振動壓路機壓實動力特性試驗研究

李志俊

(廣深港客運專線有限責任公司，廣州 510623)

目前以牛頓力學為壓實理論基礎的壓路機較為成熟，可分為滾壓、振壓、夯壓等類型，近幾年在新壓實理論的指導下也開發(fā)了沖擊、振蕩、垂直振動、混沌振動和高頻振動等許多新機型［1］。目前國際市場上各種振動壓實設備占壓實機械的60% ～80%，歐洲、美國和日本振動壓路機的年產(chǎn)量占壓路機總產(chǎn)量的70%以上［2］。振動壓實己成為筑路工程最常用的壓實方式。隨著無砟軌道技術在我國鐵路的大量應用，路基壓實標準越來越高，對路基壓實特性的分析尤顯重要［3-4］。

1 試驗工況

試驗針對現(xiàn)場振動壓路機在碾壓過程中的動應力及其傳遞進行測試，埋設動土壓力盒兩個，1#土壓盒埋設于加筋碎石墊層頂面0.15 m，2#埋設于1#垂直上方1.05 m處。現(xiàn)場壓路機為18 t徐工YZ18JC型單鋼輪振動壓路機，工作質(zhì)量為18 t，靜線壓力為390 N/cm，激振力為330/190 kN(高/低振幅)，振動輪直徑為1.523 m，振動輪寬度為2.178 m，振動頻率28 Hz。測試過程中壓路機均采用高振幅、Ⅱ擋速度進行工作。

測試斷面路基填土采用碎石土填筑，部分物理力學指標測試結果平均值見表1。

2 試驗結果與分析

振動壓實的基本原理主要是通過對填料產(chǎn)生振動沖擊作用達到壓實的目的，為測試動應力沿深度的分布及其傳遞，壓實每層填料時均進行測試，共測試9次，路基產(chǎn)生豎向動應力典型時程曲線見圖1。本次測試過程中，壓路機距離土壓盒最近距離為0.45 m，從圖中可以看出，達到75%最大動應力的作用次數(shù)達到12次。

表1 測試斷面部分物理力學指標平均值

圖2和圖3為路基不同深度處壓路機振動不同次數(shù)時產(chǎn)生的動應力。由于前三次碾壓時填料壓密較為明顯，碾壓層厚度縮小較為顯著，壓力盒與壓路機的距離顯著變小，應力逐漸增大，從第三次開始，碾壓層厚度變化不顯著，壓力盒與壓路機距離較為穩(wěn)定，動應力也隨振動次數(shù)變化不大。從圖中可知，距離壓路機1 m深度范圍內(nèi)，第三次后路基受到的豎向動應力隨振動次數(shù)增加略有波動，經(jīng)過約8次碾壓后應力趨于穩(wěn)定，而對于距離壓路機超過1 m深度時，豎向應力則隨碾壓次數(shù)的增加而增大。

第三次后的最大動應力沿深度變化情況見圖4和圖5。碾壓層初始狀態(tài)較為松散，相比已經(jīng)過良好碾壓的下層而言模量較小，此時上下層模量差異較大，所以應力較為集中，靠近碾壓層的深度范圍內(nèi)應力在碾壓初期較大，較深范圍路基應力較小，同時吸收的能量較多，隨著碾壓次數(shù)的增加，該碾壓層模量逐漸提高，相對下層路基而言，碾壓層模量已經(jīng)接近或超過下層路基模量，此時上下層模量比較大，應力傳遞較為均勻，壓路機振動對下層路基產(chǎn)生的動應力逐漸增大，影響較深，碾壓層吸收能量相對較少。因此，碾壓層吸收的能量與上下層模量比有關，下層模量相對越大，碾壓層壓實效果越好;為保證上層碾壓層的壓實效果，下層模量應達到一定的模量值。

圖1 振動壓路機工作時對路基產(chǎn)生的動應力

圖2 1#壓力盒在不同埋深時不同次數(shù)的動應力

圖3 2#壓力盒在不同埋深時不同次數(shù)的動應力

3 結論

圖4 動應力沿深度變化(1#壓力盒)

圖5 動應力沿深度變化(2#壓力盒)

現(xiàn)場實測振動壓路機對壓實層以下路基產(chǎn)生的振動表明，一次碾壓過程中達到75%最大動應力的作用次數(shù)達到10～12次;碾壓達到8次后引起的豎向應力基本趨于穩(wěn)定，不隨碾壓次數(shù)增加而增加;碾壓層吸收的能量與上下層模量比有關，下層模量相對越大，碾壓層壓實效果越好;為保證上層碾壓層的壓實效果，下層模量應達到一定的模量值。

［1］李美江.道路材料振動壓實特性研究［D］.西安:長安大學，2002.

［2］吳竟吾.國內(nèi)外壓路機概況及趨勢［J］.工程機械與維修，2005(1):59-61.

［3］黃直久，王勇，范廉明，等.京滬高速鐵路鳳陽試驗段路堤填筑工藝及質(zhì)量控制試驗研究［J］.鐵道建筑，2009(7):112-116.

［4］謝凱軍，楊忠，蔣宗全.京滬高速鐵路三標段路基風化花崗巖填料改良試驗研究［J］.鐵道建筑，2009(7):122-124.