李平，周楚健，周佳

（三一汽車(chē)制造有限公司，長(zhǎng)沙410100）

1 引言

壓實(shí)作為路面工程的最后一道工序，壓實(shí)質(zhì)量的好壞對(duì)路面質(zhì)量的影響至關(guān)重要。對(duì)振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)質(zhì)量的研究，施工單位往往根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)或在試驗(yàn)段得到的施工參數(shù)施工，按照同一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的同種混合料，在壓實(shí)成型后，可能會(huì)有不同的路用性能。雖然影響壓實(shí)的因素多種多樣，但是壓實(shí)質(zhì)量與振動(dòng)壓路機(jī)的作業(yè)參數(shù)滿(mǎn)足一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系及規(guī)律性，因此，在理論上對(duì)施工參數(shù)及施工質(zhì)量進(jìn)行預(yù)估，具有一定的可行性。

2 影響壓實(shí)質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)

衡量壓實(shí)質(zhì)量好壞的指標(biāo)主要是壓實(shí)的均勻性，影響壓實(shí)均勻性的原因有熱瀝青混合料的質(zhì)量、環(huán)境因素和壓路機(jī)的作業(yè)參數(shù)，三個(gè)因素中，由于壓路機(jī)負(fù)責(zé)了路面最后的成型工作，因此，控制壓路機(jī)作業(yè)參數(shù)對(duì)路面質(zhì)量至關(guān)重要。

2.1 振幅、頻率、速度

振幅過(guò)小時(shí)，壓實(shí)影響深度小，壓實(shí)效率低，振幅過(guò)大時(shí)，有可能會(huì)壓碎集料，且會(huì)造成路面不平整。頻率與速度的選擇往往具有相關(guān)性，振動(dòng)頻率的選擇要能夠使被壓材料產(chǎn)生共振，而頻率一定時(shí)，碾壓速度將影響單位壓實(shí)長(zhǎng)度內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)，換句話(huà)說(shuō)，碾壓速度的大小影響振動(dòng)壓路機(jī)的沖擊間距。當(dāng)碾壓速度過(guò)慢時(shí)，會(huì)造成集料壓碎、過(guò)壓等壓實(shí)問(wèn)題，且會(huì)影響壓實(shí)效率；當(dāng)碾壓速度過(guò)快時(shí)，會(huì)造成壓不實(shí)、推移、橫向裂紋或波紋等病害。

選擇碾壓速度時(shí)，在保證壓實(shí)質(zhì)量的前提下，應(yīng)最大限度地提高碾壓速度，提高工作效率，在作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)盡量保證勻速作業(yè)。

2.2 碾壓遍數(shù)

典型的瀝青混合料具有一定的彈-粘-塑性[1]，施壓一次無(wú)法達(dá)到理想的位移量，因此必須重復(fù)碾壓多遍；另外，為了達(dá)到理想的壓實(shí)效果，壓路機(jī)單次碾壓瀝青混合料時(shí)，其壓實(shí)參數(shù)無(wú)法使其達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)質(zhì)量，因此，也需重復(fù)碾壓。但并不是壓實(shí)遍數(shù)越多，混合料的壓實(shí)質(zhì)量越高，相關(guān)研究表明，當(dāng)混合料的密實(shí)度達(dá)到一定值后，繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)并不能達(dá)到更好的壓實(shí)效果，反而會(huì)降低壓實(shí)質(zhì)量原因是：過(guò)多的壓實(shí)遍數(shù)造成了表面集料的破碎。

3 控制壓實(shí)參數(shù)的理論研究方法

目前壓路機(jī)廠(chǎng)家生產(chǎn)的壓路機(jī)一般具有兩檔振幅、兩檔頻率選擇，根據(jù)現(xiàn)有公路施工單位的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)碾壓層較薄時(shí)，宜選用高振頻、低振幅；當(dāng)碾壓層較厚時(shí)，宜選用低振頻、高振幅。從壓路機(jī)的應(yīng)用角度來(lái)看，對(duì)一臺(tái)特定的壓路機(jī)，由于其振幅、頻率已確定，那么決定其壓實(shí)質(zhì)量的就是在使用過(guò)程中的碾壓速度、碾壓遍數(shù)及重疊寬度等。

3.1 碾壓速度

如前所述，碾壓速度與振動(dòng)頻率應(yīng)滿(mǎn)足一定的相關(guān)關(guān)系才能滿(mǎn)足壓實(shí)質(zhì)量的均勻性，碾壓遍數(shù)影響振動(dòng)壓路機(jī)傳遞給整個(gè)鋪層的能量，從而影響鋪層的密實(shí)度。由于壓路機(jī)的頻率、振幅均是可量化的，因此壓路機(jī)碾壓速度與振動(dòng)頻率的相關(guān)關(guān)系以及碾壓遍數(shù)的確定均可用理論公式進(jìn)行預(yù)估。

根據(jù)Δabd 與Δadc 的相似關(guān)系，可得下式：

其中：D 為鋼輪直徑；h 為壓實(shí)的壓縮量（可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得）。

相關(guān)研究表明：對(duì)于亞粘土，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)一點(diǎn)施加至少三次強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)，可以獲得較好的壓實(shí)效果。因此，當(dāng)鋼輪與材料的接觸寬度X 為沖擊間距ΔX 的3 倍時(shí)，可以獲得較好的壓實(shí)效果，即：X=3ΔX。不同鋼輪直徑的壓路機(jī)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(duì)于鋼輪直徑為1000～1200mm、振動(dòng)頻率取50Hz的壓路機(jī)，其碾壓速度可按下式計(jì)算：

3.2 碾壓遍數(shù)

瀝青混合料的鋪筑過(guò)程，可以理解為能量的傳遞過(guò)程，即攤鋪機(jī)、雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)的壓實(shí)能量傳遞給瀝青混合料的過(guò)程。當(dāng)路面壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度時(shí)，可以認(rèn)為單位體積內(nèi)，施工機(jī)械傳遞給瀝青混合料的能量與室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)傳遞給瀝青混合料的能量相同。即：

因此，在一個(gè)攤鋪段上，能量關(guān)系為：Em=EP+EDD+ET（其中：Em為攤鋪段上的瀝青混合料達(dá)到擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，馬歇爾試驗(yàn)所應(yīng)提供的總能量；EP、EDD、ET分別為攤鋪段上攤鋪設(shè)備和壓實(shí)設(shè)備所能提供的總能量）。

上述三種能量可通過(guò)以下方法換算或計(jì)算：

馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)[4]：（其中，n 為擊實(shí)次數(shù)，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(jī)：文獻(xiàn)4 也提供了一種在實(shí)際工程中計(jì)算攤鋪機(jī)提供給路面材料能量的方法，即：首先通過(guò)室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)得出擊實(shí)次數(shù)與壓實(shí)度的關(guān)系，然后通過(guò)測(cè)松鋪的瀝青混合料的壓實(shí)度值與室內(nèi)得出的關(guān)系曲線(xiàn)比較，找出對(duì)應(yīng)的擊實(shí)次數(shù)，再按照計(jì)算馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)的能量計(jì)算方法換算，取n=n′（n′為對(duì)應(yīng)的擊實(shí)次數(shù))。

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

4 結(jié)論

①振動(dòng)頻率與碾壓速度的關(guān)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(shí)度的均勻性還有待驗(yàn)證。

②壓路機(jī)最大的壓縮量通常發(fā)生在壓路機(jī)第一次碾壓時(shí)，最后幾次的壓縮量將很快減小。

③振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)理論很復(fù)雜，不可能簡(jiǎn)單用幾個(gè)公式或仿真分析就能解決，但就目前的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，壓實(shí)參數(shù)的選擇規(guī)律與上述研究成果是基本吻合的。根據(jù)目前的施工情況，智能壓實(shí)設(shè)備使用并不廣泛，由于工程承包單位及監(jiān)理機(jī)構(gòu)的意識(shí)限制，依靠經(jīng)驗(yàn)確定壓實(shí)參數(shù)的狀況也許還將會(huì)持續(xù)。