压路机

振动压路机工作参数对公路施工质量的影响

深圳公路工程中的路基路面由各式各样的填筑材料摊铺而成，在公路工程施工中，对由土石方填筑的路基、各种稳定混合料组成的路面基层以及各种沥青混凝土面层都有压实度和平整度的要求。振动压路机是深圳沥青施工过程中常用的施工机械，借助振动压路机的自重提供压实功。振动压路机是公路工程施工中不可缺少的重要机械设备，依靠其自身重量以及钢轮振动提供的压实功达到压实效果，并通过不同重量压路机的配合、不同施工阶段中不同的振动频率和振动幅度相配合，以使被压实材料吸收最大的压实功率，达到最优的压实效果。

一、振动压路机在公路工程施工中的使用

振动压路机主要适用于压实和整平公路工程中路基路面填筑材料的工程机械，其压实各类建筑和筑路材料的工作原理是借助自身的重力以及振动压路机钢轮振动过程中产生的压实功。在公路工程施工过程中，作为路基路面填筑的材料主要有各种沥青混凝土、碎石混合料和非粘性土壤，振动压路机十分适合压实上述各种筑路材料，因此，在公路工程建设中得到了广泛应用。在公路工程的施工过程中，路基土石方、路面基层材料和除水泥混凝土面层以外的各种对平整度有要求的施工层中，均需利用振动压路机施工，以达到规范规定的压实度和平整度。振动压路机的工作参数包括行驶速度、轮重、振幅和激振频率等参数。在进行土石方、基层以及面层压实工程中，合理选用各工作参数才能产生最大的压实功，产生最佳的压实效果，并保证压实层的平整，施工质量才能得到保证。

目前，在市场上占据主要销售地位的各种型号振动压路机以及各施工单位使用最多的振动压路机大体上可以分为以下几类：机械驱动单钢轮振动压路机、液压驱动单钢轮振动压路机、液压驱动双钢轮振动压路机。其中，液压驱动双钢轮振动压路机又可以分为双钢轮串联自行式振动压路机、双钢轮串联式自行式铰接式振动压路机等。

二、公路施工规范对施工方法的规定

由于振动压路机的使用方法及施工工艺会对公路工程的质量产生较大影响，因此，规范规定了具体的施工方法。在现行的公路沥青路面施工技术规范(JTG F40一20）和公路路基施工技术规范（耳GFIO一2006）以及其他相关规范中的相关章节都对振动压路机工作时的操作方法、施工工艺做出了明确具体的要求。笔者以使用二灰稳定碎石作为筑路材料的路面基层为例，介绍振动压路机在公路工程施工中的使用方法。

1，施工工艺

先对二灰稳定材料进行质量检验，并经过试验确定松铺厚度。将经过质量检验合格的二灰稳定土材料分层填筑在路槽中，每层的压实厚度不宜大于30厘米。使用平地机或者推土机将筑路材料推平并稳压，然后用压路机粗压一遍，进而使用平地机精平，精平时宜由路基外侧向路拱进行，最后再由压路机碾压至设计压实度，洒水养生。对于平整度、横坡达不到规范要求的填筑表面需重新用平地机再精平一次，直至达到设计及规范要求。

2，压实方法

筑路材料被振动压路机压实后，材料的密实度随深度增加而减小，填筑材料层5厘米以内的压实度最高。而且在压路机自身重量相同时，振动压路机比光轮静碾压路机的压实有效深度大2倍。如果随着压实遍数的增加，当压实遍数大于10遍以上，压实度还无法满足时，增大压实遍数对压实效果影响不大，需减小压实层厚。初压时，先静压，再振动碾压，振动频率应由小增大。碾压时先压边缘后压中间、先压低侧后压外侧。路堤边缘采用卷扬机牵引的小型振动压路机从坡角向上碾压，部分采用人工拍实。

三、主要工作参数对工程质量的影响

公路工程路基、路面的相关施工规范中已经对振动压路机压实的施工工艺作出了要求，但限于规范的性质并未深入讨论其工作机理和工作参数的确定方法。笔者将依据振动压路机压实筑路材料的工作原理对振动压路机在施工过程中的工作参数选取进行分析探讨。

1，振幅

根据对土壤压实过程的研究可知，振动压路机的钢轮给予筑路材料的作用力大小是决定振动压路机压实效果的主要因素。根据动力学知识可知，振动幅度越大，能量越大，则钢轮给予被压实材料的冲击力就越大。组成土壤的颗粒在振动压路机的振动碾压下，会产生较大的位移，并且随着振动能量的增大，振动产生的波在土壤中传播的距离就会越长，但并不是可以无限制地增大振幅就能无限达到更高的压实效果。随着振动幅度的增大，压路机本身的振动也会增大，机械在使用中最不利的使用工况就是承受动力荷载，因此过大的振幅会对机械的使用寿命造成影响。当土壤收到的振动能量过大时，本来压实的土体又会产生离析现象，造成潜在的质量隐患。同时，振动压路机的工作振幅是受被压实材料自身的刚度影响的，同一振动压路机在不同的压实材料刚度下，工作振幅不同，压实刚度越大，工作振幅越大。由于被压实材料的刚度变化是随压实次数变化的参数，因此，工作振幅也应随压实次数二变化。

2，振动频率

振动压路机在激振力的作用下使振动轮产生受迫振动，振动频率是指激振器的振动轴每分钟转动的次数。振动频率的改变是通过振动轴的转速实现的，液压振动轴是由液压马达驱动的，通过改变输入液压马达的油压流量改变马达转速，继而实现改变钢轮振动频率的目的。

如果振动频率太小的话，压实效果不好。如果过高的振动频率将会导致振动轮跳离地面而失偶，这样反而降低了压路机对路面的作用力。为了达到最优的压实效果，振动压路机的频率需与被压实材料的固有频率相同，由于被压实材料的固有频率各不相同，而且随着压实度的增大，材料本身的刚度发生变化，也会导致材料固有频率的变化。这说明在施工过程中一直保持振动压路机的振动频率在一个最优的状态是一个十分复杂的过程，需要实时测量土体的压实度以及土体的刚度阻尼等参数，并通过相关算法计算最优的压实频率。同时，由于压路机本身频率变化的不连续性限制，也很难达到最优的压实效果。是否研发无级调频的振动压路机以追求更高的施工质量，需要综合考虑技术和经济因素。

3，碾压速度

振动压路机的碾压速度也是振动压路机在公路工程施工过程中的一个重要参数，碾压速度对压实质量有较大影响，并且直接影响了公路施工的生产效率。为了兼顾施工质量和施工效率，一般在保证施工质量的前提下，以较大的碾压速度施工，减少碾压时间，最大限度提高生产效率。大量的公路工程施工实践证明，当振动压路机的碾压速度较低时，碾压的工序和摊铺工序间断，施工间隔会导致压实质量受到影响，为后期运营带来安全隐患；而施工中的振动压路机碾压速度过快时，会造成被压实层在过快的轮压作用下产生推移、波纹和裂缝等病害。

当振动压路机的自身重量一定时，碾压速度对施工质量的影响主要取决于振动频率的选择，因为振动频率和碾压速度综合作用下会产生振动冲击间距。振动冲击的间距不能过大，否则会造成路面不平顺，因此为了提高施工效率并保证施工质量，需要提高振动压路机的工作频率，即采用高频压实的施工方法，并保证碾压速度恒定。

在施工过程中，如果施工人员能够严格按照现行施工规范规定的操作方法进行施工，则会较容易达到规范要求的质量；相反，若不按照规范操作，势必会给工程质量带来潜在的威胁，在后期的运营过程中极易出现各种各样的病害，影响行车舒适性，给行车安全带来极大的危险。从压实机理上分析，现有的振动压路机的振动频率和振幅并不能连续变化，因此，并不能达到最优状态的压实效果。因此，采用新技术，使振动压路机能够实现无级调频、无极调幅，并在压实过程中通过探测装置和相应算法自动实现振动频率的变化以达到最优压实效果是未来振动压路机的一个发展方向。

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