振荡压路机在沥青路面施工过程中的应用分析

摘要：文章通过西宝高速路面一标上面层沥青摊铺分析并探讨了振荡压路机在沥青路面施工过程中的应用，对其工作原理进行了分层次的详细阐述，其次对其压实动力学过程进行了简单的论述，通过简单地介绍其他的压实作业方式，与振荡压路机压实方式做比较，最后对振荡压实过程质量控制，以及沥青混合料接缝碾压技术做了详细的阐述。

关键词：振荡压路机；沥青路面；压实

一、工程概况

西宝高速公路是全国“五纵七横”国道主干线G30连云港至霍尔果斯重要一段，也是陕西省投资最大、里程最长、设施最完善的一条高等级公路。西宝高速路面一标设计为双向八车道，设计时速120km/小时。其中上面层采用sma-13改性沥青马蹄脂碎石上面层，厚度4cm。为了保证路面压实质量，项目决定采用震荡压实工艺。

二、振荡压路机的发展现状及作用原理

在80年代中期H.hurner博士提出振荡压实的新概念，与传统振荡压路机的工作原理大为不同。而德国的哈姆公司生产出了7t和9t的振荡压路机，这一新的压实工作原理与搓揉压实合为一体，使得振荡的能量沿着水平方向进行压实，效果明显优于垂直方向的振动压实。目前，工作质量在6-10t振荡压路机的振荡轮结构可分为两类，即垂直轴式和卧轴式，其工作原理是对称安装在振荡轮内的激振偏心块两偏心距和偏心质量分别相等，相位差为180o，它们使得合力和激振力沿振荡轮圆周径向始终为零，在激振力偶的作用下振荡轮承受着交变扭矩，从而形成一定的震荡波，被压实的混合料在遮挡波对地面形成持续作用下产生交变剪应变。在这种振荡轮静载时的垂直位移作用和水平作用力下，被压实的材料颗粒发生共振、错动，从而形成各自新的位置，材料颗粒间的空隙在最大程度上消除了空隙，完成了两个方向，垂直和水平的压实。

中心主动轮轴和偏心轴在一周时间的旋转过程中，在交变力矩和轴载的作用下，地面材料受到振荡轮不同程度的挤压而变得密实，而且滚轮下方单元体因此而加速了剪力破坏，如此压实度能够大大提升，同时也减少了能量损耗，压实效率大幅增长。

二、振荡轮压实沥青混合料动力学过程的分析

在建立地面与振荡轮之间相互作用的动力学模型时，应先进行假设，在进行压实之前地面材料的质量可忽略，只有很少的地面材料参与振动，材料之间存在一定的粘性因素而与地面连接固定不动；同时略去振荡压路机本身在水平方向的振动，而且在施工过程中振荡轮相对于机架保持稳定；认为振荡轮与地面材料是一种有联接的，依靠摩擦力施压，而不是强制性藕合。

因此双向自由度的强迫振动系统可视为振荡轮进行压实过程中的动力学模型，在激振力矩M的作用下振荡轮做摆振运动，激振力矩M经摆振惯性力矩消耗，消耗剩余的力矩会使振荡轮与支承面有摩擦，这样可以引起被压实材料的剪切变形，以及使振荡轮发生一定的水平位移。当激振力矩M很小时，振荡轮在摩擦力和激振力的共同作用下沿着支撑面做无滑转滚动，此时所有的元件共同构成一个振动体系，振动增大的同时摩擦力也在增大，直到达到一个限定值，振动轮与地面发生脱藕。

三、振荡、振动与轮胎压实比较

振动压路机，碾压轮内有振动器，可以使钢轮产生振动，在地面材料上振动轮反复做垂直跳动，这一过程会导致地面材料的内层发生过度压实的情况，而地面表层却在振动轮的强烈振动下没有得到充分的压实，相反却有松弛的现象发生，振动压路机在施工作业中，由于竖向激振力较大，极容易将表面的粗粒材料击碎，操作环境因振动幅度大，因此需改善操作环境，采取隔振措施。

振荡压路机在施工作业中，不产生垂直的冲击力，因此在压实过程中，地面材料平整稳定，但是压实程度小，振荡轮的交变剪切力能够产生揉搓压实的作用，对混合料的压实具有保护作用，地面材料经压实后能够很好地抵抗路面抗剪切能力，振动幅度小，振荡平稳，操作环境较好。

轮胎式压路机在碾压地面材料过程中，凭借自身重量对地面材料产生垂直载荷，垂直载荷能够有效减少轮胎与地面的空隙率，以此来达到压实的目的。此外，充气轮胎在碾压过程中会发生一定的形变，形变对地面材料能够进行很好的揉搓作用，有助于地面材料的压实。

四、振荡压路机压实施工质量控制

振荡压路机在施工作业中具体分为三个阶段，即初压阶段，复压阶段和终压阶段，三个阶段都需要控制好振荡压路机的压速，宜均匀操作。

（一）初压阶段

振荡压路机在初压阶段中应在较高的温度下，摊铺混合料后进行，并根据所施压的沥青混合料类型、具体的气温情况、沥青稠度以及压路机类型等确定压实温度。避免在施工作业中产生被压实材料的开裂、推移等现象。

压路机在初压过程中应先从外侧向中心开始碾压，碾压带之间应保持1/3～2/3轮宽重合部分。在碾压过程出如果出现路缘石或是路肩的支挡时，应紧靠着路缘石或路肩的支挡进行碾压，如果无支挡，碾压先行留出一定的宽度，等到第一遍碾压过后，再次沿着边缘部分进行第二遍碾压，这一过程中应将压路机大部分置于被压实过的地方，沿着边缘碾压，以避免混合料的向外推移。初压过程中需要关闭振动装置，在无振动的情况下进行1～2遍的碾压，压路机不能忽然启动、变向或是停止，驱动轮应面向摊铺机，在碾压过程中或是变向停止时，要先减速缓慢行驶，以此来避免未被压实混合料发生推移的现象。

（二）复压阶段

在压路机压实过程中，复压是最为关键的一步，需要进行3～5遍的碾压，以增加碾压的密实度，减少空隙率的发生。在沥青混合料压实过程中，振荡机振动频率保持在35Hz～50Hz之间，振动幅度保持在0.3mm～0.8mm之间，在实际的碾压操作中还需要根据混合料的温度、厚度以及种类进行调整和确定。在碾压过程中，压路机在倒车的情况下应先停止振荡，然后再倒车以此来表面混合料在未压实的状态下出现鼓包现象。

（三）终压阶段

终压阶段中振荡压路机的振荡只装碾压1～2遍，以此来提高碾压的平整度，轮迹应做最后的消除。

（四）振荡压实沥青混合料接缝碾压技术

振荡压实沥青混合料接缝碾压技术可分为振荡压实纵接缝的碾压，振荡压实横接缝的碾压这两种技术。当摊铺机多台进行摊铺时，混合料此时的温度稳定，无明显纵接缝界限，只需要压路机进行往返式的碾压即可。当摊铺过程中采用分车道进行操作时，已经过初压的接缝处混合料温度不高，应先进行加温处理，并保持相邻摊铺混合料搭接3cm～5cm，然后进行接缝处理并反复压实。

振荡压实横接缝碾压技术，完成混合料摊铺阶段时，先进行横接缝的技术处理，在横接缝方向上采用刚性光轮压路机进行碾压，并将压路机置于已压实的路段上，碾压新摊铺混合料时，轮宽控制在15cm左右进行碾压，依次进行侧移碾压，直到越过横接缝后停止。

五、结语

本文通过西宝高速路面一标上面层施工，分析了震荡压路机对于提高路面压实度的显著作用，通过合理的机械组合，提高了压实质量，降低了机械成本，增加了项目经济效益。

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