基于瀝青路面坑槽修復(fù)的振蕩壓實(shí)應(yīng)用研究

熊香友

摘 要：以深度在41～63 mm的8個(gè)瀝青路面坑槽為研究對(duì)象，選用同級(jí)別的振蕩壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)試驗(yàn)。對(duì)振蕩壓路機(jī)進(jìn)行參數(shù)選擇，確定當(dāng)頻率為30 Hz左右、速率在3～45 km·h-1、碾壓次數(shù)為4時(shí)接近最佳工作狀態(tài)；對(duì)振蕩、振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)得到的坑槽進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，結(jié)果表明采用振蕩壓實(shí)的坑槽路用性能指標(biāo)較好。

關(guān)鍵詞：振蕩壓實(shí)；振動(dòng)壓實(shí)；參數(shù)選擇；坑槽修復(fù)

中圖分類號(hào)：U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Study on Application of Oscillatory Compaction Based on Potholes Repair of Asphalt Pavement

XIONG Xiangyou

（School of Electromechanical and Vehicle Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China）

Abstract： Taking 8 potholes with depths of 4163 mm in asphalt pavement as the objects of study， oscillatory roller and vibratory roller of the same level were used in the field repair tests. With the frequency， speed and compaction times being set to 30 Hz， 34.5 km·h-1 and 4 respectively， the oscillatory roller reaches optimum working condition. Pavement performance indicators were detected during the compaction tests conducted with oscillatory roller and vibratory roller， which show that oscillatory compaction gets better effect.

Key words： oscillatory compaction； vibratory compaction； parameter selection； pothole repair

0 引 言

近30年來(lái)，中國(guó)道路施工方式從純?nèi)肆Πl(fā)展到機(jī)械化，施工材料也得到巨大突破，具有減振、降噪特性的瀝青混合料被廣泛使用；與此同時(shí)，公路病害屢見(jiàn)不鮮，路面坑槽作為一種常見(jiàn)的路面早期損壞，嚴(yán)重影響車(chē)輛行駛的舒適性和安全性，折損道路使用壽命。

大量研究表明，坑槽現(xiàn)象與壓實(shí)效果不佳密切相關(guān)[12]。靜力壓實(shí)深度有限，振動(dòng)壓實(shí)也因沖擊效應(yīng)往往造成集料破碎、路面不平及裂縫等現(xiàn)象，得不到令人滿意的壓實(shí)效果。

材料能否被壓實(shí)與所受碾壓力的作用方向無(wú)關(guān)[35]，因此振蕩壓實(shí)技術(shù)被提出并得到發(fā)展。振蕩壓實(shí)平緩無(wú)沖擊，能夠適應(yīng)特殊區(qū)域的壓實(shí)，而且其揉搓作用能夠避免沖擊產(chǎn)生的缺陷，壓實(shí)效果良好[67]。

本文以瀝青路面坑槽修復(fù)工程為依托研究振蕩壓實(shí)，不僅能夠驗(yàn)證振蕩壓實(shí)的優(yōu)越性，還可通過(guò)記錄過(guò)程的資料和數(shù)據(jù)對(duì)振蕩壓實(shí)及坑槽修復(fù)工藝進(jìn)行理論分析。

1 瀝青路面振蕩壓實(shí)機(jī)理

振蕩壓路機(jī)普遍采用的雙軸機(jī)構(gòu)：在工作過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)除提供行進(jìn)驅(qū)動(dòng)力外，同時(shí)將扭矩通過(guò)副齒輪箱傳遞給振蕩輪上的液壓發(fā)動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)雙軸帶動(dòng)偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，偏心質(zhì)量塊將產(chǎn)生總是處于水平方向的離心力F，使得振蕩輪由水平往復(fù)位移X，如圖1所示，圖中f為摩擦力。

振蕩輪中心以一定的振幅和頻率進(jìn)行水平振蕩，解析為

X=A0sin（2πf0t）（1）

式中：A0為振蕩輪振幅；f0為振蕩頻率；t為時(shí)間。

異于沖擊作用，振蕩壓路機(jī)產(chǎn)生的水平激振力將通過(guò)其在瀝青混合料面上產(chǎn)生的摩擦力傳遞給鋼輪[89]，這樣就在混合料面上產(chǎn)生水平方向的連續(xù)搓揉作用。壓實(shí)過(guò)程中鋼輪與混合料連續(xù)接觸，解決了振動(dòng)壓路機(jī)沖擊力作用下引起的集料破碎、路面裂縫等問(wèn)題，其激振力沿行進(jìn)方向傳播，對(duì)道路周?chē)慕Y(jié)構(gòu)體影響小，適用于特殊區(qū)域壓實(shí)[10]。

隨著壓實(shí)的進(jìn)行，瀝青混合料的剛度增加，阻尼系數(shù)減小，若摩擦力不足以將激振力完全傳遞給瀝青混合料（即f

2 坑槽修復(fù)試驗(yàn)方案

根據(jù)試驗(yàn)要求和實(shí)際條件，選取某段鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路進(jìn)行坑槽修復(fù)，該地區(qū)按中國(guó)氣候分區(qū)為24，年降雨量大于1 000 mL。

2.1 坑槽修復(fù)準(zhǔn)備

瀝青路面如果壓實(shí)不佳，或在水作用、交變車(chē)輛載荷的作用下，將會(huì)產(chǎn)生坑槽損害，同等載荷作用下坑槽邊緣外將會(huì)產(chǎn)生5～10倍于正常路面的應(yīng)力，加劇路面破壞。采用挖填法進(jìn)行修復(fù)，能夠徹底解決坑槽問(wèn)題，同時(shí)采用振蕩壓實(shí)能保證路面壓實(shí)效果。

開(kāi)槽是挖填法修復(fù)坑槽的首要環(huán)節(jié)，本試驗(yàn)選取的坑槽深度為41～63 cm，以正方形加圓角的形式，分別選擇Ⅰ、Ⅱ型坑槽（圖2）進(jìn)行平行試驗(yàn)。

得到基本坑槽模型后，需要對(duì)坑內(nèi)破碎的舊料進(jìn)行處理，并吹干其中積水，接著噴灑適量的粘接劑（如瀝青），為后續(xù)工藝做好準(zhǔn)備。

2.2 材料及設(shè)備

選用90#瀝青拌和的AC13混合料，詳細(xì)指標(biāo)如表1、2所示。

壓實(shí)設(shè)備采用同等級(jí)HAMA HD 12VV振動(dòng)壓路機(jī)和HAMA HD 12VO振蕩壓路機(jī)，這2款小型壓路機(jī)的工作質(zhì)量和靜線壓力相同，適用于試驗(yàn)對(duì)比。

2.3 路面指標(biāo)及要求

根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2004）的要求檢測(cè)路面路用指標(biāo)，檢測(cè)設(shè)備均來(lái)自重慶交通大學(xué)道路檢測(cè)中心，經(jīng)重慶計(jì)量檢測(cè)局檢驗(yàn)合格，選取的指標(biāo)、設(shè)備及要求如表3所示。

3 振蕩壓實(shí)參數(shù)的選擇

對(duì)本次振蕩、振動(dòng)壓實(shí)對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行壓實(shí)工藝及壓實(shí)參數(shù)控制，使其在最佳狀態(tài)下工作。鑒于振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)較為成熟，可參考相關(guān)資料選取參數(shù)，而對(duì)振蕩壓實(shí)則需要對(duì)其參數(shù)和工藝進(jìn)行試驗(yàn)討論。

3.1 壓實(shí)頻率及遍數(shù)

在瀝青混合料受壓的初始階段，密度低、溫度高，混合料具有較大的變形能力，此時(shí)激振力的頻率變化對(duì)混合料壓實(shí)密度大小有顯著影響；隨著碾壓的進(jìn)行，混合料剛性得以提高，阻尼系數(shù)降低，抗變形能力增加，此時(shí)頻率對(duì)壓實(shí)密度影響甚微。

為選取最適于試驗(yàn)的振蕩頻率，以0.52 mm為振幅，分別在6種頻率（25、28、31、34、37、40 Hz）、6種壓實(shí)遍數(shù)下進(jìn)行壓實(shí)，記錄原始資料并采用MATLAB進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，壓實(shí)作業(yè)超過(guò)4次后檢測(cè)到的瀝青混合料密度變化不大，曲線平緩，故選取頻率為30 Hz左右進(jìn)行4次碾壓能夠得到較好的壓實(shí)效果，同時(shí)控制碾壓次數(shù)能夠保證經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3.2 行進(jìn)速度及遍數(shù)

若以壓實(shí)帶內(nèi)某個(gè)點(diǎn)或線的受壓時(shí)間（t）考慮，碾壓次數(shù)（m）、行進(jìn)速度（v）與受壓時(shí)間的關(guān)系大致可以表示為

t∝mv（2）

但這并不表示碾壓次數(shù)越多、壓實(shí)速度越慢，效果就越好，必須考慮各個(gè)輪次壓實(shí)溫度的損失，過(guò)慢過(guò)多的壓實(shí)將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)工藝無(wú)法在正常溫度下進(jìn)行，降低施工效率。

為選取最適于試驗(yàn)的行進(jìn)速度，以0.52 mm的振幅分別在6種速度（3、3.5、4、4.5、5、55 km·h-1）、6種壓實(shí)遍數(shù)下進(jìn)行壓實(shí)，得到壓實(shí)密度數(shù)據(jù)經(jīng)MATLAB處理的結(jié)果，如圖4所示。

4 振蕩壓實(shí)與振動(dòng)壓實(shí)的對(duì)比

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試驗(yàn)路路用性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，得到振蕩壓實(shí)與振動(dòng)壓實(shí)修復(fù)坑槽的結(jié)果，如表5所示。

壓實(shí)度對(duì)路面承載能力和使用壽命有顯著影響，挑選表5中8個(gè)坑槽的壓實(shí)度進(jìn)行對(duì)比研究，如圖5所示。

坑槽KC4、KC8施工過(guò)程中AC13瀝青混合料用料量不足，從拌和站補(bǔ)運(yùn)進(jìn)行壓實(shí)，使得壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)。除此之外，試驗(yàn)選取的其他坑槽壓實(shí)度均達(dá)到最大理論密度（2.552 g·cm-3）的92%以上，相比振動(dòng)壓實(shí)得到的KC1～KC3號(hào)坑槽而言，振蕩壓實(shí)得到的KC5～KC7號(hào)坑槽修復(fù)效果較好。

振蕩壓實(shí)后的坑槽平整度既可以保證行車(chē)過(guò)程平穩(wěn)，又能降低道路受到的峰值應(yīng)力，延長(zhǎng)使用壽命?？硬跭C3的平整度為66 mm，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（<5 mm），這是因?yàn)檎駝?dòng)沖擊力對(duì)被壓介質(zhì)的作用力不平穩(wěn)，難以得到平整的路面；而在振蕩壓路機(jī)的靜壓、搓揉作用下，坑槽的平整度更好且較為均勻，保持在3.5 mm左右。

振蕩壓實(shí)得到的坑槽，其滲水系數(shù)均值為2205 mL·min-1，比振動(dòng)壓實(shí)低6575 mL·min-1，能夠較好保護(hù)路面及下面的結(jié)構(gòu)層（特別是在高寒地區(qū)），防止水的侵害。

振蕩壓實(shí)得到的坑槽，摩擦系數(shù)為10725，較振動(dòng)壓實(shí)提高了1379%，能保證車(chē)輛在濕滑的道路上行駛時(shí)有足夠的摩擦力；對(duì)構(gòu)造深度進(jìn)行分析，同樣可以看出振蕩壓實(shí)能獲得較好的效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

在本次坑槽修復(fù)試驗(yàn)中，當(dāng)振蕩壓實(shí)振幅為052 mm時(shí)，該型振蕩壓路機(jī)在頻率為30 Hz左右、速度為3～4.5 km·h-1及碾壓次數(shù)為4遍時(shí)接近最佳工作狀態(tài)。在進(jìn)行振蕩壓實(shí)時(shí)應(yīng)該根據(jù)施工環(huán)境選取合適的工藝，使振蕩壓路機(jī)的效率和優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。

振蕩壓實(shí)在5 cm左右深的瀝青路面坑槽修復(fù)中能夠得到較好的壓實(shí)效果，可用于相應(yīng)情形，特別應(yīng)在市區(qū)、橋梁等特殊環(huán)境推廣使用。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]