振動壓路機工作參數對公路施工質量的影響

深圳公路工程中的路基路面由各式各樣的填筑材料攤鋪而成，在公路工程施工中，對由土石方填筑的路基、各種穩定混合料組成的路面基層以及各種瀝青混凝土面層都有壓實度和平整度的要求。振動壓路機是深圳瀝青施工過程中常用的施工機械，借助振動壓路機的自重提供壓實功。振動壓路機是公路工程施工中不可缺少的重要機械設備，依靠其自身重量以及鋼輪振動提供的壓實功達到壓實效果，并通過不同重量壓路機的配合、不同施工階段中不同的振動頻率和振動幅度相配合，以使被壓實材料吸收最大的壓實功率，達到最優的壓實效果。

一、振動壓路機在公路工程施工中的使用

振動壓路機主要適用于壓實和整平公路工程中路基路面填筑材料的工程機械，其壓實各類建筑和筑路材料的工作原理是借助自身的重力以及振動壓路機鋼輪振動過程中產生的壓實功。在公路工程施工過程中，作為路基路面填筑的材料主要有各種瀝青混凝土、碎石混合料和非粘性土壤，振動壓路機十分適合壓實上述各種筑路材料，因此，在公路工程建設中得到了廣泛應用。在公路工程的施工過程中，路基土石方、路面基層材料和除水泥混凝土面層以外的各種對平整度有要求的施工層中，均需利用振動壓路機施工，以達到規范規定的壓實度和平整度。振動壓路機的工作參數包括行駛速度、輪重、振幅和激振頻率等參數。在進行土石方、基層以及面層壓實工程中，合理選用各工作參數才能產生最大的壓實功，產生最佳的壓實效果，并保證壓實層的平整，施工質量才能得到保證。

目前，在市場上占據主要銷售地位的各種型號振動壓路機以及各施工單位使用最多的振動壓路機大體上可以分為以下幾類：機械驅動單鋼輪振動壓路機、液壓驅動單鋼輪振動壓路機、液壓驅動雙鋼輪振動壓路機。其中，液壓驅動雙鋼輪振動壓路機又可以分為雙鋼輪串聯自行式振動壓路機、雙鋼輪串聯式自行式鉸接式振動壓路機等。

二、公路施工規范對施工方法的規定

由于振動壓路機的使用方法及施工工藝會對公路工程的質量產生較大影響，因此，規范規定了具體的施工方法。在現行的公路瀝青路面施工技術規范(JTG F40一20）和公路路基施工技術規范（耳GFIO一2006）以及其他相關規范中的相關章節都對振動壓路機工作時的操作方法、施工工藝做出了明確具體的要求。筆者以使用二灰穩定碎石作為筑路材料的路面基層為例，介紹振動壓路機在公路工程施工中的使用方法。

1，施工工藝

先對二灰穩定材料進行質量檢驗，并經過試驗確定松鋪厚度。將經過質量檢驗合格的二灰穩定土材料分層填筑在路槽中，每層的壓實厚度不宜大于30厘米。使用平地機或者推土機將筑路材料推平并穩壓，然后用壓路機粗壓一遍，進而使用平地機精平，精平時宜由路基外側向路拱進行，最后再由壓路機碾壓至設計壓實度，灑水養生。對于平整度、橫坡達不到規范要求的填筑表面需重新用平地機再精平一次，直至達到設計及規范要求。

2，壓實方法

筑路材料被振動壓路機壓實后，材料的密實度隨深度增加而減小，填筑材料層5厘米以內的壓實度最高。而且在壓路機自身重量相同時，振動壓路機比光輪靜碾壓路機的壓實有效深度大2倍。如果隨著壓實遍數的增加，當壓實遍數大于10遍以上，壓實度還無法滿足時，增大壓實遍數對壓實效果影響不大，需減小壓實層厚。初壓時，先靜壓，再振動碾壓，振動頻率應由小增大。碾壓時先壓邊緣后壓中間、先壓低側后壓外側。路堤邊緣采用卷揚機牽引的小型振動壓路機從坡角向上碾壓，部分采用人工拍實。

三、主要工作參數對工程質量的影響

公路工程路基、路面的相關施工規范中已經對振動壓路機壓實的施工工藝作出了要求，但限于規范的性質并未深入討論其工作機理和工作參數的確定方法。筆者將依據振動壓路機壓實筑路材料的工作原理對振動壓路機在施工過程中的工作參數選取進行分析探討。

1，振幅

根據對土壤壓實過程的研究可知，振動壓路機的鋼輪給予筑路材料的作用力大小是決定振動壓路機壓實效果的主要因素。根據動力學知識可知，振動幅度越大，能量越大，則鋼輪給予被壓實材料的沖擊力就越大。組成土壤的顆粒在振動壓路機的振動碾壓下，會產生較大的位移，并且隨著振動能量的增大，振動產生的波在土壤中傳播的距離就會越長，但并不是可以無限制地增大振幅就能無限達到更高的壓實效果。隨著振動幅度的增大，壓路機本身的振動也會增大，機械在使用中最不利的使用工況就是承受動力荷載，因此過大的振幅會對機械的使用壽命造成影響。當土壤收到的振動能量過大時，本來壓實的土體又會產生離析現象，造成潛在的質量隱患。同時，振動壓路機的工作振幅是受被壓實材料自身的剛度影響的，同一振動壓路機在不同的壓實材料剛度下，工作振幅不同，壓實剛度越大，工作振幅越大。由于被壓實材料的剛度變化是隨壓實次數變化的參數，因此，工作振幅也應隨壓實次數二變化。

2，振動頻率

振動壓路機在激振力的作用下使振動輪產生受迫振動，振動頻率是指激振器的振動軸每分鐘轉動的次數。振動頻率的改變是通過振動軸的轉速實現的，液壓振動軸是由液壓馬達驅動的，通過改變輸入液壓馬達的油壓流量改變馬達轉速，繼而實現改變鋼輪振動頻率的目的。

如果振動頻率太小的話，壓實效果不好。如果過高的振動頻率將會導致振動輪跳離地面而失偶，這樣反而降低了壓路機對路面的作用力。為了達到最優的壓實效果，振動壓路機的頻率需與被壓實材料的固有頻率相同，由于被壓實材料的固有頻率各不相同，而且隨著壓實度的增大，材料本身的剛度發生變化，也會導致材料固有頻率的變化。這說明在施工過程中一直保持振動壓路機的振動頻率在一個最優的狀態是一個十分復雜的過程，需要實時測量土體的壓實度以及土體的剛度阻尼等參數，并通過相關算法計算最優的壓實頻率。同時，由于壓路機本身頻率變化的不連續性限制，也很難達到最優的壓實效果。是否研發無級調頻的振動壓路機以追求更高的施工質量，需要綜合考慮技術和經濟因素。

3，碾壓速度

振動壓路機的碾壓速度也是振動壓路機在公路工程施工過程中的一個重要參數，碾壓速度對壓實質量有較大影響，并且直接影響了公路施工的生產效率。為了兼顧施工質量和施工效率，一般在保證施工質量的前提下，以較大的碾壓速度施工，減少碾壓時間，最大限度提高生產效率。大量的公路工程施工實踐證明，當振動壓路機的碾壓速度較低時，碾壓的工序和攤鋪工序間斷，施工間隔會導致壓實質量受到影響，為后期運營帶來安全隱患；而施工中的振動壓路機碾壓速度過快時，會造成被壓實層在過快的輪壓作用下產生推移、波紋和裂縫等病害。

當振動壓路機的自身重量一定時，碾壓速度對施工質量的影響主要取決于振動頻率的選擇，因為振動頻率和碾壓速度綜合作用下會產生振動沖擊間距。振動沖擊的間距不能過大，否則會造成路面不平順，因此為了提高施工效率并保證施工質量，需要提高振動壓路機的工作頻率，即采用高頻壓實的施工方法，并保證碾壓速度恒定。

在施工過程中，如果施工人員能夠嚴格按照現行施工規范規定的操作方法進行施工，則會較容易達到規范要求的質量；相反，若不按照規范操作，勢必會給工程質量帶來潛在的威脅，在后期的運營過程中極易出現各種各樣的病害，影響行車舒適性，給行車安全帶來極大的危險。從壓實機理上分析，現有的振動壓路機的振動頻率和振幅并不能連續變化，因此，并不能達到最優狀態的壓實效果。因此，采用新技術，使振動壓路機能夠實現無級調頻、無極調幅，并在壓實過程中通過探測裝置和相應算法自動實現振動頻率的變化以達到最優壓實效果是未來振動壓路機的一個發展方向。

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