缝施工； 灌缝机喷头改悬浮式为针入式，直观可见灌缝料由下而上翻滚填满缝隙，行进速度较以前稍慢，但一次即可填满，不会出现凹陷现象，灌完的填缝料平直饱满美观，解决了以往需部分补灌问题，提高了灌缝效率。 组合配套加热釜供料和针入式喷头的应用，使单机的施工速度由平均每天1000 多延米提高到近2000 延米；与使用同样的人员和相近的机械配置费用的大型灌缝机相比，施工速度是大型机的3～4 倍，施工成本可降低1 倍以上，真正达到占道少、速度快、质量好、成本低的效果（表3）。

表3 现场灌缝施工大、小机型使用情况统计

5 结语

通过实践对灌缝机进行筛选并加以组合改进，提出对手推式灌缝机进行组合配套和技术改进的方法，即组合配套1 台车载滚筒式加热釜，统一供应热熔灌缝料， 解决手推式灌缝机加热慢的问题，并将原灌缝机悬浮式出料喷嘴改为针入式喷头，解决填缝料的饱满度问题， 明显提高灌缝速度和质量，并在G104 线和省道S306 线得到广泛应用。 经过一年多来工地的实际使用证明，采用该方法施工占道少、速度快、质量好、成本低，可有效解决目前水泥路面灌缝施工面临的交通量大、养护经费预算少等难题。