節(jié)段預(yù)制高架橋梁瀝青面層鋪裝振蕩壓實技術(shù)

張偉；董杰

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州450001）

1 項目背景

鄭州四環(huán)線快速化工程，路線全長約93.3km，全線高架橋梁采用世界先進的橋梁工業(yè)化3.0 無支座連續(xù)剛構(gòu)+短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)；橋面不設(shè)鋪裝層，節(jié)段梁拼裝結(jié)束在梁面上施工3mmPB（II）型聚合物改性瀝青防水，在節(jié)段梁頂面鋪裝SBS 橡膠復(fù)合改性瀝青混凝土6cm 的ARHM-20 和 4cm 的 ARHM-13。

節(jié)段箱梁預(yù)制拼裝技術(shù)沿橋縱向?qū)⑵鋭澐殖啥鄠€不同節(jié)段，隨著預(yù)制工作的完成，即可將這一裝置運輸?shù)綐蛭恢校玫跹b設(shè)備處置，接著利用預(yù)應(yīng)力束在預(yù)制節(jié)段中施加一定壓力，確保各個節(jié)段緊密接觸，從而合理分擔(dān)橋梁荷載；由于節(jié)段預(yù)制橋梁恒載在總荷載中的占比較小，活載占比較大，因此節(jié)段預(yù)制箱梁橋面鋪裝壓實施工期間應(yīng)格外注意橋梁動力學(xué)問題。

傳統(tǒng)的瀝青路面壓實方法有：靜壓、振動、揉搓等，其作用在瀝青面層上荷載僅為垂直荷載，且振動壓實的沖擊對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。壓實過程中因設(shè)備振動導(dǎo)致橋梁系統(tǒng)振動，橋梁結(jié)構(gòu)變形，最終使得橋梁結(jié)構(gòu)受損。

所以，有必要加強壓實施工中橋梁動態(tài)響應(yīng)問題研究，其對提升施工效率及延緩橋梁壽命中發(fā)揮重要作用。與傳統(tǒng)振動壓路機原理不同，振蕩壓路機在工作時是利用水平方向的交變剪應(yīng)力及振蕩輪的靜荷載作用力，在兩種力的作用下使混合料顆粒重排，這種方法可以將振動壓實與揉搓法有效結(jié)合。

2 振蕩壓實機理及特點

振蕩壓路機在工作時振蕩輪不離開地面，自身的重量始終作用在路面上，振蕩輪的高頻擺動振蕩給路面施加了交變剪應(yīng)力，在反復(fù)循環(huán)的剪切應(yīng)變作用下，對路面產(chǎn)生連續(xù)的振蕩壓力波。與此同時，路面在壓路機荷載作用下會出現(xiàn)垂直位移。受到振蕩壓力波及靜荷載的影響，混合料顆粒將出現(xiàn)共振重排等情況，互相嵌擠，使路面得以更加密實，特別是難以壓實的粗集料改性開級配瀝青路面有特殊效果。

振蕩壓路機施工期間不會產(chǎn)生垂直沖擊，操作期間振蕩輪不離地，施工中產(chǎn)生交變剪力，這里主要原理為揉搓作用，其可以確保壓實度，還能確保被壓材料及結(jié)構(gòu)不受損。壓實期間，因設(shè)備不存在橫向振動，且自振較小，故而常常適用在振動有限特殊環(huán)境中。

3 節(jié)段預(yù)制橋面瀝青鋪裝工藝

3.1 混合料拌制、運輸

瀝青混合料在生產(chǎn)前先對生產(chǎn)配合比進行調(diào)試驗證，對熱料篩分結(jié)果進行檢測，調(diào)試生產(chǎn)級配，確定生產(chǎn)配合比和最佳油石比。瀝青混合料拌需要結(jié)合實際情況確定。

瀝青混合料主要用后翻式自卸車進行運輸，為防止瀝青混合料與車廂板粘結(jié)，車廂底部和側(cè)板可均勻涂抹一薄層隔離劑。每輛運輸車輛需配備防火篷布，當環(huán)境溫度較低時，車廂側(cè)板和頂部需采用防火棉被包裹、覆蓋，防止混合料溫度過快散失。

高架橋梁瀝青面層施工混合料運輸車輛，每輛車總重不大于55t，單軸軸重不大于20t，且車長方向任意1.4m 范圍內(nèi)合計軸重不大于28t。運料車滿載時在橋面行駛速度不超過10km/h。橋面橫向布置兩輛料車時,應(yīng)前后交錯布置,并保證前后間距10m 以上。

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁施工期間需要承受的荷載為鋪裝層施工中壓路機、攤鋪機、運輸車輛組成的車隊動荷載，參考設(shè)計要求，選擇如下車型組合、施工設(shè)備平面圖如圖1。

3.2 混合料攤鋪

鄭州市四環(huán)線高架橋梁單幅標準段路面寬度為15.5m，上下橋平行匝道連接段主線橋梁路面寬度為15.5～25m。采用直板攤鋪機和伸縮板攤鋪機實現(xiàn)單幅全寬攤鋪，直板攤鋪機沿橋面內(nèi)側(cè)、伸縮板攤鋪機靠橋面外側(cè)攤鋪，兩臺攤鋪機間距不小于10m、但不得大于20m。重量過大的施工設(shè)備和運輸車輛嚴禁超出限制區(qū)域行駛，以防止出現(xiàn)荷載集中布置情況造成的承載力過大問題。

為確保瀝青路面攤鋪平整度效果達到預(yù)期，在攤鋪之前使用沙袋或者木板等材料對橋面伸縮縫進行填埋處理，填埋高度與橋面混凝土高度整體一致。瀝青混凝土攤鋪時應(yīng)保持連續(xù)、平穩(wěn)、不間斷通過伸縮縫。攤鋪瀝青混凝土底面層期間多使用兩側(cè)防撞墻邊部透水混凝土盲溝表面作為基準面，利用鋼絲導(dǎo)線和滑靴控制底面層高程，表面層則可借助非接觸式平衡梁對攤鋪厚度及平整度進行合理控制。

3.3 振蕩壓實工藝

鄭州市四環(huán)線節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁鋪裝所配備主要碾壓設(shè)備有：HAMM HD128 振蕩壓路機 4 臺和 XCMG XP263S 輪胎壓路機2 臺。

振蕩壓路機施工期間，振頻、振幅、噸位等是影響壓實效果的主要因素，所以施工期間有必要對上述方面進行合理控制，確保振蕩壓路機施工控制各項參數(shù)指標合理，且能達到最佳壓實效果。

①振頻與振幅：一般來說高頻低幅是路面壓實設(shè)備的關(guān)鍵，振蕩壓路機的頻率控制在45～55Hz 之間，振幅控制在0.75～0.85mm，振頻高平整度越好，壓實效果最理想；鋪裝層較薄而且混合料級配較細，一般高頻率低振幅，配合適當?shù)哪雺核俣龋瑝簩嵭Ч郊眩讳佈b層較厚，混合料較粗時，則需要采用高頻率高振幅。

②碾壓長度：碾壓長度太長，瀝青混合料散熱時間長，溫度下降比較明顯，壓實效果不理想；碾壓長度太短，壓路機相互干擾，作業(yè)效率低，也不合理。碾壓長度應(yīng)考慮當?shù)氐臍夂蚣笆┕龅氐氖┕きh(huán)境條件，合理確定一次碾壓長度，氣溫高可適當增加長度，反之減小碾壓長度。壓路機合理的一次碾壓長度宜控制在50m 以內(nèi)。

③碾壓速度與碾壓遍數(shù)：較低的碾壓速度可提高路面壓實度，為達到設(shè)計壓實度同時兼有較好的作業(yè)效率，碾壓速度控制在3.5～4km/h 范圍內(nèi)；碾壓遍數(shù)達到2 遍后路面壓實度提高很快，壓實4 遍后，即可達到設(shè)計壓實度，再增加壓實遍數(shù)，對提高壓實度沒有意義。

綜上所述，鄭州四環(huán)節(jié)段預(yù)制梁橋面兩種瀝青混合料ARHM-20 和ARHM-13 的特點，確定壓實機械組合：單幅標準段路面寬度為15.5m，攤鋪厚度4cm，氣溫16℃，風(fēng)速≤2m/s，下臥層溫度≥10℃，靜鋼輪初壓速度2km/h，鋼輪與膠輪復(fù)壓及鋼輪終壓速度為4km/h。復(fù)壓階段，在單位碾壓段落長度內(nèi)，壓實設(shè)備配置如下：

①ARHM-13 瀝青橋面鋪裝碾壓段落長度控制在20m以內(nèi)，配備4 臺振蕩壓路機（每臺靜壓1 遍，振蕩5 遍，2臺XP263S 輪胎壓路機揉搓1 遍）；

②ARHM-20 瀝青橋面鋪裝碾壓段落長度控制在40m以內(nèi)，配備4 臺振蕩壓路機（每臺靜壓1 遍，振蕩4 遍，2臺XP263S 輪胎壓路機揉搓2 遍）。

結(jié)合復(fù)壓和終壓階段，在單位碾壓段落長度內(nèi)，整個壓實施工階段設(shè)備配置如表1。

圖1 節(jié)段預(yù)制拼裝橋面鋪裝施工設(shè)備平面布置圖

表1 混合料壓實方法及機械配置方法

表2 表面層ARHM-13 壓實度試驗結(jié)果

初壓階段：初壓起平整穩(wěn)定作用，宜在較高溫度下進行；隨著混合料攤鋪溫度的上升，壓路機開展相應(yīng)施工，保持初壓區(qū)長度較短，便于表面充分壓實，減少熱量損失。再者，應(yīng)從外側(cè)朝著中心開展碾壓操作，相鄰碾壓帶輪寬重疊大小應(yīng)為1/3，碾壓完整幅為一遍。兩臺攤鋪機操作期間，攤鋪層相鄰邊預(yù)留寬度約20cm 不做壓實，待后臺攤鋪完成進行跟進騎縫壓實，以提高熱接縫的密實度。初壓時，應(yīng)將裝置靜力碾壓裝置關(guān)閉，控制線壓力大小低于350N/cm；第一遍由2 臺壓路機分別從道路兩側(cè)并排向路中碾壓，第二遍采用騎縫碾壓，所有碾壓依次成階梯狀向前推進，碾壓速度控制在2km/h。

復(fù)壓期間：壓實工作十分重要；振蕩壓路機應(yīng)用期間，應(yīng)控制振動頻率在 45 ～55Hz，振幅宜為 0.75 ～0.85mm，攤鋪層較厚時選用較大的振幅和振頻。振蕩壓路機在開始前進或倒車時應(yīng)關(guān)閉振蕩，待行駛正常后再開啟振蕩裝置，防止混合料鼓包。復(fù)壓期間讓4 臺雙鋼輪振蕩壓路機開展碾壓搓揉操作，反復(fù)操作次數(shù)為4～5遍，碾壓速度控制在4km/h。底面層攤鋪時，因攤鋪層較厚，可再增配2 臺輪胎壓路機揉搓碾壓2 遍，碾壓速度控制在4km/h。

終壓階段：終壓起整平效果，使用1 臺雙鋼輪振蕩壓路機操作，同時將振動裝置關(guān)閉進行碾壓1～2 遍，速度控制在4～6km/h，以消除輪跡，提高路面平整度。

壓路機的啟動必須緩慢進行，減速盡量依靠慣性停車，嚴禁采取急剎車。碾壓期間讓驅(qū)動輪朝著攤鋪方向，避免混合料推移。與此同時，防止壓路機在未成型的段落上調(diào)頭、左右移動位置、突然剎車或從剛碾壓完畢的路段進出，以免導(dǎo)致混合料產(chǎn)生推移。

4 施工效果對比

4.1 壓實效果

本工程橋梁鋪裝層試驗段壓實分別采用HAMM HD128 振蕩壓路機和振動壓路機進行對比以確定最佳壓實機械參數(shù)，鋪裝完成后，壓實度檢測結(jié)果如表2。

以上試驗檢測結(jié)果表明，振蕩壓路機的壓實效率要明顯高于振動壓路機。由于使用振蕩壓路機壓實遍數(shù)的減少、碾壓時間的縮短，對于解決橋面鋪裝層薄、溫度散失快、有效壓實時間段等問題，成效顯著。

另外，振蕩壓實施工期間還做好下面幾點：碾壓層厚度宜控制在4～6cm，因振蕩輪在接觸部位會產(chǎn)生水平剪斷力。若鋪設(shè)厚度較大，間斷作用則會不斷衰減，繼而對面層碾壓效果產(chǎn)生影響；其次，碾壓速度不宜過快，因材料溫度過高或者級配不穩(wěn)定，會出現(xiàn)被擠出的問題，因此需要對操作速度進行合理控制，一般大小應(yīng)在5km/h以下。

4.2 橋梁結(jié)構(gòu)安全

在壓路機作用下，橋梁結(jié)構(gòu)振動壓實期間，壓路機及橋梁結(jié)構(gòu)會相互作用，從而使得橋梁系統(tǒng)振動，最終導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)變形，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隱性損傷。

振蕩壓實技術(shù)，因其不產(chǎn)生垂直方向的激振力，水平方向產(chǎn)生交變剪切力，使混合料顆粒變?yōu)檫\動狀態(tài)，相互靠近、嵌擠，顆粒重新排列，達到混合料的密實度。振動壓實技術(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)的擾動較小，能夠有效避免高強度豎向振動對橋梁結(jié)構(gòu)造成的損害，同時提高橋面鋪裝質(zhì)量。

相較于振動壓實，振蕩壓實具有較高的壓實速度和效率，在橋面鋪裝層薄、散熱快的壓實作業(yè)中具有明顯的優(yōu)勢，不會造成大量集料的振碎，防止防水粘結(jié)層的破壞等，其作為橋面鋪裝主要的壓實機械是無可替代的。

5 振蕩壓實的優(yōu)點

由于橋面剛度大，強烈的振動壓實不僅對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生潛在的危害，而且會導(dǎo)致瀝青面層材料振松、石料振碎、局部開裂，防水粘結(jié)層被破壞，瀝青面層整體質(zhì)量下降。振蕩壓實作用于橋梁結(jié)構(gòu)的垂直應(yīng)力較小，橋面振動幅度輕微，不會產(chǎn)生過大的撓度。

借助振蕩輪水平剪切及靜荷載組合等方面作用，振蕩壓路機開展實際壓實操作，能夠使混合料集料排列整齊，相互嵌擠密實，很好的抑制集料的剝離和脫落。且不會在垂直方向產(chǎn)生振動，不會對臨近建筑物產(chǎn)生過大的影響，且噪音小，便于獲得最佳平整度及壓實度，以及良好的表面密水性。

對于橋面薄層瀝青路面，振蕩壓實效率相對較高，能有效縮短壓實時間，避免溫度過快散失。

6 結(jié)語

通過對振蕩壓實工作機理和特點的分析，以及在鄭州市四環(huán)線節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁瀝青面層鋪裝中的應(yīng)用證明，橋梁鋪裝中，主要壓實設(shè)備是振蕩壓路機。混合料骨料細膩，排列整齊，相互結(jié)合緊密，壓實效果及質(zhì)量等情況與工程設(shè)計要求相符。

振蕩壓路機工作期間，出現(xiàn)的擾動常常小于振動壓路機擾動，因此可以有效防止混合料被壓碎，減小對橋梁結(jié)構(gòu)的擾動，在提高壓實質(zhì)量的同時，可有效避免振動對橋梁結(jié)構(gòu)造成永久性損壞。

振蕩壓實技術(shù)以新的壓實機理和機械機構(gòu)，可以有效彌補振動壓實技術(shù)引起的危害，將這一技術(shù)應(yīng)用在橋梁建設(shè)中，可以充分體現(xiàn)了在節(jié)段預(yù)制橋梁鋪裝壓實中的優(yōu)越性，而且具有對臨近建筑物防振動等顯著優(yōu)勢，有著更廣闊的應(yīng)用前景。