垂直振動壓實技術在公路路基施工中的應用

許光

（石家莊市公路橋梁建設集團有限公司第四分公司，河北 石家莊 052160）

壓實度是公路工程施工中評價路面質量的重要指標之一，如何提高路基的壓實度成為工程項目中的一個難題，根據實際應用發現，垂直振動壓實技術能夠整體提高路面壓實度，且壓實度合格率更高。與傳統圓周振動壓路機的一根偏心軸設置相比，垂直振動壓路機兩根偏心軸的構造更加合理，兩根對稱式偏心軸產生的水平共振力相互抵消，避免壓路機在水平方向發生路線偏移，增加行駛的平穩性，并將滾輪的損害降到最低，其次兩根偏心軸產生的豎向共振力會在豎向疊加，能夠進一步提高路基壓實效果，在能源利用率上更具優勢。

一、垂直振動原理

（一）垂直振動力學原理及壓實機理

垂直振動技術作為一種新型的路基壓實技術，實際上是傳統圓周振動技術改進升級。垂直震動技術的創新點在于設置了兩根關于旋轉中心對稱的偏心軸，在壓實過程中，這兩根偏心軸共同轉動，角速度保持一致，保持順、逆時針不同的轉動方向。在壓路機實際工作時，兩根偏心軸會同時產生豎向與水平兩個方向的沖擊力，兩個水平方向上的沖擊力會相互抵消，兩個豎向沖擊力會相互疊加，實現單方向的振動，進而提升路基壓實效率。

在壓路機實際工作時，會產生一種沖量轉換。旋轉輪在旋轉滾動時，由上而下產生沖量的變化，并在滾輪與被壓實層接觸的一瞬間產生沖量的傳遞，這種能量讓路面層的土顆粒之間相互擠壓，減少土壤之間的內部空隙，形成擠嵌結構，路面內部變得更緊實。垂直振動壓路機兩根偏心軸的設置能夠加強沖量的轉換，擠嵌結構將會在路面更深處開始形成，路面壓實效果更好。

在壓路機實際工作時會與被壓實層材料產生共振效果。當壓路機滾輪以一定速度碾壓路面時，能量的傳遞會讓材料被碾壓的同時產生動能，這種動能足夠使得材料之間產生摩擦甚至相對滑動，共振摩擦效果下材料之間擠嵌得更緊密，路面的壓實度進一步得到提升。

（二）垂直振動壓實特點

與傳統壓路機新型的垂直振動壓路機相比垂直振動技術的三大優勢：

1.能夠充分利用能源

垂直振動壓路機最大的優勢在于其雙偏軸設計能夠消除水平作用力，把能量集中在豎向。增加的豎向沖擊能有效保障路面擊實要求，在同等能耗條件下，其壓實效果明顯優于傳統的圓周振動壓路機。其次，豎向的高沖擊能量可以保證被碾壓骨料在振動的同時，與機器形成共振效應，骨料之間產生的靜摩擦力讓擠嵌結構更加穩定。

2.行駛過程更穩定

圓周振動壓路機在水平沖擊力的影響下，壓實材料與滾輪之間的摩擦作用增大，在增加了能源無用消耗的同時，還會磨損滾輪，縮短壓路機的使用壽命。垂直振動壓路機的兩根偏心軸克服了水平沖擊力，壓路機在行駛過程中會變得更加穩健，增強駕駛人員舒適感，能夠延長壓路機的實際使用壽命。

3.壓實質量高

垂直振動壓路機在消除水平沖擊力后，碾壓路面時不會產生破浪、擁包等問題，能夠有效提高路面的平整度。

二、壓實度檢測指標

壓實度是評價路面壓實質量的重要指標，根據國內相關規范壓實度的計算公式如下：

式中：

K表示壓實度，單位為%；

pd表示實際干容重，單位為g/cm3；

pdmax表示室內擊實試驗測得的最大標準干容重，單位為g/cm3。

其中實際干容重的計算公式如下：

式中：

p表示濕容重，單位為g/cm3；

w表示含水量，單位為%。

標準最大干容重是材料的一種固有屬性，一般通過室內擊實試驗可以測得，被壓材料的實際干密度會隨著碾壓進程的推進逐漸增大，通常呈先快后慢的增長趨勢。

三、工程概況

某公路工程需要壓實路基，經勘查該路基試驗段填土壓實有3個不同厚度，分別是45cm、50cm、55cm，現采用垂直振動壓路機開展壓實工作，地段填土為灰土與黏質砂土。

四、壓實質量與壓實參數分析

（一）壓實厚度

該試驗路段3個壓實厚度分別為45cm、50cm、55cm，采用的壓實技術為垂直振動碾壓，表1為試驗路段的壓實度檢測結果，其中壓實度要求為不小于96%。

根據表1數據可知該試驗路段壓實度都達到了質量要求，隨著壓實厚度的增加壓實效果區別逐漸減小，當壓實厚度增加至55cm時，壓實度正好合格，故在此壓實方案下推薦壓實厚度≤55cm。另外，灰土比粉質黏土的壓實度效果好。分析原因可能是灰土的壓縮性能比粉質黏土更好，更容易達到壓實要求。

表1 壓實度檢測結果

（二）壓實次數

不同的壓實材料應該選擇不同的壓實方案，壓路機振幅的強弱、頻率的大小、壓實次數都將影響路面最終壓實效果。通常情況下，當被壓實材料粒徑較大時，應選擇振幅大、頻率大的壓實方案，本文采用最終沉降量作為壓實效果的評判指標，對比分析了傳統的圓周振動壓路機與垂直振動壓路機在同振幅、同頻率、同噸位下，同一路面壓實不同次數后的壓實效果。

在同等條件下，采用垂直振動壓路機所壓實的路面沉降量都比圓周振動壓路機壓實的路面沉降量更大，隨著壓實次數的增加兩者沉降量差值慢慢減小，在首次壓實時沉降量差值最大，達到了9mm，當第八次壓實時，沉降量差值為最小的2mm。分析原因可能是隨著壓實次數的增加被壓實骨料之間的空隙越來越小，當第八次碾壓時，兩種不同壓實情況下的路基都已接近最“密實”狀態，再增加壓實次數將對壓實結果不造成影響。

（三）壓實振幅

壓實振幅是壓路機一個重要屬性，通常情況下，當振幅越大時路基越容易得到壓實，表2為垂直振動壓路機在高、低兩種振幅條件下對路面的壓實效果。

表2 高、低振幅下的壓實結果表

根據表2可知，該試驗路段在高、低兩種振幅條件下路基壓實度均能符合要求，高振幅下的壓實度比低振幅下的壓實度更大，但在同時考慮合格率和經濟效益的情況下，推薦使用低振幅進行路基壓實。

五、結語

本文介紹了垂直振動壓實壓路機的壓實機理，雙偏心軸的設計提高了壓路機對能源利用率，且能延長壓路機的使用壽命；通過實際工程案例發現垂直振動壓路機能夠提高路基壓實度，本文推薦壓實厚度≤55cm；與傳統圓周壓路機相比，垂直壓路機對路基的壓實效果具有更大的優勢。