振动压路机作业参数选择研究

李平，周楚健，周佳

（三一汽车制造有限公司，长沙410100）

1 引言

压实作为路面工程的最后一道工序，压实质量的好坏对路面质量的影响至关重要。对振动压路机作业质量的研究，施工单位往往根据以往的施工经验或在试验段得到的施工参数施工，按照同一标准设计的同种混合料，在压实成型后，可能会有不同的路用性能。虽然影响压实的因素多种多样，但是压实质量与振动压路机的作业参数满足一定的对应关系及规律性，因此，在理论上对施工参数及施工质量进行预估，具有一定的可行性。

2 影响压实质量的关键参数

衡量压实质量好坏的指标主要是压实的均匀性，影响压实均匀性的原因有热沥青混合料的质量、环境因素和压路机的作业参数，三个因素中，由于压路机负责了路面最后的成型工作，因此，控制压路机作业参数对路面质量至关重要。

2.1 振幅、频率、速度

振幅过小时，压实影响深度小，压实效率低，振幅过大时，有可能会压碎集料，且会造成路面不平整。频率与速度的选择往往具有相关性，振动频率的选择要能够使被压材料产生共振，而频率一定时，碾压速度将影响单位压实长度内的振动次数，换句话说，碾压速度的大小影响振动压路机的冲击间距。当碾压速度过慢时，会造成集料压碎、过压等压实问题，且会影响压实效率；当碾压速度过快时，会造成压不实、推移、横向裂纹或波纹等病害。

选择碾压速度时，在保证压实质量的前提下，应最大限度地提高碾压速度，提高工作效率，在作业过程中，应尽量保证匀速作业。

2.2 碾压遍数

典型的沥青混合料具有一定的弹-粘-塑性[1]，施压一次无法达到理想的位移量，因此必须重复碾压多遍；另外，为了达到理想的压实效果，压路机单次碾压沥青混合料时，其压实参数无法使其达到规定的压实质量，因此，也需重复碾压。但并不是压实遍数越多，混合料的压实质量越高，相关研究表明，当混合料的密实度达到一定值后，继续增加碾压遍数并不能达到更好的压实效果，反而会降低压实质量原因是：过多的压实遍数造成了表面集料的破碎。

3 控制压实参数的理论研究方法

目前压路机厂家生产的压路机一般具有两档振幅、两档频率选择，根据现有公路施工单位的经验，当碾压层较薄时，宜选用高振频、低振幅；当碾压层较厚时，宜选用低振频、高振幅。从压路机的应用角度来看，对一台特定的压路机，由于其振幅、频率已确定，那么决定其压实质量的就是在使用过程中的碾压速度、碾压遍数及重叠宽度等。

3.1 碾压速度

如前所述，碾压速度与振动频率应满足一定的相关关系才能满足压实质量的均匀性，碾压遍数影响振动压路机传递给整个铺层的能量，从而影响铺层的密实度。由于压路机的频率、振幅均是可量化的，因此压路机碾压速度与振动频率的相关关系以及碾压遍数的确定均可用理论公式进行预估。

根据Δabd 与Δadc 的相似关系，可得下式：

其中：D 为钢轮直径；h 为压实的压缩量（可现场测得）。

相关研究表明：对于亚粘土，当振动压路机对一点施加至少三次强迫振动时，可以获得较好的压实效果。因此，当钢轮与材料的接触宽度X 为冲击间距ΔX 的3 倍时，可以获得较好的压实效果，即：X=3ΔX。不同钢轮直径的压路机的冲击间距推荐取值如下[3]：

表2 不同钢轮直径的冲击间距

例如，对于钢轮直径为1000～1200mm、振动频率取50Hz的压路机，其碾压速度可按下式计算：

3.2 碾压遍数

沥青混合料的铺筑过程，可以理解为能量的传递过程，即摊铺机、双钢轮振动压路机、轮胎压路机的压实能量传递给沥青混合料的过程。当路面压实度达到规定的压实度时，可以认为单位体积内，施工机械传递给沥青混合料的能量与室内马歇尔击实试验传递给沥青混合料的能量相同。即：

因此，在一个摊铺段上，能量关系为：Em=EP+EDD+ET（其中：Em为摊铺段上的沥青混合料达到击实标准时，马歇尔试验所应提供的总能量；EP、EDD、ET分别为摊铺段上摊铺设备和压实设备所能提供的总能量）。

上述三种能量可通过以下方法换算或计算：

马歇尔击实试验[4]：（其中，n 为击实次数，n=75；m=4.536kg；h=457.2mm；V 为试件体积（其中，V′为摊铺段上沥青混合料的总体积)。

摊铺机：文献4 也提供了一种在实际工程中计算摊铺机提供给路面材料能量的方法，即：首先通过室内马歇尔击实试验得出击实次数与压实度的关系，然后通过测松铺的沥青混合料的压实度值与室内得出的关系曲线比较，找出对应的击实次数，再按照计算马歇尔击实试验时的能量计算方法换算，取n=n′（n′为对应的击实次数)。

②轮胎压路机：轮胎压路机通过轮胎的揉搓作用提高平整度和压实度，对压实度起作用的为其自重，因此在一个碾压段上，轮胎压路机碾压一遍提供的能量为（其中，S 为碾压段长度；s′为轮胎与地面的接触宽度）。

4 结论

①振动频率与碾压速度的关系式可较快地确定碾压速度的大致取值，可保证碾压面积的均匀性，但是否能保证压实度的均匀性还有待验证。

②压路机最大的压缩量通常发生在压路机第一次碾压时，最后几次的压缩量将很快减小。

③振动压路机的压实理论很复杂，不可能简单用几个公式或仿真分析就能解决，但就目前的实际应用来看，压实参数的选择规律与上述研究成果是基本吻合的。根据目前的施工情况，智能压实设备使用并不广泛，由于工程承包单位及监理机构的意识限制，依靠经验确定压实参数的状况也许还将会持续。