مقدمة ومراجعة لآلات إنشاء وصيانة الطرق

تُعد آلات إنشاء الطرق من المعدات الأساسية المستخدمة في البناء وتطوير البنية التحتية. تسهّل هذه الآلات الحفر والتسوية والدمك ومناولة المواد، ولذلك تؤدي دورًا مهمًا في مشاريع الهندسة المدنية.

آلات إنشاء الطرق: نقل الخرسانة

المهم في نقل الخرسانة هو الحفاظ على تجانسها أثناء النقل ومنع التغير الكبير في الهبوط، أي إبقاء نسبة الماء إلى الأسمنت ثابتة تقريبًا. يصف هذا القسم بإيجاز الدامبر وخلاطة الشاحنة كمعدات لنقل الخرسانة.

آلات إنشاء الطرق: الدامبر

الدامبر مركبة نقل صغيرة مناسبة للاستخدام داخل موقع البناء. ووفق المصدر، يكون أنسب عندما تقل مسافة النقل عن كيلومتر واحد. أثناء النقل يجب الحد من انتقال الاهتزاز إلى الخرسانة، كما ينبغي استخدام الخرسانة المحضرة خلال مدة أقصاها 45 دقيقة.

آلات إنشاء الطرق: خلاطة الشاحنة

تُعرف شاحنة نقل الخرسانة ذات الأسطوانة الدوارة باسم خلاطة الشاحنة. تُستخدم لنقل الخرسانة بسرعة من محطة الخلط إلى موقع الصب، ويمكن استخدامها أيضًا لمسافات أطول. يذكر المصدر سرعة للأسطوانة تتراوح بين 4 و12 دورة في الدقيقة، ويشير إلى أن خط توصيل مضخة الخرسانة ينبغي أن يتكون من مقاطع لا يزيد طول كل منها على 3 أمتار. عند استخدام خلاطة الشاحنة يجب استهلاك الخرسانة المحضرة خلال 90 دقيقة كحد أقصى. ولا يجوز إضافة الماء أو الأسمنت أو مواد أخرى أثناء التفريغ لأن ذلك قد يقلل مقاومة الخرسانة؛ وأي تعديل مطلوب ينبغي أن يتم في تصميم الخلطة وفي محطة الخلط.

آلات إنشاء الطرق: إنتاج الخرسانة وخلطها

الشرط الأساسي في إنتاج الخرسانة هو أن يكون الخليط متجانسًا وموحد المظهر وأن تكون أسطح الركام مغطاة بالكامل بعجينة الأسمنت.

مراحل إنتاج الخرسانة آليًا:

قياس الرمل والركام والأسمنت / تحميلها في الأسطوانة أو القادوس / الخلط الجاف / إضافة الماء / إعادة الخلط / النقل إلى موقع الاستخدام / تفريغ الخرسانة. يصف هذا القسم بإيجاز خلاطات الخرسانة ومحطات الخلط كمعدات لخلط الخرسانة.

آلات إنشاء الطرق: خلاطة الخرسانة

تُستخدم خلاطة الخرسانة لإنتاج دفعات صغيرة نسبيًا من الخرسانة. يصف المصدر سعات شائعة تقارب 250 إلى 750 لترًا، ويعتبر هذه الطريقة مناسبة عندما يكون كل من الحجم الإجمالي للمشروع وحجم الصب اليومي متوسطًا، في حدود 25 إلى 30 مترًا مكعبًا يوميًا. وبما أن العمال قد يقيسون المواد حجميًا، فقد تحدث أخطاء في القياس وتتفاوت مقاومة الخرسانة بين الدفعات، لذلك يلزم التحكم بعناية.

آلات إنشاء الطرق: محطة الخلط

محطة الخلط هي قلب محطة إنتاج الخرسانة. تغذي المضخات ومعدات النقل الأسمنت من الصوامع والركام من المخازن إلى الخلاط بنسب محددة، بينما تزود مضخة الماء كمية مضبوطة من الماء. تُخلط المواد ثم تُفرغ في خلاطة شاحنة. ويُعبَّر عادةً عن سعة محطة الخلط وفق حجم الخلاط. يذكر المصدر أن أحجام الخلاطات 0.5 و0.75 و1 متر مكعب شائعة في إيران، وأن طاقات الإنتاج قد تبلغ نحو 40 إلى 120 مترًا مكعبًا في الساعة عند الطلب اليومي الأكبر. وبما أن عملية الخلط المركزية مؤتمتة، يُفترض أن تقل الاختلافات في الخرسانة المنتجة في اليوم نفسه أو في أيام عمل مختلفة. تُحمَّل المواد في أنظمة الوزن، وتُتحكم النسب من غرفة التحكم وفق تصميم الخلطة، ويُنقل الركام إلى الخلاط، ثم تُضاف كميات مضبوطة من الماء والأسمنت قبل تفريغ الخرسانة الجاهزة.

آلات إنشاء الطرق: صب الخرسانة وتفريغها

عند صب الخرسانة من المهم أن يدخل الخليط المنقول إلى القالب دون انفصال مكوناته. ولأن السقوط الحر قد يفصل حبيبات الركام، ينبغي تقليله قدر الإمكان. يمكن صب الخرسانة باستخدام المزاليق ومضخات الخرسانة والدلاء والرافعات وأنظمة السكك والعربات أو السيور الناقلة. يناقش هذا القسم بإيجاز مضخات الخرسانة الثابتة والمتحركة والرافعات كمعدات لصب الخرسانة.

تتوفر مضخات الخرسانة في شكلين رئيسيين:

1) مضخات ثابتة أو أرضية؛ 2) مضخات متحركة أو بذراع. تناسب مضخات الخرسانة الصب على ارتفاعات كبيرة. يعتبر المصدر الخرسانة ذات محتوى أسمنت يقارب 300 إلى 350 كغ/م³ مناسبة للضخ، ويوصي بإضافات حابسة للهواء، ويذكر أنه لا ينبغي استخدام المسرعات. ويُعطى هبوط خرساني يقارب 5 إلى 15 سم كقيمة مناسبة. يضع الضخ الخرسانة مباشرة في موقع الاستخدام، فيقلل الحاجة إلى وسائل نقل أخرى ويكون مفيدًا خصوصًا عندما يكون الوصول صعبًا أو محدودًا. كما يمكن أن يقلل هدر المواد والحاجة إلى العمالة. ووفقًا للمصدر، تستطيع مضخات كثيرة توصيل الخرسانة إلى ارتفاع يقارب 25 مترًا ومسافة أفقية تقارب 60 مترًا، ويمكن لمضخات الضغط العالي تجاوز ذلك. غالبًا ما تُضخ الخرسانة الحديثة عبر خطوط توصيل لمسافات طويلة وإلى مواقع يصعب الوصول إليها بوسائل أخرى. يتكون نظام الضخ النموذجي من قادوس وأنابيب توصيل ومضخة. تستخدم كثير من المضخات ذات الفعل المباشر مكبسًا أفقيًا وصمامات نصف دوارة مصممة لتمرير الركام الخشن. تدخل الخرسانة إلى المضخة بوزنها وبفعل شفط المكبس؛ ثم يغذي التتابع المتناوب للصمامات الخرسانة إلى الأنبوب ويحافظ على امتلائه. ويذكر المصدر إمكانية تحقيق إنتاج يصل إلى نحو 60 م³/ساعة باستخدام أنابيب يصل قطرها إلى 220 مم.

آلات إنشاء الطرق: الرافعة

تتكون الرافعة من مقصورة للمشغل وذراع شبكي طويل وآلية الرفع، وتُستخدم عمومًا لرفع الأجسام الثقيلة ونقلها. ويمكن تركيب ملحقات مختلفة في نهاية الذراع لاستخدامات أخرى. قد تكون الرافعات ميكانيكية أو هيدروليكية، إلا أن الآلات الحديثة هيدروليكية في الغالب.

آلات إنشاء الطرق: معدات الدمك

تُستخدم معدات الدمك لتجهيز طبقات التأسيس ودمك المساحات الصغيرة. يذكر المصدر قوى دمك تقارب 1.5 إلى 3 أطنان حسب نوع الآلة. وتنتج هذه المعدات بتصاميم مختلفة، منها الصفائحية والمثبتة على نوابض، وبمحركات بنزين أو ديزل. تُستخدم لدمك القنوات والخنادق المحفورة في الشوارع وتجهيز الأسطح قبل فرش الأسفلت النهائي. كما يناقش المصدر الضواغط المستخدمة لحفر الأسطح، ويشير إلى استخدام ضواغط الهواء في الحفر واسع النطاق للآبار التقليدية والاستكشاف البحري، وغالبًا ما تعمل بوقود الديزل.

آلات إنشاء الطرق: الجريدر

يُستخدم الجريدر لإنشاء الميول وتشكيل الجسور الترابية وواجهات القطع وتسوية أسطح الأعمال الترابية وحفر الخنادق وخلط المواد البيتومينية والتربة ونشرها. ويمكن استخدامه أيضًا ككاسحة ثلج ولتنظيف الموقع وإزالة الطبقات السطحية الضعيفة. يمكن للتشغيل الدقيق للجريدر أن يخفض تكاليف المشروع بدرجة كبيرة. ويُسمى نقل التربة من المناطق المرتفعة إلى المنخفضة بالجريدر غالبًا بالموازنة، بينما يسمى التشكيل والضبط النهائي لكل طبقة من الطريق بالتسوية النهائية.

آلات إنشاء الطرق: البلدوزر

البلدوزر مناسب لتسوية المواقع وإنشاء الطرق وتسوية الأراضي غير المستوية. ينشر التربة على مسار الطريق ويملأ المنخفضات ويقطع التربة لإنشاء الطرق ويزيل التربة السطحية أو الرواسب المعدنية، كما يمكن أن يساعد في تنفيذ أعمال التصريف. ويصفه المصدر بأنه مفيد خصوصًا للقطع الجانبي على المنحدرات الجبلية وتفتيت الأرض الصلبة أو الصخرية دون تفجير. ويذكر أن الآلة يمكنها العمل على ميول تصل إلى 100%، أي نحو 45 درجة.تُستخدم البلدوزرات ذات العجلات على الأرض الصلبة والمتوسطة، بينما تُفضل المجنزرة على الأرض اللينة أو الرملية. للبلدوزرات تطبيقات كثيرة، منها إزالة النباتات وجذوع الأشجار، وفتح طرق الوصول الأولية في التضاريس الجبلية والصخرية، ودفع كميات كبيرة من التربة، ومساعدة الكاشطات، ونشر الردم، وبناء أكوام ترابية بجانب القنوات المحفورة، وإزالة مخلفات البناء، وصيانة الطرق الترابية المؤقتة، وتنظيف حفر المناجم. يستخدم البلدوزر شفرة أمامية تعمل ميكانيكيًا أو هيدروليكيًا ويمكن رفعها وخفضها. ويفرق المصدر بين البلدوزر التقليدي ذي الشفرة الثابتة والـ angle dozer الذي يمكن إمالة شفرته لدفع المواد إلى الأمام والجانب. ويُذكر أن دوران شفرة الـ angle dozer في المستوى الرأسي يقارب 30 إلى 40 درجة. وقد يزود البلدوزر أيضًا بكسارة خلفية لتفتيت الأرض الصلبة. وتسمى البلدوزرات المفصلية ذات العجلات أحيانًا بالآلات المفصلية أو ذات المحور المركزي؛ إذ يحسن المفصل قدرتها على المناورة. ومعظم البلدوزرات التقليدية مجنزرة، ويمكن استخدامها أيضًا لجر معدات أخرى مثل الكاشطات.

آلات إنشاء الطرق: الشاحنة القلابة

الشاحنة القلابة مركبة مناسبة لنقل مواد البناء والبلوكات. يذكر المصدر سعات تقارب 4 إلى 40 مترًا مكعبًا، ويصف الشاحنات القلابة بأنها حل فعال لنقل المواد في مواقع البناء الكبيرة.

الشاحنة

رغم إمكانية نقل المواد الترابية أيضًا بالكاشطات أو السيور الناقلة أو القطارات، فإن الشاحنات هي الوسيلة الأكثر شيوعًا. سرعتها المرتفعة نسبيًا على الطرق المناسبة وسعاتها الكبيرة قد تخفض تكلفة النقل للوحدة. كما تتمتع أساطيل الشاحنات بالمرونة لأن عدد المركبات المخصصة للمشروع يمكن زيادته أو تقليله بما يتناسب مع الإنتاج المطلوب. يقسم المصدر الشاحنات إلى شاحنات صلبة تقليدية وشاحنات مفصلية. وتشمل الصلبة نماذج للطرق العامة وخارج الطرق؛ ويمكن بناء شاحنات خارج الطرق بأحجام وسعات ضخمة تبلغ عدة مئات من الأطنان، وتشيع فيها أجسام التفريغ. تتميز الشاحنات القلابة بمرونة عالية في نقل المواد، ولا سيما النماذج المخصصة للطرق التي يمكن نقلها بسهولة بين المشاريع. وقد تعمل بالديزل أو البنزين، بمحور قيادة واحد أو أكثر، وبمحورين أو ثلاثة. أما الشاحنات المفصلية فتتكون من وحدة محرك/قدرة وجسم حمولة متصلين بمفصل، وهي ناقلات متخصصة لنقل المواد الترابية.

اللودر:

اللودر من أكثر الآلات تنوعًا في أعمال البناء والهندسة المدنية. ويُنتج بأحجام عديدة، ويمكنه تنفيذ مهام كثيرة بفضل حركته ومرونته وإمكانية تبديل الجرافات والملحقات. تشمل الاستخدامات النموذجية إنشاء الجسور الترابية وحفر الأقبية وردم الخنادق ووضع التربة حول الأنابيب المدفونة وتحميل الشاحنات ونقل الخرسانة إلى القوالب ورفع مواد البناء ونقلها. ويمكن للملحقات تحويل اللودر إلى آلة لإزالة الثلوج أو حفر الخنادق أو مناولة الأنابيب ومدها أو الرفع أو العمل بأسلوب الرافعة الشوكية. تستخدم اللوادر على نطاق واسع لنقل المواد السائبة وتحميل الشاحنات والحفر. وتُستخدم اللوادر ذات العجلات عادةً على الأرض الصلبة والمتوسطة، بينما تُفضل المجنزرة على الأرض اللينة والرملية.

أنواع اللوادر:

– اللوادر ذات العجلات:

تُنتج اللوادر ذات العجلات بأحجام من الصغيرة إلى الكبيرة جدًا. توفر الإطارات الهوائية الكبيرة حركة وسرعة عاليتين مع ضغط منخفض نسبيًا على الأرض، ويمكن ضبطه إلى حد ما بتغيير ضغط الإطارات. قد تتلف الصخور الحادة الإطارات، كما قد يصعب تشغيل اللوادر ذات العجلات في الأرض المبتلة أو الموحلة. ويمكن استخدام سلاسل حماية للإطارات لتقليل الضرر وزيادة الجر، كما تحسن الإطارات الحديثة ذات النقشة الثقيلة العمل في المناطق الصخرية. قد تستخدم اللوادر إطارات هيكلية صلبة أو مفصلية. تربط الهياكل المفصلية، الشائعة خصوصًا في اللوادر الأكبر، القسمين الخلفي والأمامي بمفصل وتوفر قدرة أفضل على المناورة ونصف قطر دوران أصغر من الهياكل الصلبة. تستخدم اللوادر الحديثة أنظمة توجيه وتحكم هيدروليكية وكهربائية لتحسين راحة المشغل والأداء. تتجه اللوادر الصلبة التقليدية بحركة العجلات، بينما تتجه الآلات المفصلية بواسطة أسطوانات هيدروليكية عند المفصل.

– اللوادر المجنزرة:

تؤدي اللوادر المجنزرة وظائف مشابهة للودر ذي العجلات، لكن ضغطها الأقل على الأرض يسمح لها بالعمل على أرض قد لا تتحمل اللوادر ذات العجلات. يساعدها الجر العالي على الاستفادة الفعالة من قدرة المحرك أثناء الحفر، كما تلغي الجنازير خطر قطع الإطارات بالصخور الحادة. يذكر المصدر أن اللوادر المجنزرة تستطيع العمل على ميول جانبية تصل إلى نحو 35% مقابل نحو 15% للودر ذي العجلات، ويمكنها صعود ميول تصل إلى نحو 60% مقابل نحو 30% للآلات ذات العجلات. إلا أن سرعة حركتها أقل بكثير، لذلك تنخفض الكفاءة عندما تكون مسافات النقل والعودة طويلة.

– اللودر الخلفي (Backhoe Loader)

اللودر الخلفي هو في الأساس لودر صغير مزود بملحق حفارة في الخلف ويُستخدم للأعمال الخفيفة. تجمع خصائصه العامة بين اللودر والحفارة. ولأنه يؤدي وظيفتين، يُستخدم كثيرًا في المشاريع الأصغر، وخاصة أعمال حفر الخنادق. تختلف قوة حفر الحفارة الخلفية باختلاف هندسة الذراع وزاوية الأرض ونطاق العمل، وتوفر الشركات المصنعة مخططات أداء لتكوينات الآلة المختلفة.

الكاشطة

تقوم الكاشطة بتحميل المواد الترابية ونقلها وتفريغها لمسافات متوسطة إلى طويلة نسبيًا دون الحاجة إلى آلات منفصلة للتحميل والنقل. ولها ثلاثة أقسام رئيسية: الوعاء أو حجرة الحمولة، والبوابة الأمامية، والجدار الخلفي القاذف. يحتوي الوعاء المفتوح عادةً على حافة قطع قابلة للاستبدال عند الحافة الأمامية السفلية؛ وأثناء التحميل تخترق هذه الحافة التربة وتقطعها وتوجهها إلى الوعاء. ويمكن رفع الوعاء وخفضه. وفي الكاشطات الرافعة يحل ناقل رافع محل البوابة الأمامية التقليدية أو يكملها. ويتحرك القاذف الخلفي للأمام والخلف لدفع المادة إلى الخارج أثناء التفريغ. قد تكون الكاشطات ذاتية الدفع أو مجرورة، وإن كانت الأنواع غير المزودة بالطاقة أقل شيوعًا اليوم. كثير منها وحدات بمحور واحد تُحمل أوزانها الرأسية وتوازنها بواسطة الجرار القاطر. وقد تكون الجرارات القاطرة ذات عجلات أو مجنزرة. وهناك تكوينات تجمع جرارًا بمحور واحد وكاشطة في وحدة tractor-scraper متكاملة. ويمكن جر الكاشطات ذات المحورين بجرارات مجنزرة. ويشير المصدر إلى أن تكوينات الكاشطة المجرورة بجرار مجنزر أصبحت نادرة نسبيًا.

الجرار

الجرار من أهم الآلات في إنشاء الطرق والمباني وله استخدامات كثيرة. وظيفته الأساسية دفع الأحمال أو جرها. ويمكن تركيب ملحقات عديدة عليه، منها معدات الحفر والكسارات الخلفية وشفرات البلدوزر وواضعات الأنابيب ذات الذراع الجانبي والشفرات المائلة وآلات شق الخنادق. كما يمكن للجرارات جر الكاشطات والعربات وغيرها من المعدات. تعمل عمومًا بمحركات ديزل، غالبًا مزودة بشاحن توربيني، وتتوفر بناقلات حركة تقليدية أو أوتوماتيكية.

أنواع الجرارات:

أ) الجرارات المجنزرة: تُنتج بأحجام كثيرة وتُصنف عادةً حسب الحجم والوزن والقدرة. وزن الآلة مهم لأن أقصى قوة جر تحددها حاصل ضرب وزن الآلة في معامل الجر عند سطح الأرض، بغض النظر عن قدرة المحرك المتاحة. تسمح الجنازير بالعمل على تربة منخفضة القدرة على التحمل مع توفير جر مفيد. ب) الجرارات ذات العجلات: تُصمم لتوفير سرعة حركة أكبر عند جر الكاشطات أو دفعها وتنفيذ أعمال مشابهة. وتتوفر بتكوينات ذات عجلتين أو أربع عجلات. يحتاج الجرار ذو العجلتين عادةً إلى العمل مع آلة أخرى، مثل الكاشطة، للحفاظ على الثبات. وتتوفر الأنواع ذات الأربع عجلات بمحور قيادة واحد أو محورين. وقد تحد هشاشة الإطارات على الأرض الصخرية الحادة من استخدامها، رغم إمكانية تركيب سلاسل حماية لتقليل الضرر وتحسين الجر.

الحفارات:

 كانت الحفارات من أوائل آلات البناء الحديثة المستخدمة في تحريك التربة. وتُستخدم أساسًا لحفر التربة وتحميلها في الشاحنات أو المقطورات أو الناقلات. ويمكن للآلات الأقوى حفر معظم أنواع التربة باستثناء الصخور الصلبة دون تكسير أولي. تتكون الحفارة من ثلاثة أقسام أساسية: الهيكل السفلي، والبنية العلوية الدوارة أو البيت، والملحق الأمامي. تكون الهياكل السفلية عادةً مجنزرة أو ذات عجلات. يوفر الهيكل المجنزر منصة مستقرة وحركة جيدة داخل موقع الحفر وضغطًا منخفضًا على الأرض بسبب مساحة التلامس الكبيرة، ما يجعله مناسبًا للتربة اللينة؛ كما توفر الجنازير جرًا إضافيًا حيث يوجد خطر الانزلاق. عيبه هو انخفاض سرعة الحركة. أما الهياكل ذات العجلات فتتحرك أسرع وقد تكون أنسب للأعمال الصغيرة التي تتطلب انتقالات متكررة فوق أسطح صلبة. ويفرق المصدر بين الحفارات ذات العجلات ذاتية الدفع والحفارات المركبة على هيكل شاحنة، ويذكر سرعات قصوى تقريبية تبلغ 50 و80 كم/ساعة على التوالي.

أنواع الحفارات:

أ) حفارة خلفية: تُعرف أيضًا بعدة أسماء محلية وقد تكون ميكانيكية أو هيدروليكية وهي مناسبة للحفر. ب) حفارة تعمل بالكابلات: بنية علوية دوارة مركبة على هيكل متحرك مع ملحق حفار أمامي؛ ويصف المصدر منها أنواعًا ميكانيكية وهيدروليكية. ج) Dragline: تتكون من بيت للمشغل وذراع ودلو سحب وكابلات للتحكم في أجزائها المختلفة. ويمكنها الحفر أعلى أو أسفل مستوى ارتكازها وتعمل على أنواع عديدة من الأرض. ذراعها الطويل مفيد للحفر والتفريغ، كما أن قصر دورة العمل من مزاياها. د) الرافعة: تتكون من مقصورة مشغل وذراع شبكي طويل وآلية رفع، وتستخدم عادةً لرفع الأجسام الثقيلة ونقلها. ويمكن توصيل ملحقات مختلفة بالذراع لاستخدامات أخرى. وقد تكون الرافعات ميكانيكية أو هيدروليكية، مع شيوع الآلات الهيدروليكية اليوم.

الدائرة الهيدروليكية لمركبة مجنزرة مزودة بملحق مطرقة هيدروليكية