垂直振动压实技术在公路路基施工中的应用

许光

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司第四分公司，河北 石家庄 052160）

压实度是公路工程施工中评价路面质量的重要指标之一，如何提高路基的压实度成为工程项目中的一个难题，根据实际应用发现，垂直振动压实技术能够整体提高路面压实度，且压实度合格率更高。与传统圆周振动压路机的一根偏心轴设置相比，垂直振动压路机两根偏心轴的构造更加合理，两根对称式偏心轴产生的水平共振力相互抵消，避免压路机在水平方向发生路线偏移，增加行驶的平稳性，并将滚轮的损害降到最低，其次两根偏心轴产生的竖向共振力会在竖向叠加，能够进一步提高路基压实效果，在能源利用率上更具优势。

一、垂直振动原理

（一）垂直振动力学原理及压实机理

垂直振动技术作为一种新型的路基压实技术，实际上是传统圆周振动技术改进升级。垂直震动技术的创新点在于设置了两根关于旋转中心对称的偏心轴，在压实过程中，这两根偏心轴共同转动，角速度保持一致，保持顺、逆时针不同的转动方向。在压路机实际工作时，两根偏心轴会同时产生竖向与水平两个方向的冲击力，两个水平方向上的冲击力会相互抵消，两个竖向冲击力会相互叠加，实现单方向的振动，进而提升路基压实效率。

在压路机实际工作时，会产生一种冲量转换。旋转轮在旋转滚动时，由上而下产生冲量的变化，并在滚轮与被压实层接触的一瞬间产生冲量的传递，这种能量让路面层的土颗粒之间相互挤压，减少土壤之间的内部空隙，形成挤嵌结构，路面内部变得更紧实。垂直振动压路机两根偏心轴的设置能够加强冲量的转换，挤嵌结构将会在路面更深处开始形成，路面压实效果更好。

在压路机实际工作时会与被压实层材料产生共振效果。当压路机滚轮以一定速度碾压路面时，能量的传递会让材料被碾压的同时产生动能，这种动能足够使得材料之间产生摩擦甚至相对滑动，共振摩擦效果下材料之间挤嵌得更紧密，路面的压实度进一步得到提升。

（二）垂直振动压实特点

与传统压路机新型的垂直振动压路机相比垂直振动技术的三大优势：

1.能够充分利用能源

垂直振动压路机最大的优势在于其双偏轴设计能够消除水平作用力，把能量集中在竖向。增加的竖向冲击能有效保障路面击实要求，在同等能耗条件下，其压实效果明显优于传统的圆周振动压路机。其次，竖向的高冲击能量可以保证被碾压骨料在振动的同时，与机器形成共振效应，骨料之间产生的静摩擦力让挤嵌结构更加稳定。

2.行驶过程更稳定

圆周振动压路机在水平冲击力的影响下，压实材料与滚轮之间的摩擦作用增大，在增加了能源无用消耗的同时，还会磨损滚轮，缩短压路机的使用寿命。垂直振动压路机的两根偏心轴克服了水平冲击力，压路机在行驶过程中会变得更加稳健，增强驾驶人员舒适感，能够延长压路机的实际使用寿命。

3.压实质量高

垂直振动压路机在消除水平冲击力后，碾压路面时不会产生破浪、拥包等问题，能够有效提高路面的平整度。

二、压实度检测指标

压实度是评价路面压实质量的重要指标，根据国内相关规范压实度的计算公式如下：

式中：

K表示压实度，单位为%；

pd表示实际干容重，单位为g/cm3；

pdmax表示室内击实试验测得的最大标准干容重，单位为g/cm3。

其中实际干容重的计算公式如下：

式中：

p表示湿容重，单位为g/cm3；

w表示含水量，单位为%。

标准最大干容重是材料的一种固有属性，一般通过室内击实试验可以测得，被压材料的实际干密度会随着碾压进程的推进逐渐增大，通常呈先快后慢的增长趋势。

三、工程概况

某公路工程需要压实路基，经勘查该路基试验段填土压实有3个不同厚度，分别是45cm、50cm、55cm，现采用垂直振动压路机开展压实工作，地段填土为灰土与黏质砂土。

四、压实质量与压实参数分析

（一）压实厚度

该试验路段3个压实厚度分别为45cm、50cm、55cm，采用的压实技术为垂直振动碾压，表1为试验路段的压实度检测结果，其中压实度要求为不小于96%。

根据表1数据可知该试验路段压实度都达到了质量要求，随着压实厚度的增加压实效果区别逐渐减小，当压实厚度增加至55cm时，压实度正好合格，故在此压实方案下推荐压实厚度≤55cm。另外，灰土比粉质黏土的压实度效果好。分析原因可能是灰土的压缩性能比粉质黏土更好，更容易达到压实要求。

表1 压实度检测结果

（二）压实次数

不同的压实材料应该选择不同的压实方案，压路机振幅的强弱、频率的大小、压实次数都将影响路面最终压实效果。通常情况下，当被压实材料粒径较大时，应选择振幅大、频率大的压实方案，本文采用最终沉降量作为压实效果的评判指标，对比分析了传统的圆周振动压路机与垂直振动压路机在同振幅、同频率、同吨位下，同一路面压实不同次数后的压实效果。

在同等条件下，采用垂直振动压路机所压实的路面沉降量都比圆周振动压路机压实的路面沉降量更大，随着压实次数的增加两者沉降量差值慢慢减小，在首次压实时沉降量差值最大，达到了9mm，当第八次压实时，沉降量差值为最小的2mm。分析原因可能是随着压实次数的增加被压实骨料之间的空隙越来越小，当第八次碾压时，两种不同压实情况下的路基都已接近最“密实”状态，再增加压实次数将对压实结果不造成影响。

（三）压实振幅

压实振幅是压路机一个重要属性，通常情况下，当振幅越大时路基越容易得到压实，表2为垂直振动压路机在高、低两种振幅条件下对路面的压实效果。

表2 高、低振幅下的压实结果表

根据表2可知，该试验路段在高、低两种振幅条件下路基压实度均能符合要求，高振幅下的压实度比低振幅下的压实度更大，但在同时考虑合格率和经济效益的情况下，推荐使用低振幅进行路基压实。

五、结语

本文介绍了垂直振动压实压路机的压实机理，双偏心轴的设计提高了压路机对能源利用率，且能延长压路机的使用寿命；通过实际工程案例发现垂直振动压路机能够提高路基压实度，本文推荐压实厚度≤55cm；与传统圆周压路机相比，垂直压路机对路基的压实效果具有更大的优势。