垂直振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)在公路路基施工中的應(yīng)用

許光

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司第四分公司，河北 石家莊 052160）

壓實(shí)度是公路工程施工中評(píng)價(jià)路面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，如何提高路基的壓實(shí)度成為工程項(xiàng)目中的一個(gè)難題，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，垂直振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)能夠整體提高路面壓實(shí)度，且壓實(shí)度合格率更高。與傳統(tǒng)圓周振動(dòng)壓路機(jī)的一根偏心軸設(shè)置相比，垂直振動(dòng)壓路機(jī)兩根偏心軸的構(gòu)造更加合理，兩根對(duì)稱式偏心軸產(chǎn)生的水平共振力相互抵消，避免壓路機(jī)在水平方向發(fā)生路線偏移，增加行駛的平穩(wěn)性，并將滾輪的損害降到最低，其次兩根偏心軸產(chǎn)生的豎向共振力會(huì)在豎向疊加，能夠進(jìn)一步提高路基壓實(shí)效果，在能源利用率上更具優(yōu)勢(shì)。

一、垂直振動(dòng)原理

（一）垂直振動(dòng)力學(xué)原理及壓實(shí)機(jī)理

垂直振動(dòng)技術(shù)作為一種新型的路基壓實(shí)技術(shù)，實(shí)際上是傳統(tǒng)圓周振動(dòng)技術(shù)改進(jìn)升級(jí)。垂直震動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)置了兩根關(guān)于旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱的偏心軸，在壓實(shí)過程中，這兩根偏心軸共同轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度保持一致，保持順、逆時(shí)針不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在壓路機(jī)實(shí)際工作時(shí)，兩根偏心軸會(huì)同時(shí)產(chǎn)生豎向與水平兩個(gè)方向的沖擊力，兩個(gè)水平方向上的沖擊力會(huì)相互抵消，兩個(gè)豎向沖擊力會(huì)相互疊加，實(shí)現(xiàn)單方向的振動(dòng)，進(jìn)而提升路基壓實(shí)效率。

在壓路機(jī)實(shí)際工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種沖量轉(zhuǎn)換。旋轉(zhuǎn)輪在旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)時(shí)，由上而下產(chǎn)生沖量的變化，并在滾輪與被壓實(shí)層接觸的一瞬間產(chǎn)生沖量的傳遞，這種能量讓路面層的土顆粒之間相互擠壓，減少土壤之間的內(nèi)部空隙，形成擠嵌結(jié)構(gòu)，路面內(nèi)部變得更緊實(shí)。垂直振動(dòng)壓路機(jī)兩根偏心軸的設(shè)置能夠加強(qiáng)沖量的轉(zhuǎn)換，擠嵌結(jié)構(gòu)將會(huì)在路面更深處開始形成，路面壓實(shí)效果更好。

在壓路機(jī)實(shí)際工作時(shí)會(huì)與被壓實(shí)層材料產(chǎn)生共振效果。當(dāng)壓路機(jī)滾輪以一定速度碾壓路面時(shí)，能量的傳遞會(huì)讓材料被碾壓的同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)能，這種動(dòng)能足夠使得材料之間產(chǎn)生摩擦甚至相對(duì)滑動(dòng)，共振摩擦效果下材料之間擠嵌得更緊密，路面的壓實(shí)度進(jìn)一步得到提升。

（二）垂直振動(dòng)壓實(shí)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)壓路機(jī)新型的垂直振動(dòng)壓路機(jī)相比垂直振動(dòng)技術(shù)的三大優(yōu)勢(shì)：

1.能夠充分利用能源

垂直振動(dòng)壓路機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)在于其雙偏軸設(shè)計(jì)能夠消除水平作用力，把能量集中在豎向。增加的豎向沖擊能有效保障路面擊實(shí)要求，在同等能耗條件下，其壓實(shí)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的圓周振動(dòng)壓路機(jī)。其次，豎向的高沖擊能量可以保證被碾壓骨料在振動(dòng)的同時(shí)，與機(jī)器形成共振效應(yīng)，骨料之間產(chǎn)生的靜摩擦力讓擠嵌結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

2.行駛過程更穩(wěn)定

圓周振動(dòng)壓路機(jī)在水平?jīng)_擊力的影響下，壓實(shí)材料與滾輪之間的摩擦作用增大，在增加了能源無用消耗的同時(shí)，還會(huì)磨損滾輪，縮短壓路機(jī)的使用壽命。垂直振動(dòng)壓路機(jī)的兩根偏心軸克服了水平?jīng)_擊力，壓路機(jī)在行駛過程中會(huì)變得更加穩(wěn)健，增強(qiáng)駕駛?cè)藛T舒適感，能夠延長(zhǎng)壓路機(jī)的實(shí)際使用壽命。

3.壓實(shí)質(zhì)量高

垂直振動(dòng)壓路機(jī)在消除水平?jīng)_擊力后，碾壓路面時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破浪、擁包等問題，能夠有效提高路面的平整度。

二、壓實(shí)度檢測(cè)指標(biāo)

壓實(shí)度是評(píng)價(jià)路面壓實(shí)質(zhì)量的重要指標(biāo)，根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范壓實(shí)度的計(jì)算公式如下：

式中：

K表示壓實(shí)度，單位為%；

pd表示實(shí)際干容重，單位為g/cm3；

pdmax表示室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的最大標(biāo)準(zhǔn)干容重，單位為g/cm3。

其中實(shí)際干容重的計(jì)算公式如下：

式中：

p表示濕容重，單位為g/cm3；

w表示含水量，單位為%。

標(biāo)準(zhǔn)最大干容重是材料的一種固有屬性，一般通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)可以測(cè)得，被壓材料的實(shí)際干密度會(huì)隨著碾壓進(jìn)程的推進(jìn)逐漸增大，通常呈先快后慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

三、工程概況

某公路工程需要壓實(shí)路基，經(jīng)勘查該路基試驗(yàn)段填土壓實(shí)有3個(gè)不同厚度，分別是45cm、50cm、55cm，現(xiàn)采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)開展壓實(shí)工作，地段填土為灰土與黏質(zhì)砂土。

四、壓實(shí)質(zhì)量與壓實(shí)參數(shù)分析

（一）壓實(shí)厚度

該試驗(yàn)路段3個(gè)壓實(shí)厚度分別為45cm、50cm、55cm，采用的壓實(shí)技術(shù)為垂直振動(dòng)碾壓，表1為試驗(yàn)路段的壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果，其中壓實(shí)度要求為不小于96%。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知該試驗(yàn)路段壓實(shí)度都達(dá)到了質(zhì)量要求，隨著壓實(shí)厚度的增加壓實(shí)效果區(qū)別逐漸減小，當(dāng)壓實(shí)厚度增加至55cm時(shí)，壓實(shí)度正好合格，故在此壓實(shí)方案下推薦壓實(shí)厚度≤55cm。另外，灰土比粉質(zhì)黏土的壓實(shí)度效果好。分析原因可能是灰土的壓縮性能比粉質(zhì)黏土更好，更容易達(dá)到壓實(shí)要求。

表1 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

（二）壓實(shí)次數(shù)

不同的壓實(shí)材料應(yīng)該選擇不同的壓實(shí)方案，壓路機(jī)振幅的強(qiáng)弱、頻率的大小、壓實(shí)次數(shù)都將影響路面最終壓實(shí)效果。通常情況下，當(dāng)被壓實(shí)材料粒徑較大時(shí)，應(yīng)選擇振幅大、頻率大的壓實(shí)方案，本文采用最終沉降量作為壓實(shí)效果的評(píng)判指標(biāo)，對(duì)比分析了傳統(tǒng)的圓周振動(dòng)壓路機(jī)與垂直振動(dòng)壓路機(jī)在同振幅、同頻率、同噸位下，同一路面壓實(shí)不同次數(shù)后的壓實(shí)效果。

在同等條件下，采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)所壓實(shí)的路面沉降量都比圓周振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)的路面沉降量更大，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加兩者沉降量差值慢慢減小，在首次壓實(shí)時(shí)沉降量差值最大，達(dá)到了9mm，當(dāng)?shù)诎舜螇簩?shí)時(shí)，沉降量差值為最小的2mm。分析原因可能是隨著壓實(shí)次數(shù)的增加被壓實(shí)骨料之間的空隙越來越小，當(dāng)?shù)诎舜文雺簳r(shí)，兩種不同壓實(shí)情況下的路基都已接近最“密實(shí)”狀態(tài)，再增加壓實(shí)次數(shù)將對(duì)壓實(shí)結(jié)果不造成影響。

（三）壓實(shí)振幅

壓實(shí)振幅是壓路機(jī)一個(gè)重要屬性，通常情況下，當(dāng)振幅越大時(shí)路基越容易得到壓實(shí)，表2為垂直振動(dòng)壓路機(jī)在高、低兩種振幅條件下對(duì)路面的壓實(shí)效果。

表2 高、低振幅下的壓實(shí)結(jié)果表

根據(jù)表2可知，該試驗(yàn)路段在高、低兩種振幅條件下路基壓實(shí)度均能符合要求，高振幅下的壓實(shí)度比低振幅下的壓實(shí)度更大，但在同時(shí)考慮合格率和經(jīng)濟(jì)效益的情況下，推薦使用低振幅進(jìn)行路基壓實(shí)。

五、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了垂直振動(dòng)壓實(shí)壓路機(jī)的壓實(shí)機(jī)理，雙偏心軸的設(shè)計(jì)提高了壓路機(jī)對(duì)能源利用率，且能延長(zhǎng)壓路機(jī)的使用壽命；通過實(shí)際工程案例發(fā)現(xiàn)垂直振動(dòng)壓路機(jī)能夠提高路基壓實(shí)度，本文推薦壓實(shí)厚度≤55cm；與傳統(tǒng)圓周壓路機(jī)相比，垂直壓路機(jī)對(duì)路基的壓實(shí)效果具有更大的優(yōu)勢(shì)。