道路橋梁工程路基路面振蕩壓實(shí)施工技術(shù)研究

孫慧英

（商河縣公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南）

引言

在道路橋梁工程中，路基路面的壓實(shí)施工是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。路基路面的壓實(shí)度不僅影響工程的穩(wěn)定性，還與使用壽命和安全性密切相關(guān)。研究了公路橋梁工程路基壓實(shí)過程中，土體含水率對(duì)路基壓實(shí)度的影響。如果土壤濕度過大，會(huì)導(dǎo)致土質(zhì)過軟，不利于壓實(shí)；而水分含量過少，則會(huì)使土體過于干燥，難以達(dá)到理想的密實(shí)度。因此，控制土壤含水量是保證路基路面壓實(shí)質(zhì)量的關(guān)鍵；壓實(shí)設(shè)備：設(shè)備的選擇和操作對(duì)路基路面的壓實(shí)效果有顯著影響。不同的壓實(shí)設(shè)備有不同的適用范圍和效果，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況選擇合適的壓實(shí)設(shè)備，并嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作；施工工藝：施工工藝的選擇和實(shí)施對(duì)路基路面的壓實(shí)效果也有重要影響[1]。例如，分層填筑和碾壓的厚度、次數(shù)等都會(huì)影響壓實(shí)效果。因此，制定合理的施工工藝并嚴(yán)格按照實(shí)施是保證路基路面壓實(shí)質(zhì)量的重要措施。基于上述分析，進(jìn)行道路橋梁工程路基路面壓實(shí)施工技術(shù)研究。

1 道路橋梁工程概況

該省級(jí)干線公路作為城市區(qū)域內(nèi)的重要環(huán)線工程，對(duì)于交通出行和區(qū)域發(fā)展具有重要意義。該工程包含5 座大中橋、8 座互通立交橋和7 座分離式立交橋，這些橋梁的修建將有效地緩解周邊地區(qū)的交通壓力，提高交通效率。同時(shí)，該工程的路面占比為六成，橋面占比為四成，這也充分考慮了道路的通行能力和安全性。

在修建過程中，選用的瀝青材料為SBS 改性，這種材料具有較好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能，能夠有效地提高路面的使用壽命和性能[2]。同時(shí)，為了進(jìn)一步增強(qiáng)路面的抗裂性能，工程中也使用了部分抗裂橡膠瀝青等材料。這些材料的選用將有助于提高路面的質(zhì)量和安全性。

在路基路面的壓實(shí)施工中，選用了以振蕩壓路機(jī)為主的壓實(shí)機(jī)械。這種壓實(shí)機(jī)械具有較好的壓實(shí)效果和適應(yīng)性，能夠滿足不同路段的壓實(shí)要求。同時(shí)，為了確保壓實(shí)質(zhì)量，工程中也采用了其他類型的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行輔助施工。通過合理的機(jī)械組合和施工工藝，可以有效地提高路基路面的壓實(shí)度和穩(wěn)定性，保證工程的整體質(zhì)量和安全性。

總之，該省級(jí)干線公路作為城市區(qū)域內(nèi)的重要環(huán)線工程，對(duì)于交通出行和區(qū)域發(fā)展具有重要意義[3]。在修建過程中，選用了合適的材料和壓實(shí)機(jī)械，并采用了科學(xué)的施工工藝和技術(shù)，以確保工程的整體質(zhì)量和安全性。

2 振蕩壓實(shí)

采用振蕩壓路機(jī)對(duì)上述道路橋梁工程路基路面進(jìn)行壓實(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪有兩種常見的結(jié)構(gòu)形式：水平軸和豎軸。在振動(dòng)輪的內(nèi)部，激勵(lì)的偏心質(zhì)量（軸）被對(duì)稱地安裝在一起。這兩個(gè)偏心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)相位相差180 度，并且它們的偏心質(zhì)量和偏心率都是相同的。圖1 為偏心軸典型位置及交變力矩變化圖。

圖1 偏心軸典型位置變化圖

這種結(jié)構(gòu)確保了在振動(dòng)輪的軸向上，激勵(lì)力和合力始終為零，從而在振動(dòng)輪上形成了激勵(lì)偶對(duì)。這種激勵(lì)力耦合使得振動(dòng)輪受到交流轉(zhuǎn)矩的影響，并不斷地傳遞到地面，從而在前方和后方都產(chǎn)生了振蕩的波浪[4]。這個(gè)振動(dòng)波使被壓縮的物質(zhì)發(fā)生了交流剪切變形。同時(shí)，振動(dòng)輪的靜載荷也使物料發(fā)生了豎向位移。在此基礎(chǔ)上，通過振動(dòng)輪的垂向載荷與橫向載荷的聯(lián)合作用，被壓縮的物料粒子產(chǎn)生了諧振、錯(cuò)位和再分配，從而消除了物料間的間隙，實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的整體壓實(shí)。因此，振蕩壓路機(jī)的使用可以有效地提高路基路面的壓實(shí)度和穩(wěn)定性，保證了道路橋梁工程的整體質(zhì)量和安全性[5]。圖2 是振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪對(duì)瀝青混合料的影響機(jī)制的簡圖。

圖2 振蕩壓路機(jī)振蕩輪與瀝青混合料作用機(jī)理示意圖

在圖2 中，可以看到一個(gè)振蕩壓路機(jī)的模型，其中各個(gè)部分都有其特定的代表含義。首先，M 代表施加在振蕩輪上的交變力矩。這個(gè)力矩是由振蕩輪內(nèi)部的激振偏心塊（軸）產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)偏心軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將形成永久激勵(lì)力耦合。在此激勵(lì)耦合下，振動(dòng)輪不斷地與地表發(fā)生作用，并在其前方和后方產(chǎn)生振蕩波。這種振動(dòng)波使被壓縮的物質(zhì)發(fā)生交流剪切變形[6]。圖3 為振動(dòng)壓路機(jī)碾壓原理圖。

這種交變剪應(yīng)變有助于消除材料間的空隙，提高材料的密實(shí)度，從而實(shí)現(xiàn)更高效的壓實(shí)。簡單來說，就是材料在水平方向上受到推擠，而在垂直方向上受到壓縮。此外，G 代表的是輪軸載力，也就是振蕩輪對(duì)地面的靜壓力。這個(gè)壓力是和振動(dòng)輪的重量相關(guān)的，并且?guī)椭驯粔嚎s的物質(zhì)壓得更深。F 代表的是水平方向上產(chǎn)生的推力。圖1 中所示的位置再分配工藝是對(duì)被壓縮物料進(jìn)行橫向和縱向壓縮的工藝。

3 確定壓實(shí)速度與碾壓作業(yè)段長度

在環(huán)路瀝青路面的中面層，厚度為6 cm，使用SBS 改性瀝青作為瀝青材料，并采用GTM 工藝進(jìn)行施工。碾壓作業(yè)結(jié)束時(shí)的溫度應(yīng)不低于120 ℃。根據(jù)相關(guān)研究，為了獲得較好的嵌密性，在振動(dòng)壓路機(jī)的激勵(lì)下，需要連續(xù)振動(dòng)至少3 次以上[7]。根據(jù)振蕩輪與材料的接觸弧長，每次移動(dòng)2.5 cm 就需要振蕩一次，從而得到公式：

式中：V 代表壓路機(jī)作業(yè)時(shí)的最佳速度，f 代表壓路機(jī)的振蕩頻率。由于瀝青混凝土對(duì)于振蕩頻率的要求較高，通常在40 Hz 以上，因此，若f 的取值為45 Hz，則通過上述公式計(jì)算得出v 值應(yīng)為4.1 km/h。振動(dòng)壓路機(jī)在起振、停振過程中均有一過渡區(qū)，其持續(xù)時(shí)間為5～6 s。從壓實(shí)工作效率、降低工人疲勞強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減少碾壓離析等方面來看，轉(zhuǎn)換時(shí)間不能超過總有效壓實(shí)時(shí)間的20%。這意味著，為了達(dá)到更好的壓實(shí)效果，過渡過程的時(shí)間不應(yīng)過長[8]。因此，為了確保碾壓效果和作業(yè)效率，碾壓長度不應(yīng)低于25 s。

根據(jù)上述分析，得出路基路面壓實(shí)方案見圖4。

圖4 路基路面壓實(shí)方案流程圖

在混合材料初壓過程中，選擇鋼輪靜壓方式進(jìn)行一遍壓實(shí)，并在施工過程中將其運(yùn)行速度控制在約2.5 km/h。在復(fù)壓階段，使用鋼輪完成三遍振蕩壓實(shí)，振蕩頻率設(shè)定為45 Hz，同時(shí)將運(yùn)行速度控制在約4 km/h。在膠輪碾壓階段，將運(yùn)行速度同樣控制在約4 km/h。最后，在終壓過程中，再次使用鋼輪完成兩遍靜壓，運(yùn)行速度則控制在約2.5 km/h。在現(xiàn)場施工過程中，溫度為25 °C。當(dāng)瀝青混合料經(jīng)過復(fù)壓操作后，其溫度達(dá)到131 °C。在最終的壓實(shí)操作完成后，瀝青混合料的溫度降低到122 °C。

4 接縫碾壓

瀝青混合料的攤鋪和壓實(shí)過程中存在兩種接縫，分別是縱接縫和橫接縫。圖5 為縱向接縫構(gòu)造示意圖。

圖5 縱向接縫構(gòu)造示意圖

縱向接縫的成形與施工技術(shù)有很大關(guān)系。由于縱向接縫的產(chǎn)生條件各異，所以需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。如果兩個(gè)或更多的攤鋪機(jī)按梯形鋪筑，則縱向接縫不會(huì)出現(xiàn)明顯的分界，這是因?yàn)閮蓚€(gè)攤鋪機(jī)之間的溫度相近。在這種條件下，只要沿縱向縫來回進(jìn)行一次碾壓，就能達(dá)到良好的碾壓效果。與此同時(shí)，一臺(tái)鋪路機(jī)在施工路段鋪設(shè)完畢后，將其再鋪至相鄰車道。在施工時(shí)，可將兩臺(tái)鋪筑機(jī)分離，并在同一車道上進(jìn)行攤鋪。這種施工方式所形成的攤鋪層內(nèi)部沒有橫向限制，在壓路機(jī)的碾壓作用下，很容易發(fā)生橫向滑移。在這種情況下，應(yīng)該從距離路緣30～50 cm 的位置，將縱向縫合線來回進(jìn)行一次碾壓，再轉(zhuǎn)向外緣或路肩進(jìn)行初壓。每次壓實(shí)只需向一側(cè)移動(dòng)10～15 cm，然后按順序向內(nèi)移動(dòng)，直到離內(nèi)側(cè)邊緣5～10 cm。在鋪設(shè)完鄰近的鋪路帶后，從原來的已碾壓完的內(nèi)側(cè)部位出發(fā)，以錯(cuò)輪式的方式進(jìn)行碾壓，直至超過縱接線50～80 cm。

從振動(dòng)壓路機(jī)的最優(yōu)工作速度出發(fā)，可將其轉(zhuǎn)換為壓路機(jī)的碾壓距離。在實(shí)際施工過程中，若有兩個(gè)或更多的攤鋪機(jī)同時(shí)工作，則其攤鋪區(qū)域內(nèi)的瀝青混合料溫度接近，且縱向接縫不存在明顯的分界。當(dāng)采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí)，先將壓路機(jī)沿著縱縫線來回碾壓一遍，再由外側(cè)路緣開始，每邊移動(dòng)10～15 cm，直到壓路機(jī)越過縱縫線5～8 cm。

這種縱接縫的碾壓方法特別適用于新攤鋪的相鄰車道與已壓實(shí)的車道之間。在處理完縱接縫之后，應(yīng)立即用壓路機(jī)將縱接縫壓平。這樣的處理方式有助于確保瀝青路面的平整度和密實(shí)度，從而提升整體路面的使用壽命和安全性。按照最佳碾壓速度計(jì)算，25 s內(nèi)碾壓段長度為28 m。當(dāng)然，碾壓段的確定還需考慮施工時(shí)的天氣溫度、初壓溫度、終了溫度和瀝青混合料鋪層的厚度等因素，要確保瀝青混合料的壓實(shí)度和平整度。這樣的操作可以保證相鄰攤鋪帶之間的縱接縫得到妥善處理，同時(shí)也能避免因時(shí)間間隔過長而產(chǎn)生不利影響。這樣的處理可以確保縱接縫的質(zhì)量和整體平整度。

橫向接縫是工作段施工前和施工階段之間的銜接。在上一工作段鋪設(shè)完畢后，要在下一工作段鋪設(shè)前進(jìn)行橫向接縫的工藝處理。圖6 為橫向接縫構(gòu)造示意圖。

圖6 橫向接縫構(gòu)造示意圖

采用一種用于瀝青路面壓實(shí)的剛性光輪碾磨方法。碾壓時(shí)，重點(diǎn)是對(duì)已壓實(shí)的路面進(jìn)行壓實(shí)，只保留15 cm 左右的路寬，以供新鋪設(shè)路面使用。然后，將壓路機(jī)對(duì)新鋪筑區(qū)進(jìn)行橫向移動(dòng)，每層側(cè)移量為15～20 cm，直到完全通過橫向接縫。

如果鄰近的車道尚未進(jìn)行攤鋪，在進(jìn)行橫向碾壓時(shí)，必須將供壓路機(jī)離開的物料覆蓋在未鋪設(shè)的橫向接縫上，以避免對(duì)攤鋪帶的邊緣造成損害。對(duì)于縱向接縫與橫向接縫的壓實(shí)技術(shù)，通常的順序是先碾壓后碾壓，然后是碾壓縱向接縫，以防止接縫結(jié)合面脫離。如果接縫存在不平整的地方，應(yīng)首先對(duì)表面不平整的地方進(jìn)行修補(bǔ)。

總的來說，瀝青路面的壓實(shí)過程緊跟在攤鋪過程中，這個(gè)過程包括先壓實(shí)接縫，再整體壓實(shí)，然后再對(duì)需要的地方進(jìn)行局部壓實(shí)。這樣可以確保瀝青路面的平整度和密實(shí)度，提高路面的使用壽命和安全性。

5 結(jié)論

道路橋梁工程路基路面壓實(shí)施工是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)際施工中，應(yīng)充分考慮含水量、壓實(shí)設(shè)備、施工工藝等因素對(duì)壓實(shí)效果的影響，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，確保路基路面的穩(wěn)定性和平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在施工過程中，應(yīng)注意保護(hù)工程各層不受損壞，以保證工程的整體質(zhì)量和使用壽命。只有這樣，才能提高道路橋梁工程的施工質(zhì)量和使用性能，為人民群眾提供安全、舒適、便捷的交通環(huán)境。