【封面人物】為公路病害把脈問診的姚懷新教授

        提起姚懷新教授，熟悉的人都說他是個神醫(yī)，諳熟傳統(tǒng)中醫(yī)，常常給朋友把脈問診，專治疑難雜癥。但其實他是長安大學機械學院博士、教授、研究生導師，在工程機械液壓傳動與控制、工程機械液壓牽引動力學；筑路機械施工質量控制技術等領域頗有建樹。撰寫論文60 余篇，主持編寫的《工程機械設計》、《工程車輛液壓動力學》等著作在人民交通出版社出版。20 年來，發(fā)揮自己專業(yè)特長，為根治公路建設病害，提高建設質量把脈問診。

        改革開放以來，我國公路建設實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，取得了巨大成就。然而在輝煌表象背后，公路使用壽命短，過早進入大修周期的頑疾仍無法回避，造成行車速度驟減，養(yǎng)護費用驟增，道路運行受阻，這些早期病害產生的主要原因之一是傳統(tǒng)設備、傳統(tǒng)施工工藝造成的路基不實及路面攤鋪離析。

        1997 年8 月，一批高級工程技術人員、學者、專家、教授走到一起，秉承“造最好的筑路設備，建最好的高速公路”的理念，以技術創(chuàng)新為主題，以路基強力壓實及路面抗離析為研究方向，在西安創(chuàng)辦了研制特種高端成套設備的企業(yè)——中大機械。他們執(zhí)念提升公路建設施工質量，篤定解決瀝青粒料攤鋪離析難題，締造出一段公路建設行業(yè)破解離析難題的精彩傳奇。

        本期《封面人物》專訪姚懷新教授，聽他聊聊大寬度抗離析攤鋪的那些事兒。

    “在施工過程中攤鋪質量的好壞是公路使用壽命的關鍵因素之一。”

        提高公路施工質量和使用壽命是公路建設者追求的目標，這些年來公路建設行業(yè)做了很多研究探索實踐，比如在結構設計、材料設計、材料選用以及施工過程的管理和控制等等方面，包括車輛超載的管理，目的就是一個：提高我國公路的使用壽命。但實踐中并不盡如人意，設計壽命十幾年才需要大修的公路，往往是使用了四五年就需要進入大修周期。問題出在什么地方？

        精通醫(yī)理的姚懷新教授從不拘泥于事物表象，而是直觸病根，探尋本源，這也是他多年來將研究方向聚焦在公路攤鋪抗離析領域的成功所在。

        姚懷新教授認為，攤鋪離析是造成公路使用壽命大幅縮短的關鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，國內很多高速公路，采用相同的設計，相同的材料，相同的施工管理，相同的車流量負荷，但是在施工時使用傳統(tǒng)攤鋪機往往幾年就出現(xiàn)了坑洞和修補，而抗離析攤鋪機攤鋪施工的公路，十年沒有大修。這種現(xiàn)象足以說明在施工過程中攤鋪質量的好壞是公路使用壽命的關鍵因素之一。

        姚懷新教授進一步解釋說，路面機械和通用的土石方工程機械大不相同。通用型的工程機械例如裝載機、挖掘機等追求的是工作效率和生產率，而路面機械首先要追求并保證的是施工作業(yè)質量。例如攤鋪機，首先要保證攤鋪不離析、平整度等作業(yè)質量。

        在路面機械各個門類中又有所不同，瀝青拌合站和壓路機這類設備通過結構和參數(shù)等控制，就可以解決施工作業(yè)質量的問題，而攤鋪機恰恰沒有這些結構和參數(shù)的強制性要求，沒有人提出攤鋪機必須保證哪些參數(shù)，必須具備什么樣的結構，就能夠保證攤鋪的瀝青或者水穩(wěn)層不離析。

在港珠澳大橋沉管隧道攤鋪作業(yè)的DT2000

        盡管公路施工提出了最終的驗收指標，但這些都不是設備的過程保證指標。姚懷新教授一針見血地指出，傳統(tǒng)的攤鋪機在這個問題上恰恰是追求了效率，而疏忽了質量，把攤鋪機等同于沒有作業(yè)質量要求的通用型工程機械，造成了攤鋪離析的大問題。

    由中大機械攤鋪完成的港珠澳大橋沉管隧道路面，實現(xiàn)了光潔如鏡均勻如織

        是否可以通過改變傳統(tǒng)攤鋪機的結構，并且通過保證攤鋪過程中的參數(shù)，來保證攤鋪的粒料不離析呢？姚懷新教授通過多年的研究和實踐證明，這個思路是可行的。攤鋪機必須要具備三種結構或者參數(shù)來確保攤鋪過程不離析。

        現(xiàn)代公路路面材料粒徑加大，攤鋪厚度加大，瀝青碎石可達到20cm，水穩(wěn)層更厚，材料在由攪拌站到熨平板攤鋪的過程中，離析環(huán)節(jié)增多（攪拌站卸料、料車卸料、攤鋪機收斗、螺旋布料、前擋料板下方漏料等等），僅靠2/3螺旋料位高度是不夠的?；旌狭蠞M埋螺旋也只能解決螺旋向兩側布料自身不離析的問題，而不能有效解決前道工序產生的離析，不能解決隨著攤鋪厚度增加前擋料板下方大料滾落的問題。公路施工規(guī)范中為了防止這些離析，要求不能一次性攤鋪大寬度，要求使用雙機攤鋪等工藝來保證，但是又造成了片狀離析，溫度離析、并機接縫等等問題。

泉州灣跨海大橋半幅19.5 米一次攤鋪完成

        圍繞攤鋪離析難題，姚懷新和中大機械科研團隊不懈努力尋求有效和方便的解決方案，由此誕生了現(xiàn)代抗離析攤鋪機的核心理念：封閉式料倉，混合料滿埋螺旋二次強制攪拌。姚懷新教授將抗離析核心理念以及實施效果歸結為以下三點：

        第一、前擋料板和兩端卸荷口加彈性擋板形成封閉式攪拌工作倉，不使大料滾落產生豎向離析，也可以使螺旋在封閉式料倉中強制擠壓攪拌，真正實現(xiàn)終端二次攪拌。

        第二、增加螺旋直徑、增大攪拌深度，混合料滿埋螺旋，提高二次攪拌能力，改善前道工藝離析。

        第三、增大料槽前后寬度和料位高度以增大料倉儲料容量，使前道工序產生的離析材料與料倉原有的合格材料相比，比例減小，通過螺旋二次攪拌而復原。

    “新工法的實現(xiàn)必須要有抗離析攤鋪機做保證，特點就是二次強制攪拌，沒有這個結構就稱不上是抗離析攤鋪機?！?/span>

        姚懷新教授具體解釋說，在熨平板前面的螺旋布料機位置采用封閉料槽的設計結構，形成高料位，將螺旋埋在混合料下面，這就是封閉式料倉的工作原理。

        這個過程實際上是模擬瀝青攪拌站的工作原理，在攤鋪前對混合料又加了一道攪拌的工序，這就把混合料由自卸車傾瀉入攤鋪機前產生的離析問題解決了。

        通過強制的擠壓攪拌，不僅解決了離析問題，而且混合料預密實度也提高了。尤其是攤鋪水穩(wěn)層，提高密實度后，由此降低了路面松鋪系數(shù)，碾壓以后形成的平整度也由此提高。                           

        對于有觀點提到的通過增大攤鋪機振動梁夯錘振幅來提高密實度，姚懷新教授認為夯錘的振幅和頻率的提高，對于水穩(wěn)層預密實度的提高并沒有實際作用。夯錘的振幅只有兩三個毫米，水穩(wěn)層厚度在40 公分左右，兩三個毫米的下降量對40 公分的高度上，并不能增加多少的預密實度，夯錘的兩三個毫米的壓實量，主要是針對瀝青攤鋪提高密實度，對于大厚度的水穩(wěn)層攤鋪來說并沒有實際作用。

在陜西寶漢高速平漢段上攤鋪作業(yè)的DT1900

        那么水穩(wěn)層攤鋪如何提高密實度呢？姚懷新教授提出必須要依靠攤鋪機內部結構將攤鋪料強制密實。如果內部的預密實度不高，或者預密實度不均勻的話，即使表面再抹平，但是碾壓下去就容易暴露出問題。也就是說提高大厚度水穩(wěn)層的預密實度，是保證水穩(wěn)層攤鋪平整度的條件。解決辦法是通過強制的擠壓，讓內部均勻密實，而不是夯錘。具備這種作業(yè)原理的攤鋪機才可以稱作現(xiàn)代抗離析攤鋪機。

        姚懷新教授總結到，正是因為解決了離析問題，才可以突破傳統(tǒng)的工法，實現(xiàn)瀝青的大寬幅攤鋪，實現(xiàn)水穩(wěn)層上下兩層一起攤鋪。新工法的實現(xiàn)必須要有抗離析攤鋪機做保證，抗離析攤鋪機的特點就是二次強制攪拌，這是必須要達到的結構特點，沒有這個結構就稱不上是抗離析攤鋪機。

    “單純提高發(fā)動機功率，而不加大螺旋驅動功率，根本無法實現(xiàn)抗離析攤鋪。”

        在機器的功率配置上，姚懷新教授指出，現(xiàn)代抗離析攤鋪機相比傳統(tǒng)攤鋪機，必須要在強制攪拌的功率，也就是螺旋的功率上大大增加。傳統(tǒng)攤鋪機螺旋的驅動功率是整機功率的三分之一，而抗離析強制攪拌攤鋪機，螺旋功率要占到整機功率的三分之二以上，比傳統(tǒng)攤鋪機的螺旋攪拌功率大一倍，這是抗離析攤鋪機實現(xiàn)抗離析攤鋪作業(yè)的強制性要求。

        近幾年市面上出現(xiàn)一些所謂的“抗離析攤鋪機”，僅僅是提高了整機功率，姚懷新教授毫不留情地批判到，單純提高發(fā)動機功率，而不加大螺旋驅動功率，根本無法實現(xiàn)抗離析攤鋪?？闺x析攤鋪機可以提高攤鋪速度，提高攤鋪厚度，提高作業(yè)效率，而這些效果必須都是在滿足作業(yè)質量的前提下實現(xiàn)。無法滿足作業(yè)質量，單獨提到任何一項效果都是一種不負責任的浮夸。

        因此，姚懷新教授強烈建議將攤鋪機螺旋料位高度、封閉料倉、驅動功率等抗離析條件作為攤鋪機的技術條件和施工規(guī)范的約束條件。以此正本清源，抵制利用抗離析攤鋪的概念混淆視聽、浮夸營銷的錯誤行徑。

        黨的十九大報告明確指出，堅持質量第一、效益優(yōu)先，突出關鍵共性技術、現(xiàn)代工程技術創(chuàng)新，在質量變革、效率變革、動力變革中推動高質量發(fā)展，為建設質量強國、交通強國等提供有力支撐。這些重要要求，從全局和戰(zhàn)略高度指明了公路水運工程質量提升的主要目標和努力方向。

        在以往高等級公路的建設中，路面的底基層、基層和面層攤鋪，同一種集料本應全寬全厚攤鋪，由于受攤鋪設備和壓實設備能力限制，水穩(wěn)層的分層并機攤鋪和瀝青層的并機攤鋪，是不得已而為之的辦法。如今，陜西中大機械抗離析攤鋪工藝設備已經越來越成熟，經過時間的驗證，使用抗離析、大寬度、大厚度整體成型新工藝及其配套的特種成套高端設備建設的路面，很多都通車十年仍然無坑洞、補丁，使高速公路的使用壽命延長了一倍以上，并且成功實現(xiàn)了20 米泉州灣跨海大橋的一次性抗離析攤鋪，得到越來越多公路建設者的青睞。在舉世矚目的港珠澳大橋島隧工程路面攤鋪建設中也立下赫赫戰(zhàn)功，被中央電視臺新聞聯(lián)播報道，代表中國自主研制的大國重器在伶仃洋上鋪出最美彩虹。

        20 年彈指一揮間，中國通車的高速公路已經超過13 萬公里，中大機械設備參建了其中的4 萬多公里，獲得贊譽無數(shù)。面對成績，姚懷新教授始終保持著傳統(tǒng)老中醫(yī)的內斂和堅韌?！敖煌◤妵揽恳粋€又一個的品質工程來實現(xiàn)，而打造品質工程最經濟有效的辦法是采用先進的設備和工藝?！?br style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;"/>

        路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。