节段预制高架桥梁沥青面层铺装振荡压实技术

张伟；董杰

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州450001）

1 项目背景

郑州四环线快速化工程，路线全长约93.3km，全线高架桥梁采用世界先进的桥梁工业化3.0 无支座连续刚构+短线法节段预制技术；桥面不设铺装层，节段梁拼装结束在梁面上施工3mmPB（II）型聚合物改性沥青防水，在节段梁顶面铺装SBS 橡胶复合改性沥青混凝土6cm 的ARHM-20 和 4cm 的 ARHM-13。

节段箱梁预制拼装技术沿桥纵向将其划分成多个不同节段，随着预制工作的完成，即可将这一装置运输到桥位中，用吊装设备处置，接着利用预应力束在预制节段中施加一定压力，确保各个节段紧密接触，从而合理分担桥梁荷载；由于节段预制桥梁恒载在总荷载中的占比较小，活载占比较大，因此节段预制箱梁桥面铺装压实施工期间应格外注意桥梁动力学问题。

传统的沥青路面压实方法有：静压、振动、揉搓等，其作用在沥青面层上荷载仅为垂直荷载，且振动压实的冲击对桥梁结构产生不利影响。压实过程中因设备振动导致桥梁系统振动，桥梁结构变形，最终使得桥梁结构受损。

所以，有必要加强压实施工中桥梁动态响应问题研究，其对提升施工效率及延缓桥梁寿命中发挥重要作用。与传统振动压路机原理不同，振荡压路机在工作时是利用水平方向的交变剪应力及振荡轮的静荷载作用力，在两种力的作用下使混合料颗粒重排，这种方法可以将振动压实与揉搓法有效结合。

2 振荡压实机理及特点

振荡压路机在工作时振荡轮不离开地面，自身的重量始终作用在路面上，振荡轮的高频摆动振荡给路面施加了交变剪应力，在反复循环的剪切应变作用下，对路面产生连续的振荡压力波。与此同时，路面在压路机荷载作用下会出现垂直位移。受到振荡压力波及静荷载的影响，混合料颗粒将出现共振重排等情况，互相嵌挤，使路面得以更加密实，特别是难以压实的粗集料改性开级配沥青路面有特殊效果。

振荡压路机施工期间不会产生垂直冲击，操作期间振荡轮不离地，施工中产生交变剪力，这里主要原理为揉搓作用，其可以确保压实度，还能确保被压材料及结构不受损。压实期间，因设备不存在横向振动，且自振较小，故而常常适用在振动有限特殊环境中。

3 节段预制桥面沥青铺装工艺

3.1 混合料拌制、运输

沥青混合料在生产前先对生产配合比进行调试验证，对热料筛分结果进行检测，调试生产级配，确定生产配合比和最佳油石比。沥青混合料拌需要结合实际情况确定。

沥青混合料主要用后翻式自卸车进行运输，为防止沥青混合料与车厢板粘结，车厢底部和侧板可均匀涂抹一薄层隔离剂。每辆运输车辆需配备防火篷布，当环境温度较低时，车厢侧板和顶部需采用防火棉被包裹、覆盖，防止混合料温度过快散失。

高架桥梁沥青面层施工混合料运输车辆，每辆车总重不大于55t，单轴轴重不大于20t，且车长方向任意1.4m 范围内合计轴重不大于28t。运料车满载时在桥面行驶速度不超过10km/h。桥面横向布置两辆料车时,应前后交错布置,并保证前后间距10m 以上。

节段预制拼装桥梁施工期间需要承受的荷载为铺装层施工中压路机、摊铺机、运输车辆组成的车队动荷载，参考设计要求，选择如下车型组合、施工设备平面图如图1。

3.2 混合料摊铺

郑州市四环线高架桥梁单幅标准段路面宽度为15.5m，上下桥平行匝道连接段主线桥梁路面宽度为15.5～25m。采用直板摊铺机和伸缩板摊铺机实现单幅全宽摊铺，直板摊铺机沿桥面内侧、伸缩板摊铺机靠桥面外侧摊铺，两台摊铺机间距不小于10m、但不得大于20m。重量过大的施工设备和运输车辆严禁超出限制区域行驶，以防止出现荷载集中布置情况造成的承载力过大问题。

为确保沥青路面摊铺平整度效果达到预期，在摊铺之前使用沙袋或者木板等材料对桥面伸缩缝进行填埋处理，填埋高度与桥面混凝土高度整体一致。沥青混凝土摊铺时应保持连续、平稳、不间断通过伸缩缝。摊铺沥青混凝土底面层期间多使用两侧防撞墙边部透水混凝土盲沟表面作为基准面，利用钢丝导线和滑靴控制底面层高程，表面层则可借助非接触式平衡梁对摊铺厚度及平整度进行合理控制。

3.3 振荡压实工艺

郑州市四环线节段预制拼装桥梁铺装所配备主要碾压设备有：HAMM HD128 振荡压路机 4 台和 XCMG XP263S 轮胎压路机2 台。

振荡压路机施工期间，振频、振幅、吨位等是影响压实效果的主要因素，所以施工期间有必要对上述方面进行合理控制，确保振荡压路机施工控制各项参数指标合理，且能达到最佳压实效果。

①振频与振幅：一般来说高频低幅是路面压实设备的关键，振荡压路机的频率控制在45～55Hz 之间，振幅控制在0.75～0.85mm，振频高平整度越好，压实效果最理想；铺装层较薄而且混合料级配较细，一般高频率低振幅，配合适当的碾压速度，压实效果越佳；铺装层较厚，混合料较粗时，则需要采用高频率高振幅。

②碾压长度：碾压长度太长，沥青混合料散热时间长，温度下降比较明显，压实效果不理想；碾压长度太短，压路机相互干扰，作业效率低，也不合理。碾压长度应考虑当地的气候及施工场地的施工环境条件，合理确定一次碾压长度，气温高可适当增加长度，反之减小碾压长度。压路机合理的一次碾压长度宜控制在50m 以内。

③碾压速度与碾压遍数：较低的碾压速度可提高路面压实度，为达到设计压实度同时兼有较好的作业效率，碾压速度控制在3.5～4km/h 范围内；碾压遍数达到2 遍后路面压实度提高很快，压实4 遍后，即可达到设计压实度，再增加压实遍数，对提高压实度没有意义。

综上所述，郑州四环节段预制梁桥面两种沥青混合料ARHM-20 和ARHM-13 的特点，确定压实机械组合：单幅标准段路面宽度为15.5m，摊铺厚度4cm，气温16℃，风速≤2m/s，下卧层温度≥10℃，静钢轮初压速度2km/h，钢轮与胶轮复压及钢轮终压速度为4km/h。复压阶段，在单位碾压段落长度内，压实设备配置如下：

①ARHM-13 沥青桥面铺装碾压段落长度控制在20m以内，配备4 台振荡压路机（每台静压1 遍，振荡5 遍，2台XP263S 轮胎压路机揉搓1 遍）；

②ARHM-20 沥青桥面铺装碾压段落长度控制在40m以内，配备4 台振荡压路机（每台静压1 遍，振荡4 遍，2台XP263S 轮胎压路机揉搓2 遍）。

结合复压和终压阶段，在单位碾压段落长度内，整个压实施工阶段设备配置如表1。

图1 节段预制拼装桥面铺装施工设备平面布置图

表1 混合料压实方法及机械配置方法

表2 表面层ARHM-13 压实度试验结果

初压阶段：初压起平整稳定作用，宜在较高温度下进行；随着混合料摊铺温度的上升，压路机开展相应施工，保持初压区长度较短，便于表面充分压实，减少热量损失。再者，应从外侧朝着中心开展碾压操作，相邻碾压带轮宽重叠大小应为1/3，碾压完整幅为一遍。两台摊铺机操作期间，摊铺层相邻边预留宽度约20cm 不做压实，待后台摊铺完成进行跟进骑缝压实，以提高热接缝的密实度。初压时，应将装置静力碾压装置关闭，控制线压力大小低于350N/cm；第一遍由2 台压路机分别从道路两侧并排向路中碾压，第二遍采用骑缝碾压，所有碾压依次成阶梯状向前推进，碾压速度控制在2km/h。

复压期间：压实工作十分重要；振荡压路机应用期间，应控制振动频率在 45 ～55Hz，振幅宜为 0.75 ～0.85mm，摊铺层较厚时选用较大的振幅和振频。振荡压路机在开始前进或倒车时应关闭振荡，待行驶正常后再开启振荡装置，防止混合料鼓包。复压期间让4 台双钢轮振荡压路机开展碾压搓揉操作，反复操作次数为4～5遍，碾压速度控制在4km/h。底面层摊铺时，因摊铺层较厚，可再增配2 台轮胎压路机揉搓碾压2 遍，碾压速度控制在4km/h。

终压阶段：终压起整平效果，使用1 台双钢轮振荡压路机操作，同时将振动装置关闭进行碾压1～2 遍，速度控制在4～6km/h，以消除轮迹，提高路面平整度。

压路机的启动必须缓慢进行，减速尽量依靠惯性停车，严禁采取急刹车。碾压期间让驱动轮朝着摊铺方向，避免混合料推移。与此同时，防止压路机在未成型的段落上调头、左右移动位置、突然刹车或从刚碾压完毕的路段进出，以免导致混合料产生推移。

4 施工效果对比

4.1 压实效果

本工程桥梁铺装层试验段压实分别采用HAMM HD128 振荡压路机和振动压路机进行对比以确定最佳压实机械参数，铺装完成后，压实度检测结果如表2。

以上试验检测结果表明，振荡压路机的压实效率要明显高于振动压路机。由于使用振荡压路机压实遍数的减少、碾压时间的缩短，对于解决桥面铺装层薄、温度散失快、有效压实时间段等问题，成效显著。

另外，振荡压实施工期间还做好下面几点：碾压层厚度宜控制在4～6cm，因振荡轮在接触部位会产生水平剪断力。若铺设厚度较大，间断作用则会不断衰减，继而对面层碾压效果产生影响；其次，碾压速度不宜过快，因材料温度过高或者级配不稳定，会出现被挤出的问题，因此需要对操作速度进行合理控制，一般大小应在5km/h以下。

4.2 桥梁结构安全

在压路机作用下，桥梁结构振动压实期间，压路机及桥梁结构会相互作用，从而使得桥梁系统振动，最终导致桥梁结构变形，从而导致桥梁结构产生隐性损伤。

振荡压实技术，因其不产生垂直方向的激振力，水平方向产生交变剪切力，使混合料颗粒变为运动状态，相互靠近、嵌挤，颗粒重新排列，达到混合料的密实度。振动压实技术对桥梁结构的扰动较小，能够有效避免高强度竖向振动对桥梁结构造成的损害，同时提高桥面铺装质量。

相较于振动压实，振荡压实具有较高的压实速度和效率，在桥面铺装层薄、散热快的压实作业中具有明显的优势，不会造成大量集料的振碎，防止防水粘结层的破坏等，其作为桥面铺装主要的压实机械是无可替代的。

5 振荡压实的优点

由于桥面刚度大，强烈的振动压实不仅对桥梁结构产生潜在的危害，而且会导致沥青面层材料振松、石料振碎、局部开裂，防水粘结层被破坏，沥青面层整体质量下降。振荡压实作用于桥梁结构的垂直应力较小，桥面振动幅度轻微，不会产生过大的挠度。

借助振荡轮水平剪切及静荷载组合等方面作用，振荡压路机开展实际压实操作，能够使混合料集料排列整齐，相互嵌挤密实，很好的抑制集料的剥离和脱落。且不会在垂直方向产生振动，不会对临近建筑物产生过大的影响，且噪音小，便于获得最佳平整度及压实度，以及良好的表面密水性。

对于桥面薄层沥青路面，振荡压实效率相对较高，能有效缩短压实时间，避免温度过快散失。

6 结语

通过对振荡压实工作机理和特点的分析，以及在郑州市四环线节段预制拼装桥梁沥青面层铺装中的应用证明，桥梁铺装中，主要压实设备是振荡压路机。混合料骨料细腻，排列整齐，相互结合紧密，压实效果及质量等情况与工程设计要求相符。

振荡压路机工作期间，出现的扰动常常小于振动压路机扰动，因此可以有效防止混合料被压碎，减小对桥梁结构的扰动，在提高压实质量的同时，可有效避免振动对桥梁结构造成永久性损坏。

振荡压实技术以新的压实机理和机械机构，可以有效弥补振动压实技术引起的危害，将这一技术应用在桥梁建设中，可以充分体现了在节段预制桥梁铺装压实中的优越性，而且具有对临近建筑物防振动等显著优势，有着更广阔的应用前景。