振動壓路機工作參數對施工過程的影響

張 宏

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

壓實是通過施加外力使被壓實材料密實度提高的過程。公路施工中的壓實過程，是被壓實材料經過加載，克服松散多相材料中固體顆粒間的粘著力、摩擦力，把固體顆粒間的空氣和水分排除出去，減小顆粒與顆粒間的孔隙比，使土體在單位面積下的密度和重量提高，使材料顆粒重新排列組合，形成密實的整體，增加路基土和路面材料的不透水性和強度穩定性，提高基底或路基的密實度，減少路基路面病害，達到承載力的要求。

振動壓路機是運用動載頻率接近于材料固有頻率發生共振，使級配材料間減少摩擦力和嵌鎖力，相互移動達到最穩定狀態[1]。振動壓路機一般都設有調頻、調幅裝置，有很強的壓實功能，它的工作狀況可以根據需要調成強振、弱振和不振三擋，可根據實際情況當作重型、中型和輕型壓路機使用。與其他壓路機相比，振動壓路機具有良好的施工性能和經濟性，在現代公路施工中得到廣泛使用。本文重點介紹振動壓路機工作參數及其對施工性能的影響。

1 振動壓路機工作參數

振動壓路機在公路施工中，振動輪的振動作用對路面產生往復性沖擊，使材料顆粒由靜止轉變為運動狀態，摩擦阻力下降，便于顆粒間的緊密接觸，使路面的承載能力相應提高。當然，材料的壓實度及其抗變形能力既取決于材料自身的特性，又與振動壓路機的技術參數有關[2]。其中，影響材料壓實效果的振動壓路機的主要技術參數為:靜質量與靜線荷載、頻率、振幅和碾壓速度、振動輪的寬度和直徑、振動輪的數量。同時，使用振動壓路機時，還應考慮滿足壓實度和經濟性要求的碾壓速度和壓實遍數。

1.1 靜質量與靜線荷載

振動壓路機除利用壓路機自身的靜質量和靜線荷載壓實土壤以外，還要依靠壓路機的振動能進行壓實工作。在振動輪振動壓實時，振動頻率引發材料顆粒的振動，使材料顆粒重新排列，提高壓實材料的壓實度。

實踐表明，壓實能量主要來自振動輪，振動壓路機的壓實影響深度大致與振動輪的質量成正比[3]。

1.2 振動壓路機的頻率[2]

振動頻率是指振動器上的振動軸每分鐘轉動的次數，主要影響路面的表面壓實質量。為了使振動壓路機有足夠的壓實能量，通常將其工作頻率設定為被壓實材料的自然共振頻率。振動頻率太低，會引起機身的緊固螺栓和避震塊共振，導致機器上的零件因共振而松動或損壞;振動頻率太高，設備振動劇烈，不利于人的健康和可靠的壓實作業，同時，在過大的振動強度作用下振動輪將脫離地面，使地面表層受到嚴重沖擊和過度碾壓，造成路面壓實不平。

1.3 振動壓路機的振幅

振動壓路機振動輪上下移動的量稱為振幅，主要影響路面的壓實深度(見圖1)。

圖1 振動壓路機的振幅

為提高振動壓路機的工作效率，其工作振幅應根據材料特性、鋪層厚度控制在一個合適的范圍內[1]。通常情況下，壓實深度和壓實厚度隨著振幅的加強而增大，但振幅過大會導致機架振動加劇，容易引起司機疲勞和機器零件的疲勞損壞，造成碾壓過的路面開裂、疏松、骨料碾碎等，降低路面的壓實質量;壓實深度不大時，壓實的土或材料吸收不了過高、過強的壓實能量，反而會使已壓實的薄層產生松散現象。

1.4 振動輪的寬度與直徑

與靜作用壓路機相同，振動壓路機的滾輪寬度和直徑對路基路面壓實效果的影響和其他壓路機一樣都十分顯著。別的性能參數都一樣的兩個滾輪，滾輪對路基路面的壓實影響深度寬度大的明顯小于寬度小的滾輪。振動輪直徑與靜線壓力有關，靜線壓力越高，振動直徑也要求越大。

1.5 振動輪數和驅動形式

雙鋼輪壓路機結構復雜，但與單輪振動壓路機相比，雙鋼輪振動壓路機的壓實功能是單輪振動壓路機的兩倍。其生產效率將明顯提高[1]。振動壓路機的被動輪在工作時，易使路面表層發生推移，而主動輪可減小表層的位移量，增加路面的平整度。因此，為了提高路面壓實質量，通常使振動壓路機的主動輪在前，被動輪在后，或選用雙輪驅動的振動壓路機壓實，以提高壓實效果和效率。

1.6 碾壓速度

碾壓速度是影響壓路機生產率的主要因素。它決定了單位面積內振動輪對材料的壓實時間，因此，提高碾壓速度，可以提高生產率。同時，碾壓速度又是影響壓實質量的重要因素(見圖2)。碾壓速度低時單位面積內的振動次數多，碾壓速度高時振動次數肯定少，因而作用在被壓材料上的能量，前者多于后者。過高的碾壓速度雖然生產率和經濟性高，但速度過快會導致被壓層平整度變差，影響壓實質量。

圖2 速度與壓實度的關系曲線

1.7 碾壓材料和厚度

實驗證明，各種振動壓路機適應的壓實材料不完全相同，例如壓實塑性指數大的粘土和粘性土，比較適合用中型、重型振動壓路機碾壓，而輕型振動壓路機則不太適合。碾壓材料的厚度也對壓實效果有影響，碾壓層過厚，該層的上部壓實度和下層壓實度都會受到影響。同時，碾壓層的厚度應該與所用壓路機的質量或功能相適應。

1.8 碾壓遍數

碾壓遍數與壓路機的類型及技術參數有關，而且材料的類別及其所處的狀態，也對碾壓遍數有重要的影響，碾壓遍數以達到規定的壓實度為宜，碾壓遍數過多，對路面壓實度的提高影響不大，同時會降低施工的經濟性，而且當碾壓遍數達到一定數值后壓實度將不再增加。碾壓遍數過少，會導致材料松散，壓實度和平整度達不到要求。

2 工程案例

山西路橋某分公司在汾陽至邢臺高速公路平遙至榆社段路面某標段施工時，結合單位的實際情況，根據上述原則，在路基寬度為24.5 m的雙向四車道高速公路上，根據碾壓材料的性能參數，對壓路機類型和碾壓遍數進行分析和研究，選用的壓路機為LG520B和DD130型振動壓路機各2臺。按照施工工藝進行碾壓，在水穩基層進行終壓時，將振動壓路機的頻率設為33 Hz，振幅設定在1.0 mm左右，碾壓速度為3.2 km/h，碾壓后的壓實度可以達到設計的要求。

3 結語

在公路施工中，壓路機類型及數量的選擇必須結合公路的實際和施工單位具體情況進行選擇，綜合考慮壓實的對象和機械化程度、材料類別和含水量、壓實厚度、壓實機械的適應性、施工場地的氣候條件、可維修性能和技術支持條件等來合理配置足夠數量和噸位的碾壓設備，嚴格按照工藝規范碾壓，使整個施工質量和經濟性達到最優化。

[1] 李 冰.振動壓路機與振動壓實技術[M].北京:人民交通出版社，2001:2-4.

[2] 趙鐵栓，陳新軒.壓路機運用技術[M].西安:陜西科學技術出版社，2005:1-2.

[3] GB/T 8511-2005，振動壓路機[S].