振動(dòng)壓路機(jī)工作參數(shù)對(duì)施工過程的影響

張 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

壓實(shí)是通過施加外力使被壓實(shí)材料密實(shí)度提高的過程。公路施工中的壓實(shí)過程，是被壓實(shí)材料經(jīng)過加載，克服松散多相材料中固體顆粒間的粘著力、摩擦力，把固體顆粒間的空氣和水分排除出去，減小顆粒與顆粒間的孔隙比，使土體在單位面積下的密度和重量提高，使材料顆粒重新排列組合，形成密實(shí)的整體，增加路基土和路面材料的不透水性和強(qiáng)度穩(wěn)定性，提高基底或路基的密實(shí)度，減少路基路面病害，達(dá)到承載力的要求。

振動(dòng)壓路機(jī)是運(yùn)用動(dòng)載頻率接近于材料固有頻率發(fā)生共振，使級(jí)配材料間減少摩擦力和嵌鎖力，相互移動(dòng)達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)[1]。振動(dòng)壓路機(jī)一般都設(shè)有調(diào)頻、調(diào)幅裝置，有很強(qiáng)的壓實(shí)功能，它的工作狀況可以根據(jù)需要調(diào)成強(qiáng)振、弱振和不振三擋，可根據(jù)實(shí)際情況當(dāng)作重型、中型和輕型壓路機(jī)使用。與其他壓路機(jī)相比，振動(dòng)壓路機(jī)具有良好的施工性能和經(jīng)濟(jì)性，在現(xiàn)代公路施工中得到廣泛使用。本文重點(diǎn)介紹振動(dòng)壓路機(jī)工作參數(shù)及其對(duì)施工性能的影響。

1 振動(dòng)壓路機(jī)工作參數(shù)

振動(dòng)壓路機(jī)在公路施工中，振動(dòng)輪的振動(dòng)作用對(duì)路面產(chǎn)生往復(fù)性沖擊，使材料顆粒由靜止轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，摩擦阻力下降，便于顆粒間的緊密接觸，使路面的承載能力相應(yīng)提高。當(dāng)然，材料的壓實(shí)度及其抗變形能力既取決于材料自身的特性，又與振動(dòng)壓路機(jī)的技術(shù)參數(shù)有關(guān)[2]。其中，影響材料壓實(shí)效果的振動(dòng)壓路機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為:靜質(zhì)量與靜線荷載、頻率、振幅和碾壓速度、振動(dòng)輪的寬度和直徑、振動(dòng)輪的數(shù)量。同時(shí)，使用振動(dòng)壓路機(jī)時(shí)，還應(yīng)考慮滿足壓實(shí)度和經(jīng)濟(jì)性要求的碾壓速度和壓實(shí)遍數(shù)。

1.1 靜質(zhì)量與靜線荷載

振動(dòng)壓路機(jī)除利用壓路機(jī)自身的靜質(zhì)量和靜線荷載壓實(shí)土壤以外，還要依靠壓路機(jī)的振動(dòng)能進(jìn)行壓實(shí)工作。在振動(dòng)輪振動(dòng)壓實(shí)時(shí)，振動(dòng)頻率引發(fā)材料顆粒的振動(dòng)，使材料顆粒重新排列，提高壓實(shí)材料的壓實(shí)度。

實(shí)踐表明，壓實(shí)能量主要來自振動(dòng)輪，振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)影響深度大致與振動(dòng)輪的質(zhì)量成正比[3]。

1.2 振動(dòng)壓路機(jī)的頻率[2]

振動(dòng)頻率是指振動(dòng)器上的振動(dòng)軸每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，主要影響路面的表面壓實(shí)質(zhì)量。為了使振動(dòng)壓路機(jī)有足夠的壓實(shí)能量，通常將其工作頻率設(shè)定為被壓實(shí)材料的自然共振頻率。振動(dòng)頻率太低，會(huì)引起機(jī)身的緊固螺栓和避震塊共振，導(dǎo)致機(jī)器上的零件因共振而松動(dòng)或損壞;振動(dòng)頻率太高，設(shè)備振動(dòng)劇烈，不利于人的健康和可靠的壓實(shí)作業(yè)，同時(shí)，在過大的振動(dòng)強(qiáng)度作用下振動(dòng)輪將脫離地面，使地面表層受到嚴(yán)重沖擊和過度碾壓，造成路面壓實(shí)不平。

1.3 振動(dòng)壓路機(jī)的振幅

振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪上下移動(dòng)的量稱為振幅，主要影響路面的壓實(shí)深度(見圖1)。

圖1 振動(dòng)壓路機(jī)的振幅

為提高振動(dòng)壓路機(jī)的工作效率，其工作振幅應(yīng)根據(jù)材料特性、鋪層厚度控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)[1]。通常情況下，壓實(shí)深度和壓實(shí)厚度隨著振幅的加強(qiáng)而增大，但振幅過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)架振動(dòng)加劇，容易引起司機(jī)疲勞和機(jī)器零件的疲勞損壞，造成碾壓過的路面開裂、疏松、骨料碾碎等，降低路面的壓實(shí)質(zhì)量;壓實(shí)深度不大時(shí)，壓實(shí)的土或材料吸收不了過高、過強(qiáng)的壓實(shí)能量，反而會(huì)使已壓實(shí)的薄層產(chǎn)生松散現(xiàn)象。

1.4 振動(dòng)輪的寬度與直徑

與靜作用壓路機(jī)相同，振動(dòng)壓路機(jī)的滾輪寬度和直徑對(duì)路基路面壓實(shí)效果的影響和其他壓路機(jī)一樣都十分顯著。別的性能參數(shù)都一樣的兩個(gè)滾輪，滾輪對(duì)路基路面的壓實(shí)影響深度寬度大的明顯小于寬度小的滾輪。振動(dòng)輪直徑與靜線壓力有關(guān)，靜線壓力越高，振動(dòng)直徑也要求越大。

1.5 振動(dòng)輪數(shù)和驅(qū)動(dòng)形式

雙鋼輪壓路機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但與單輪振動(dòng)壓路機(jī)相比，雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)功能是單輪振動(dòng)壓路機(jī)的兩倍。其生產(chǎn)效率將明顯提高[1]。振動(dòng)壓路機(jī)的被動(dòng)輪在工作時(shí)，易使路面表層發(fā)生推移，而主動(dòng)輪可減小表層的位移量，增加路面的平整度。因此，為了提高路面壓實(shí)質(zhì)量，通常使振動(dòng)壓路機(jī)的主動(dòng)輪在前，被動(dòng)輪在后，或選用雙輪驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)，以提高壓實(shí)效果和效率。

1.6 碾壓速度

碾壓速度是影響壓路機(jī)生產(chǎn)率的主要因素。它決定了單位面積內(nèi)振動(dòng)輪對(duì)材料的壓實(shí)時(shí)間，因此，提高碾壓速度，可以提高生產(chǎn)率。同時(shí)，碾壓速度又是影響壓實(shí)質(zhì)量的重要因素(見圖2)。碾壓速度低時(shí)單位面積內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)多，碾壓速度高時(shí)振動(dòng)次數(shù)肯定少，因而作用在被壓材料上的能量，前者多于后者。過高的碾壓速度雖然生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性高，但速度過快會(huì)導(dǎo)致被壓層平整度變差，影響壓實(shí)質(zhì)量。

圖2 速度與壓實(shí)度的關(guān)系曲線

1.7 碾壓材料和厚度

實(shí)驗(yàn)證明，各種振動(dòng)壓路機(jī)適應(yīng)的壓實(shí)材料不完全相同，例如壓實(shí)塑性指數(shù)大的粘土和粘性土，比較適合用中型、重型振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，而輕型振動(dòng)壓路機(jī)則不太適合。碾壓材料的厚度也對(duì)壓實(shí)效果有影響，碾壓層過厚，該層的上部壓實(shí)度和下層壓實(shí)度都會(huì)受到影響。同時(shí)，碾壓層的厚度應(yīng)該與所用壓路機(jī)的質(zhì)量或功能相適應(yīng)。

1.8 碾壓遍數(shù)

碾壓遍數(shù)與壓路機(jī)的類型及技術(shù)參數(shù)有關(guān)，而且材料的類別及其所處的狀態(tài)，也對(duì)碾壓遍數(shù)有重要的影響，碾壓遍數(shù)以達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度為宜，碾壓遍數(shù)過多，對(duì)路面壓實(shí)度的提高影響不大，同時(shí)會(huì)降低施工的經(jīng)濟(jì)性，而且當(dāng)碾壓遍數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后壓實(shí)度將不再增加。碾壓遍數(shù)過少，會(huì)導(dǎo)致材料松散，壓實(shí)度和平整度達(dá)不到要求。

2 工程案例

山西路橋某分公司在汾陽至邢臺(tái)高速公路平遙至榆社段路面某標(biāo)段施工時(shí)，結(jié)合單位的實(shí)際情況，根據(jù)上述原則，在路基寬度為24.5 m的雙向四車道高速公路上，根據(jù)碾壓材料的性能參數(shù)，對(duì)壓路機(jī)類型和碾壓遍數(shù)進(jìn)行分析和研究，選用的壓路機(jī)為LG520B和DD130型振動(dòng)壓路機(jī)各2臺(tái)。按照施工工藝進(jìn)行碾壓，在水穩(wěn)基層進(jìn)行終壓時(shí)，將振動(dòng)壓路機(jī)的頻率設(shè)為33 Hz，振幅設(shè)定在1.0 mm左右，碾壓速度為3.2 km/h，碾壓后的壓實(shí)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

3 結(jié)語

在公路施工中，壓路機(jī)類型及數(shù)量的選擇必須結(jié)合公路的實(shí)際和施工單位具體情況進(jìn)行選擇，綜合考慮壓實(shí)的對(duì)象和機(jī)械化程度、材料類別和含水量、壓實(shí)厚度、壓實(shí)機(jī)械的適應(yīng)性、施工場地的氣候條件、可維修性能和技術(shù)支持條件等來合理配置足夠數(shù)量和噸位的碾壓設(shè)備，嚴(yán)格按照工藝規(guī)范碾壓，使整個(gè)施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)化。

[1] 李 冰.振動(dòng)壓路機(jī)與振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2001:2-4.

[2] 趙鐵栓，陳新軒.壓路機(jī)運(yùn)用技術(shù)[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2005:1-2.

[3] GB/T 8511-2005，振動(dòng)壓路機(jī)[S].