振動壓路機壓實動力特性試驗研究

李志俊

(廣深港客運專線有限責任公司，廣州 510623)

目前以牛頓力學為壓實理論基礎的壓路機較為成熟，可分為滾壓、振壓、夯壓等類型，近幾年在新壓實理論的指導下也開發了沖擊、振蕩、垂直振動、混沌振動和高頻振動等許多新機型［1］。目前國際市場上各種振動壓實設備占壓實機械的60% ～80%，歐洲、美國和日本振動壓路機的年產量占壓路機總產量的70%以上［2］。振動壓實己成為筑路工程最常用的壓實方式。隨著無砟軌道技術在我國鐵路的大量應用，路基壓實標準越來越高，對路基壓實特性的分析尤顯重要［3-4］。

1 試驗工況

試驗針對現場振動壓路機在碾壓過程中的動應力及其傳遞進行測試，埋設動土壓力盒兩個，1#土壓盒埋設于加筋碎石墊層頂面0.15 m，2#埋設于1#垂直上方1.05 m處。現場壓路機為18 t徐工YZ18JC型單鋼輪振動壓路機，工作質量為18 t，靜線壓力為390 N/cm，激振力為330/190 kN(高/低振幅)，振動輪直徑為1.523 m，振動輪寬度為2.178 m，振動頻率28 Hz。測試過程中壓路機均采用高振幅、Ⅱ擋速度進行工作。

測試斷面路基填土采用碎石土填筑，部分物理力學指標測試結果平均值見表1。

2 試驗結果與分析

振動壓實的基本原理主要是通過對填料產生振動沖擊作用達到壓實的目的，為測試動應力沿深度的分布及其傳遞，壓實每層填料時均進行測試，共測試9次，路基產生豎向動應力典型時程曲線見圖1。本次測試過程中，壓路機距離土壓盒最近距離為0.45 m，從圖中可以看出，達到75%最大動應力的作用次數達到12次。

表1 測試斷面部分物理力學指標平均值

圖2和圖3為路基不同深度處壓路機振動不同次數時產生的動應力。由于前三次碾壓時填料壓密較為明顯，碾壓層厚度縮小較為顯著，壓力盒與壓路機的距離顯著變小，應力逐漸增大，從第三次開始，碾壓層厚度變化不顯著，壓力盒與壓路機距離較為穩定，動應力也隨振動次數變化不大。從圖中可知，距離壓路機1 m深度范圍內，第三次后路基受到的豎向動應力隨振動次數增加略有波動，經過約8次碾壓后應力趨于穩定，而對于距離壓路機超過1 m深度時，豎向應力則隨碾壓次數的增加而增大。

第三次后的最大動應力沿深度變化情況見圖4和圖5。碾壓層初始狀態較為松散，相比已經過良好碾壓的下層而言模量較小，此時上下層模量差異較大，所以應力較為集中，靠近碾壓層的深度范圍內應力在碾壓初期較大，較深范圍路基應力較小，同時吸收的能量較多，隨著碾壓次數的增加，該碾壓層模量逐漸提高，相對下層路基而言，碾壓層模量已經接近或超過下層路基模量，此時上下層模量比較大，應力傳遞較為均勻，壓路機振動對下層路基產生的動應力逐漸增大，影響較深，碾壓層吸收能量相對較少。因此，碾壓層吸收的能量與上下層模量比有關，下層模量相對越大，碾壓層壓實效果越好;為保證上層碾壓層的壓實效果，下層模量應達到一定的模量值。

圖1 振動壓路機工作時對路基產生的動應力

圖2 1#壓力盒在不同埋深時不同次數的動應力

圖3 2#壓力盒在不同埋深時不同次數的動應力

3 結論

圖4 動應力沿深度變化(1#壓力盒)

圖5 動應力沿深度變化(2#壓力盒)

現場實測振動壓路機對壓實層以下路基產生的振動表明，一次碾壓過程中達到75%最大動應力的作用次數達到10～12次;碾壓達到8次后引起的豎向應力基本趨于穩定，不隨碾壓次數增加而增加;碾壓層吸收的能量與上下層模量比有關，下層模量相對越大，碾壓層壓實效果越好;為保證上層碾壓層的壓實效果，下層模量應達到一定的模量值。

［1］李美江.道路材料振動壓實特性研究［D］.西安:長安大學，2002.

［2］吳竟吾.國內外壓路機概況及趨勢［J］.工程機械與維修，2005(1):59-61.

［3］黃直久，王勇，范廉明，等.京滬高速鐵路鳳陽試驗段路堤填筑工藝及質量控制試驗研究［J］.鐵道建筑，2009(7):112-116.

［4］謝凱軍，楊忠，蔣宗全.京滬高速鐵路三標段路基風化花崗巖填料改良試驗研究［J］.鐵道建筑，2009(7):122-124.