高速公路填石路基碾壓參數確定及碾壓設備選取

摘要：為研究公路建設填石路基壓實工作中，振動壓路機碾壓參數對路基壓實效果的影響，依托于天津某高速公路建設工程，展開了5種振動頻率、3個車速下的填石路基振動碾壓試驗。研究發現：堆石料的剛度隨振動頻率增大，呈先增大后減小的變化趨勢，但其隨行駛速度的增大而逐漸減小。在慢速、振動頻率為18Hz條件下，堆石料測量剛度最大，達到403.16MN/m。振動加速度與振動頻率之間成正相關，與車速之間呈負相關，但車速對地基振動加速度的影響很小。

關鍵詞：公路工程;路基壓實;碾壓參數;動力特征

0" "引言

路基壓實是高速公路建設的重要環節，振動壓路機碾壓參數的確定及碾壓設備的選取，在公路建設路基壓實工作中至關重要，是決定公路工程質量的關鍵因素[1-3]。路基壓實效果較差，會嚴重威脅交通安全[4-6]。

目前，關于路基壓實工作的研究引起了學者的廣泛興趣。赫光躍[7]深入研究了沖擊碾壓在公路地基壓實中的應用，指出沖擊壓實技術能夠提高路基壓實質量與承載力，并詳細論述了沖擊碾壓技術在公路路基施工中的應用范圍。王崇武[8]依托龍山某道路路面除險加固工程，深入研究了填料碾壓、壓實度檢測要點，提出了路基路面的施工質量動態控制方法。高江[9]基于EDEM 數值模擬軟件，深入研究了不同影響因素下的路基壓實特性，并指出振動碾壓過程本質上是碎石顆粒鏈結構不斷組合的過程，在振動壓實過程中，振幅越大，顆粒形狀越接近球體，壓實效果越好，路基的密實度越高。

上述研究多從路基壓實填料選擇方向入手，目前仍缺少關于振動壓路機設備選擇及參數確定方面的研究，本文基于現場試驗，深入分析了不同碾壓參數（振動頻率、行駛速度）下碎石路基填料的力學特征。研究成果為我國高速公路路基壓實工作提供了一定的指導作用。

1" "工程背景

本次研究依托天津市某快速公路鋪設工程，該公路全長6.3km。根據地質調查及相關數據資料顯示，地區第四級地層覆蓋主要為洪積黏土、粉質黏土、粉砂土等，另含少量碎石、礫石等。區域主要特殊巖土及不良地質土為軟土、地基軟土及軟弱高含水土等。

2" "現場試驗

2.1" "現場試驗方案

為研究壓路機碾壓參數對填石路基壓實工作的影響，本次研究開展了不同行駛車速和振動頻率條件下的填石路基現場碾壓試驗。試驗段總長達10m，試驗材料采用現場堆石料。本次試驗共設置5個振動頻率和3個行駛速度，其中，5個振動頻率分別為12Hz、15Hz、18Hz、21Hz、24Hz，3個行駛車速分為0.40m/s（慢）、0.6m/s（中）和0.8m/s（快）。試驗機械選用某20t振動壓路機，對其進行改造，使得該設備可以通過改變泵-馬達系統，實現振動頻率的變換。

2.2" "數據采集與處理

本次現場試驗需要采集并分析堆石料剛度和振動加速度數據。在壓路機壓實輪上安裝一定數量的加速度傳感器，利用數據采集設備進行數據采集，從而得到相關現場試驗數據。

3" "碾壓參數確定

3.1" "堆石料剛度

圖1為不同行車速度下堆石料測量剛度Ws隨振動頻率變化關系曲線。由圖1可知，在相同的行駛速度下，Ws 隨振動頻率呈先增大后減小的變化趨勢。當振動頻率為18Hz時，堆石料的測量剛度最大。以慢速行駛條件下為例，當振動頻率為12Hz時，堆石料剛度為329.15MN/m;此后堆石料的剛度隨振動頻率增大而增大，當振動頻率為18Hz時，堆石料的剛度取得最大值，達到403.06MN/m，較初值增大22.45%;此后Ws隨振動頻率增大逐漸減小，當振動頻率達到最大值時，堆石料剛度僅有317.13 MN/m。

進一步分析堆石料剛度和車速之間的關系可知，隨著車速的增大，堆石料剛度逐漸減小。以振動頻率為18Hz為例，當行駛速度為0.4m/s時，Ws為403.06MN/m;當車速分別為0.6m/s、0.8m/s時，Ws則分別相對下降7.69%和11.91%。分析認為，當車速越慢時，振動碾壓下堆石料變形發展則越充分，振動輪與土的接觸面積也就越大，因此車速越慢則 Ws越大。

3.2" "振動加速度

圖2為不同車速下振動加速度隨振動頻率變化關系。由圖2可知，隨著振動頻率的增大，振動輪加速度逐漸增大。振動加速度在頻率12～18Hz時增幅較小，在頻率為18～24Hz時迅速增大。以慢車速下為例，當振動頻率為12Hz時，振動加速度為1.21m/s2;當振動頻率為18Hz時，振動加速度為6.66m/s2，是振動頻率為12Hz的5.50倍;當振動頻率為24Hz時，振動加速度為18.3m/s2，是振動頻率為12Hz的15.12倍。此外，隨著行駛速度的增大，振動加速度逐漸減小，但車速對振動加速度的影響并不明顯。

4" "碾壓設備選取

在工程機械領域，由于國外研究起步較早、技術比較成熟，因此著名機械廠家基于現場試驗結果與研究討論，選用雙泵驅動單鋼輪振動壓路機開展高速公路工程的地基壓實工作。在大噸位單鋼輪壓路機研發過程中，寶馬格公司將傳統的單泵雙馬達驅動系統改進為雙泵雙馬達驅動系統。

寶馬格雙泵雙馬達驅動系統主要包括雙聯驅動泵、發動機、差速器、后橋驅動馬達、鋼輪驅動馬達等。采用雙泵雙馬達液壓回路，使得前、后驅動輪都有獨立的液壓驅動回路，并將電比例控制泵、馬達的技術與傳感技術相結合。當某一驅動輪出現打滑時，通過傳感器的反饋，系統會調節其馬達的排量來適應工況的變化，使得液壓系統輸出的驅動力小于其附著力，保證驅動輪不會出現滑轉。且由于前、后輪獨立驅動，也避免了單輪打滑時造成另一驅動輪驅動能力喪失的現象。綜上所述，采用雙泵雙馬達驅動系統，顯著提升了壓路機的工作性能和動力性，在進行高速公路填石路基碾壓時，施工企業應優先選用配裝雙泵雙馬達驅動系統的壓路機。

5" "結論

本次研究依托于天津市某高速公路建設工程，基于現場試驗深入分析了振動壓路機碾壓參數對路基壓實效果的影響。得出主要結論如下：

在相同的行駛速度下，Ws 隨振動頻率呈先增大后減小。當振動頻率為18Hz時，堆石料的測量剛度最大。以慢速行駛條件下為例，當振動頻率為18Hz時，堆石料的剛度取得最大值，達到403.06MN/m，較振動頻率為12Hz增大22.45%。

隨著車速的增大，堆石料剛度逐漸減小。以振動頻率為18Hz為例，當行駛速度為0.4m/s時，Ws為403.06MN/m;當車速分別為0.6m/s、0.8m/s時，Ws則分別相對下降7.69%和11.91%。振動加速度隨振動頻率的增大而增大，隨著車速的增大而逐漸減小，但車速對地基振動加速度的影響較小。

采用雙泵雙馬達驅動系統，顯著提升了壓路機的工作性能和動力性，在進行高速公路填石路基碾壓時，施工企業應優先選用配裝雙泵雙馬達驅動系統的壓路機。

參考文獻

[1] 農坪裕.高速公路路基施工中沖擊碾壓技術分析——以惠清高速公路項目為例[J].工程技術研究，2021，6（5）：1-4.

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[9] 高江.公路填石路基施工關鍵技術研究與應用[J].公路，2021，66（5）：71-75.