振動壓路機作業參數選擇研究

李平，周楚健，周佳

（三一汽車制造有限公司，長沙410100）

1 引言

壓實作為路面工程的最后一道工序，壓實質量的好壞對路面質量的影響至關重要。對振動壓路機作業質量的研究，施工單位往往根據以往的施工經驗或在試驗段得到的施工參數施工，按照同一標準設計的同種混合料，在壓實成型后，可能會有不同的路用性能。雖然影響壓實的因素多種多樣，但是壓實質量與振動壓路機的作業參數滿足一定的對應關系及規律性，因此，在理論上對施工參數及施工質量進行預估，具有一定的可行性。

2 影響壓實質量的關鍵參數

衡量壓實質量好壞的指標主要是壓實的均勻性，影響壓實均勻性的原因有熱瀝青混合料的質量、環境因素和壓路機的作業參數，三個因素中，由于壓路機負責了路面最后的成型工作，因此，控制壓路機作業參數對路面質量至關重要。

2.1 振幅、頻率、速度

振幅過小時，壓實影響深度小，壓實效率低，振幅過大時，有可能會壓碎集料，且會造成路面不平整。頻率與速度的選擇往往具有相關性，振動頻率的選擇要能夠使被壓材料產生共振，而頻率一定時，碾壓速度將影響單位壓實長度內的振動次數，換句話說，碾壓速度的大小影響振動壓路機的沖擊間距。當碾壓速度過慢時，會造成集料壓碎、過壓等壓實問題，且會影響壓實效率；當碾壓速度過快時，會造成壓不實、推移、橫向裂紋或波紋等病害。

選擇碾壓速度時，在保證壓實質量的前提下，應最大限度地提高碾壓速度，提高工作效率，在作業過程中，應盡量保證勻速作業。

2.2 碾壓遍數

典型的瀝青混合料具有一定的彈-粘-塑性[1]，施壓一次無法達到理想的位移量，因此必須重復碾壓多遍；另外，為了達到理想的壓實效果，壓路機單次碾壓瀝青混合料時，其壓實參數無法使其達到規定的壓實質量，因此，也需重復碾壓。但并不是壓實遍數越多，混合料的壓實質量越高，相關研究表明，當混合料的密實度達到一定值后，繼續增加碾壓遍數并不能達到更好的壓實效果，反而會降低壓實質量原因是：過多的壓實遍數造成了表面集料的破碎。

3 控制壓實參數的理論研究方法

目前壓路機廠家生產的壓路機一般具有兩檔振幅、兩檔頻率選擇，根據現有公路施工單位的經驗，當碾壓層較薄時，宜選用高振頻、低振幅；當碾壓層較厚時，宜選用低振頻、高振幅。從壓路機的應用角度來看，對一臺特定的壓路機，由于其振幅、頻率已確定，那么決定其壓實質量的就是在使用過程中的碾壓速度、碾壓遍數及重疊寬度等。

3.1 碾壓速度

如前所述，碾壓速度與振動頻率應滿足一定的相關關系才能滿足壓實質量的均勻性，碾壓遍數影響振動壓路機傳遞給整個鋪層的能量，從而影響鋪層的密實度。由于壓路機的頻率、振幅均是可量化的，因此壓路機碾壓速度與振動頻率的相關關系以及碾壓遍數的確定均可用理論公式進行預估。

根據Δabd 與Δadc 的相似關系，可得下式：

其中：D 為鋼輪直徑；h 為壓實的壓縮量（可現場測得）。

相關研究表明：對于亞粘土，當振動壓路機對一點施加至少三次強迫振動時，可以獲得較好的壓實效果。因此，當鋼輪與材料的接觸寬度X 為沖擊間距ΔX 的3 倍時，可以獲得較好的壓實效果，即：X=3ΔX。不同鋼輪直徑的壓路機的沖擊間距推薦取值如下[3]：

表2 不同鋼輪直徑的沖擊間距

例如，對于鋼輪直徑為1000～1200mm、振動頻率取50Hz的壓路機，其碾壓速度可按下式計算：

3.2 碾壓遍數

瀝青混合料的鋪筑過程，可以理解為能量的傳遞過程，即攤鋪機、雙鋼輪振動壓路機、輪胎壓路機的壓實能量傳遞給瀝青混合料的過程。當路面壓實度達到規定的壓實度時，可以認為單位體積內，施工機械傳遞給瀝青混合料的能量與室內馬歇爾擊實試驗傳遞給瀝青混合料的能量相同。即：

因此，在一個攤鋪段上，能量關系為：Em=EP+EDD+ET（其中：Em為攤鋪段上的瀝青混合料達到擊實標準時，馬歇爾試驗所應提供的總能量；EP、EDD、ET分別為攤鋪段上攤鋪設備和壓實設備所能提供的總能量）。

上述三種能量可通過以下方法換算或計算：

馬歇爾擊實試驗[4]：（其中，n 為擊實次數，n=75；m=4.536kg；h=457.2mm；V 為試件體積（其中，V′為攤鋪段上瀝青混合料的總體積)。

攤鋪機：文獻4 也提供了一種在實際工程中計算攤鋪機提供給路面材料能量的方法，即：首先通過室內馬歇爾擊實試驗得出擊實次數與壓實度的關系，然后通過測松鋪的瀝青混合料的壓實度值與室內得出的關系曲線比較，找出對應的擊實次數，再按照計算馬歇爾擊實試驗時的能量計算方法換算，取n=n′（n′為對應的擊實次數)。

②輪胎壓路機：輪胎壓路機通過輪胎的揉搓作用提高平整度和壓實度，對壓實度起作用的為其自重，因此在一個碾壓段上，輪胎壓路機碾壓一遍提供的能量為（其中，S 為碾壓段長度；s′為輪胎與地面的接觸寬度）。

4 結論

①振動頻率與碾壓速度的關系式可較快地確定碾壓速度的大致取值，可保證碾壓面積的均勻性，但是否能保證壓實度的均勻性還有待驗證。

②壓路機最大的壓縮量通常發生在壓路機第一次碾壓時，最后幾次的壓縮量將很快減小。

③振動壓路機的壓實理論很復雜，不可能簡單用幾個公式或仿真分析就能解決，但就目前的實際應用來看，壓實參數的選擇規律與上述研究成果是基本吻合的。根據目前的施工情況，智能壓實設備使用并不廣泛，由于工程承包單位及監理機構的意識限制，依靠經驗確定壓實參數的狀況也許還將會持續。