節(jié)段預制高架橋梁瀝青面層鋪裝振蕩壓實技術

張偉；董杰

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州450001）

1 項目背景

鄭州四環(huán)線快速化工程，路線全長約93.3km，全線高架橋梁采用世界先進的橋梁工業(yè)化3.0 無支座連續(xù)剛構+短線法節(jié)段預制技術；橋面不設鋪裝層，節(jié)段梁拼裝結束在梁面上施工3mmPB（II）型聚合物改性瀝青防水，在節(jié)段梁頂面鋪裝SBS 橡膠復合改性瀝青混凝土6cm 的ARHM-20 和 4cm 的 ARHM-13。

節(jié)段箱梁預制拼裝技術沿橋縱向將其劃分成多個不同節(jié)段，隨著預制工作的完成，即可將這一裝置運輸到橋位中，用吊裝設備處置，接著利用預應力束在預制節(jié)段中施加一定壓力，確保各個節(jié)段緊密接觸，從而合理分擔橋梁荷載；由于節(jié)段預制橋梁恒載在總荷載中的占比較小，活載占比較大，因此節(jié)段預制箱梁橋面鋪裝壓實施工期間應格外注意橋梁動力學問題。

傳統(tǒng)的瀝青路面壓實方法有：靜壓、振動、揉搓等，其作用在瀝青面層上荷載僅為垂直荷載，且振動壓實的沖擊對橋梁結構產生不利影響。壓實過程中因設備振動導致橋梁系統(tǒng)振動，橋梁結構變形，最終使得橋梁結構受損。

所以，有必要加強壓實施工中橋梁動態(tài)響應問題研究，其對提升施工效率及延緩橋梁壽命中發(fā)揮重要作用。與傳統(tǒng)振動壓路機原理不同，振蕩壓路機在工作時是利用水平方向的交變剪應力及振蕩輪的靜荷載作用力，在兩種力的作用下使混合料顆粒重排，這種方法可以將振動壓實與揉搓法有效結合。

2 振蕩壓實機理及特點

振蕩壓路機在工作時振蕩輪不離開地面，自身的重量始終作用在路面上，振蕩輪的高頻擺動振蕩給路面施加了交變剪應力，在反復循環(huán)的剪切應變作用下，對路面產生連續(xù)的振蕩壓力波。與此同時，路面在壓路機荷載作用下會出現垂直位移。受到振蕩壓力波及靜荷載的影響，混合料顆粒將出現共振重排等情況，互相嵌擠，使路面得以更加密實，特別是難以壓實的粗集料改性開級配瀝青路面有特殊效果。

振蕩壓路機施工期間不會產生垂直沖擊，操作期間振蕩輪不離地，施工中產生交變剪力，這里主要原理為揉搓作用，其可以確保壓實度，還能確保被壓材料及結構不受損。壓實期間，因設備不存在橫向振動，且自振較小，故而常常適用在振動有限特殊環(huán)境中。

3 節(jié)段預制橋面瀝青鋪裝工藝

3.1 混合料拌制、運輸

瀝青混合料在生產前先對生產配合比進行調試驗證，對熱料篩分結果進行檢測，調試生產級配，確定生產配合比和最佳油石比。瀝青混合料拌需要結合實際情況確定。

瀝青混合料主要用后翻式自卸車進行運輸，為防止瀝青混合料與車廂板粘結，車廂底部和側板可均勻涂抹一薄層隔離劑。每輛運輸車輛需配備防火篷布，當環(huán)境溫度較低時，車廂側板和頂部需采用防火棉被包裹、覆蓋，防止混合料溫度過快散失。

高架橋梁瀝青面層施工混合料運輸車輛，每輛車總重不大于55t，單軸軸重不大于20t，且車長方向任意1.4m 范圍內合計軸重不大于28t。運料車滿載時在橋面行駛速度不超過10km/h。橋面橫向布置兩輛料車時,應前后交錯布置,并保證前后間距10m 以上。

節(jié)段預制拼裝橋梁施工期間需要承受的荷載為鋪裝層施工中壓路機、攤鋪機、運輸車輛組成的車隊動荷載，參考設計要求，選擇如下車型組合、施工設備平面圖如圖1。

3.2 混合料攤鋪

鄭州市四環(huán)線高架橋梁單幅標準段路面寬度為15.5m，上下橋平行匝道連接段主線橋梁路面寬度為15.5～25m。采用直板攤鋪機和伸縮板攤鋪機實現單幅全寬攤鋪，直板攤鋪機沿橋面內側、伸縮板攤鋪機靠橋面外側攤鋪，兩臺攤鋪機間距不小于10m、但不得大于20m。重量過大的施工設備和運輸車輛嚴禁超出限制區(qū)域行駛，以防止出現荷載集中布置情況造成的承載力過大問題。

為確保瀝青路面攤鋪平整度效果達到預期，在攤鋪之前使用沙袋或者木板等材料對橋面伸縮縫進行填埋處理，填埋高度與橋面混凝土高度整體一致。瀝青混凝土攤鋪時應保持連續(xù)、平穩(wěn)、不間斷通過伸縮縫。攤鋪瀝青混凝土底面層期間多使用兩側防撞墻邊部透水混凝土盲溝表面作為基準面，利用鋼絲導線和滑靴控制底面層高程，表面層則可借助非接觸式平衡梁對攤鋪厚度及平整度進行合理控制。

3.3 振蕩壓實工藝

鄭州市四環(huán)線節(jié)段預制拼裝橋梁鋪裝所配備主要碾壓設備有：HAMM HD128 振蕩壓路機 4 臺和 XCMG XP263S 輪胎壓路機2 臺。

振蕩壓路機施工期間，振頻、振幅、噸位等是影響壓實效果的主要因素，所以施工期間有必要對上述方面進行合理控制，確保振蕩壓路機施工控制各項參數指標合理，且能達到最佳壓實效果。

①振頻與振幅：一般來說高頻低幅是路面壓實設備的關鍵，振蕩壓路機的頻率控制在45～55Hz 之間，振幅控制在0.75～0.85mm，振頻高平整度越好，壓實效果最理想；鋪裝層較薄而且混合料級配較細，一般高頻率低振幅，配合適當的碾壓速度，壓實效果越佳；鋪裝層較厚，混合料較粗時，則需要采用高頻率高振幅。

②碾壓長度：碾壓長度太長，瀝青混合料散熱時間長，溫度下降比較明顯，壓實效果不理想；碾壓長度太短，壓路機相互干擾，作業(yè)效率低，也不合理。碾壓長度應考慮當地的氣候及施工場地的施工環(huán)境條件，合理確定一次碾壓長度，氣溫高可適當增加長度，反之減小碾壓長度。壓路機合理的一次碾壓長度宜控制在50m 以內。

③碾壓速度與碾壓遍數：較低的碾壓速度可提高路面壓實度，為達到設計壓實度同時兼有較好的作業(yè)效率，碾壓速度控制在3.5～4km/h 范圍內；碾壓遍數達到2 遍后路面壓實度提高很快，壓實4 遍后，即可達到設計壓實度，再增加壓實遍數，對提高壓實度沒有意義。

綜上所述，鄭州四環(huán)節(jié)段預制梁橋面兩種瀝青混合料ARHM-20 和ARHM-13 的特點，確定壓實機械組合：單幅標準段路面寬度為15.5m，攤鋪厚度4cm，氣溫16℃，風速≤2m/s，下臥層溫度≥10℃，靜鋼輪初壓速度2km/h，鋼輪與膠輪復壓及鋼輪終壓速度為4km/h。復壓階段，在單位碾壓段落長度內，壓實設備配置如下：

①ARHM-13 瀝青橋面鋪裝碾壓段落長度控制在20m以內，配備4 臺振蕩壓路機（每臺靜壓1 遍，振蕩5 遍，2臺XP263S 輪胎壓路機揉搓1 遍）；

②ARHM-20 瀝青橋面鋪裝碾壓段落長度控制在40m以內，配備4 臺振蕩壓路機（每臺靜壓1 遍，振蕩4 遍，2臺XP263S 輪胎壓路機揉搓2 遍）。

結合復壓和終壓階段，在單位碾壓段落長度內，整個壓實施工階段設備配置如表1。

圖1 節(jié)段預制拼裝橋面鋪裝施工設備平面布置圖

表1 混合料壓實方法及機械配置方法

表2 表面層ARHM-13 壓實度試驗結果

初壓階段：初壓起平整穩(wěn)定作用，宜在較高溫度下進行；隨著混合料攤鋪溫度的上升，壓路機開展相應施工，保持初壓區(qū)長度較短，便于表面充分壓實，減少熱量損失。再者，應從外側朝著中心開展碾壓操作，相鄰碾壓帶輪寬重疊大小應為1/3，碾壓完整幅為一遍。兩臺攤鋪機操作期間，攤鋪層相鄰邊預留寬度約20cm 不做壓實，待后臺攤鋪完成進行跟進騎縫壓實，以提高熱接縫的密實度。初壓時，應將裝置靜力碾壓裝置關閉，控制線壓力大小低于350N/cm；第一遍由2 臺壓路機分別從道路兩側并排向路中碾壓，第二遍采用騎縫碾壓，所有碾壓依次成階梯狀向前推進，碾壓速度控制在2km/h。

復壓期間：壓實工作十分重要；振蕩壓路機應用期間，應控制振動頻率在 45 ～55Hz，振幅宜為 0.75 ～0.85mm，攤鋪層較厚時選用較大的振幅和振頻。振蕩壓路機在開始前進或倒車時應關閉振蕩，待行駛正常后再開啟振蕩裝置，防止混合料鼓包。復壓期間讓4 臺雙鋼輪振蕩壓路機開展碾壓搓揉操作，反復操作次數為4～5遍，碾壓速度控制在4km/h。底面層攤鋪時，因攤鋪層較厚，可再增配2 臺輪胎壓路機揉搓碾壓2 遍，碾壓速度控制在4km/h。

終壓階段：終壓起整平效果，使用1 臺雙鋼輪振蕩壓路機操作，同時將振動裝置關閉進行碾壓1～2 遍，速度控制在4～6km/h，以消除輪跡，提高路面平整度。

壓路機的啟動必須緩慢進行，減速盡量依靠慣性停車，嚴禁采取急剎車。碾壓期間讓驅動輪朝著攤鋪方向，避免混合料推移。與此同時，防止壓路機在未成型的段落上調頭、左右移動位置、突然剎車或從剛碾壓完畢的路段進出，以免導致混合料產生推移。

4 施工效果對比

4.1 壓實效果

本工程橋梁鋪裝層試驗段壓實分別采用HAMM HD128 振蕩壓路機和振動壓路機進行對比以確定最佳壓實機械參數，鋪裝完成后，壓實度檢測結果如表2。

以上試驗檢測結果表明，振蕩壓路機的壓實效率要明顯高于振動壓路機。由于使用振蕩壓路機壓實遍數的減少、碾壓時間的縮短，對于解決橋面鋪裝層薄、溫度散失快、有效壓實時間段等問題，成效顯著。

另外，振蕩壓實施工期間還做好下面幾點：碾壓層厚度宜控制在4～6cm，因振蕩輪在接觸部位會產生水平剪斷力。若鋪設厚度較大，間斷作用則會不斷衰減，繼而對面層碾壓效果產生影響；其次，碾壓速度不宜過快，因材料溫度過高或者級配不穩(wěn)定，會出現被擠出的問題，因此需要對操作速度進行合理控制，一般大小應在5km/h以下。

4.2 橋梁結構安全

在壓路機作用下，橋梁結構振動壓實期間，壓路機及橋梁結構會相互作用，從而使得橋梁系統(tǒng)振動，最終導致橋梁結構變形，從而導致橋梁結構產生隱性損傷。

振蕩壓實技術，因其不產生垂直方向的激振力，水平方向產生交變剪切力，使混合料顆粒變?yōu)檫\動狀態(tài)，相互靠近、嵌擠，顆粒重新排列，達到混合料的密實度。振動壓實技術對橋梁結構的擾動較小，能夠有效避免高強度豎向振動對橋梁結構造成的損害，同時提高橋面鋪裝質量。

相較于振動壓實，振蕩壓實具有較高的壓實速度和效率，在橋面鋪裝層薄、散熱快的壓實作業(yè)中具有明顯的優(yōu)勢，不會造成大量集料的振碎，防止防水粘結層的破壞等，其作為橋面鋪裝主要的壓實機械是無可替代的。

5 振蕩壓實的優(yōu)點

由于橋面剛度大，強烈的振動壓實不僅對橋梁結構產生潛在的危害，而且會導致瀝青面層材料振松、石料振碎、局部開裂，防水粘結層被破壞，瀝青面層整體質量下降。振蕩壓實作用于橋梁結構的垂直應力較小，橋面振動幅度輕微，不會產生過大的撓度。

借助振蕩輪水平剪切及靜荷載組合等方面作用，振蕩壓路機開展實際壓實操作，能夠使混合料集料排列整齊，相互嵌擠密實，很好的抑制集料的剝離和脫落。且不會在垂直方向產生振動，不會對臨近建筑物產生過大的影響，且噪音小，便于獲得最佳平整度及壓實度，以及良好的表面密水性。

對于橋面薄層瀝青路面，振蕩壓實效率相對較高，能有效縮短壓實時間，避免溫度過快散失。

6 結語

通過對振蕩壓實工作機理和特點的分析，以及在鄭州市四環(huán)線節(jié)段預制拼裝橋梁瀝青面層鋪裝中的應用證明，橋梁鋪裝中，主要壓實設備是振蕩壓路機。混合料骨料細膩，排列整齊，相互結合緊密，壓實效果及質量等情況與工程設計要求相符。

振蕩壓路機工作期間，出現的擾動常常小于振動壓路機擾動，因此可以有效防止混合料被壓碎，減小對橋梁結構的擾動，在提高壓實質量的同時，可有效避免振動對橋梁結構造成永久性損壞。

振蕩壓實技術以新的壓實機理和機械機構，可以有效彌補振動壓實技術引起的危害，將這一技術應用在橋梁建設中，可以充分體現了在節(jié)段預制橋梁鋪裝壓實中的優(yōu)越性，而且具有對臨近建筑物防振動等顯著優(yōu)勢，有著更廣闊的應用前景。