余江YU Jiang；胡士清HU Shi-qing；向緒儒XIANG Xu-ru；安淵博AN Yuan-bo

（武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430073）

0 引言

碾壓是橋面瀝青混凝土鋪裝層施工的關(guān)鍵，碾壓工藝的合理性直接影響橋面瀝青的使用壽命和性能，進而影響橋梁整體施工質(zhì)量和后期通行安全，瀝青混凝土鋪裝壓路機常有振動壓路機和振蕩壓路機[1]。振動壓路機常利用較大自重產(chǎn)生較強的豎向激振力來壓實瀝青混凝土，但過大的激振力會導(dǎo)致鋪裝層開裂而破壞防水黏結(jié)層，甚至危害橋梁結(jié)構(gòu)安全，另外石料被大量破碎可導(dǎo)致鋪裝層密實度降低。振蕩壓路機利用激振力偶形成連續(xù)的振蕩波，產(chǎn)生水平剪切應(yīng)變和振蕩輪自身垂直靜載的共同持續(xù)作用，使瀝青混合料顆粒發(fā)生共振、消除空隙，實現(xiàn)顆粒重新排列達到重組效果，進而產(chǎn)生雙向壓實效應(yīng)使混合料變得更加密實[2]。壓路機的壓實工藝不當(dāng)會導(dǎo)致瀝青混合料的剪切強度、拉伸強度、壓實度、孔隙度等性能變差等物理參數(shù)發(fā)生變化，這也是造成橋面瀝青面層破壞的一個重要原因[3]。因此，壓路機是影響橋面瀝青混合料鋪裝壓實效果的關(guān)鍵因素，非常有必要研究其工作參數(shù)對橋面鋪裝壓實度的影響。為提高瀝青混合料的鋪裝質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者橋面瀝青面層碾壓工藝開展了大量研究。蘭海等[4]通過試驗對比研究了振動壓實和振蕩壓實對鋼橋面高黏高彈瀝青SMA混合料鋪裝的壓實效果，研究結(jié)果表明振蕩壓實效果優(yōu)于振動壓實。楊朝明等[5]分析研究了振蕩壓實設(shè)備的選擇以及準(zhǔn)備工作內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)振動頻率是瀝青路面振蕩壓實施工的控制關(guān)鍵。劉海濤[6]研究橋面瀝青鋪裝施工技術(shù)，發(fā)現(xiàn)水平振蕩壓實可避免石料振碎、鋪層振松等病害，可提高鋪裝層的平整度和密實度，進而提高其抗水侵害能力。李嬌等[7]利用振蕩壓路機解決了鋼橋面鋪裝這一世界級難題，在滬通長江大橋上實現(xiàn)了高效、高平整度的瀝青橋面鋪裝。上述研究探討了壓路機設(shè)備類型和施工工藝等參數(shù)對瀝青面層施工質(zhì)量的影響，而有關(guān)壓路機碾壓遍數(shù)及頻率對橋面瀝青混凝土鋪裝壓實度的影響研究甚少。為此，本文通過現(xiàn)場壓實試驗對比分析振蕩和振動壓路機工作對橋面瀝青混凝土鋪裝的壓實效果，研究壓力機的最佳碾壓遍數(shù)和頻率，可為今后橋面瀝青混凝土面層施工中壓路機工作參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供參考和經(jīng)驗。

1 試驗方案

1.1 壓路機工作參數(shù)

為對比振動和振蕩壓路機施工的橋面瀝青混凝土鋪裝壓實效果，采用寶馬格BW203AD-4AM雙鋼輪振動壓路機和寶馬格BW 203 ADO-4振蕩壓路機進行壓實試驗，工作參數(shù)如表1所列。

表1 壓路機部分工作參數(shù)

1.2 試驗內(nèi)容

①為驗證橋面瀝青混凝土鋪裝層振蕩壓實的優(yōu)越性及最佳碾壓遍數(shù)，選用同一噸級的振動、振蕩壓路機以表1中相同參數(shù)對兩段跨徑為16m的T型簡支梁橋瀝青混凝土面層進行壓實試驗，以各自設(shè)定的頻率和振幅進行碾壓，根據(jù)不同的碾壓遍數(shù)，用瀝青路面密度儀測定對應(yīng)碾壓次數(shù)后的壓實度，并在最終壓實的鋪層上鉆芯取樣測定最終的壓實度。

②為驗證碾壓頻率對壓實度的影響選定三段跨徑為16m、24m的T形簡支梁橋和50m跨徑的連續(xù)鋼構(gòu)橋的實驗段進行瀝青混凝土鋪裝層壓實試驗，壓實對象為8cm厚的AC-13型瀝青混合料，油石比為4.87%。根據(jù)施工現(xiàn)場狀況壓路機可調(diào)的頻率范圍，從24～33Hz選擇4個頻率點測試其相應(yīng)的壓實度，試驗機選用同一噸級的振動、振蕩壓路機以表1中相同的參數(shù)對瀝青混凝土面層進行壓實試驗，用瀝青路面壓實儀測定每遍碾壓后的壓實度。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 碾壓遍數(shù)對橋面瀝青混凝土鋪裝壓實度的影響

為研究碾壓遍數(shù)對橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實效果的影響，測量每次碾壓后橋面瀝青混凝土鋪裝層的壓實度，碾壓第1次至第8次后橋面鋪裝層的壓實度列于表2。

從表2結(jié)果可看出，振蕩壓實的碾壓效率比振動壓實效率明顯要高，壓實度隨碾壓遍數(shù)的增加而不斷增加，且變化速度逐漸變緩，壓實度在第6次時壓實度達到了98.5%，已滿足設(shè)計要求，壓實效果最佳，當(dāng)超過6次后，壓實度增長率趨勢變緩，且第7、8次碾壓均出現(xiàn)了過壓的情況。這是因為碾壓初期，瀝青混合料的剛度較低、材料的變形能力大，隨著碾壓次數(shù)的增加，混合料的密實度不斷增加，材料的剛度增大、變形較小，施工溫度也在逐漸降低，也是導(dǎo)致壓實度增長幅度逐漸變小的主要原因，由此可知瀝青混合料能夠達到的密實度，不是隨著碾壓次數(shù)的累積增加而無限增大。橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實過程中，振蕩壓實明顯優(yōu)于振動壓實，最佳碾壓遍數(shù)為6次，壓實效果滿足設(shè)計要求，且未出現(xiàn)過壓的痕跡。

表2 不同碾壓遍數(shù)下橋面瀝青鋪裝層的壓實度

2.2 振動頻率對橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實度的影響

設(shè)置壓路機的振動頻率分別為24Hz、27Hz、30Hz和33Hz，測量3種不同跨徑橋梁的橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實度，2種壓路機壓實試驗結(jié)果列于表3和圖1。表中振動器械編號ZD1表示振動壓路機，ZD2表示振蕩壓路機。

①從表3的試驗數(shù)據(jù)可看出，在相同振動頻率下第1遍至第6遍都均為30Hz時壓實度達到了最大值，隨著碾壓次數(shù)的增加，壓實度也逐漸增大，由試驗可知第6次碾壓為最佳壓實次數(shù)，且在不同跨徑橋梁瀝青混凝土鋪裝層上的壓實度均滿足設(shè)計要求，從圖1的數(shù)據(jù)中可看出無論是小、中和大跨度的橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實過程中，振蕩壓實效果均優(yōu)于振動壓實。

表3 16m、24m和50m跨橋梁橋面瀝青鋪裝在不同碾壓遍數(shù)及頻率時的振動、振蕩壓實度

②從圖1中壓實度與頻率變化關(guān)系可以看出在24-33Hz的頻率范圍內(nèi)壓實度隨著壓實遍數(shù)的增加而增加，在相同碾壓次數(shù)下壓實度在頻率達到30Hz時為峰值，從圖1中可以看出頻率對壓實度的影響比較敏感，特別是剛開始碾壓較為松散的混合料時表現(xiàn)得更加具體，例如在跨徑為16m的橋梁上第一次振蕩壓路機碾壓頻率在24Hz時壓實度為90.7%，當(dāng)頻率提高到30Hz時壓實度達到92.3%，提高了1.6%，相同條件下振動壓路機提高了0.7%，就頻率對壓實效果而言振蕩比振動敏感得多，這表明在橋梁瀝青混凝土鋪裝層壓實中選擇最佳頻率至關(guān)重要，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，最佳壓實頻率為30Hz。

③由圖1中（a）、（b）、（c）對比可知，小、中跨徑橋梁的壓實度規(guī)律與大跨徑基本一致，隨著碾壓次數(shù)的增加，壓實效果不斷提高，在第6次壓實時頻率為30Hz壓實度均達到了97%以上滿足設(shè)計要求，但相同條件下大跨徑的壓實度比中、小跨徑小，這是因為隨著橋梁跨徑的增大，由于橋梁本身的結(jié)構(gòu)特性，受彎矩和撓度影響從而使得壓實度降低。

3 結(jié)語

本文主要分析振蕩壓路機與振動壓路機在不同跨徑橋梁上不同碾壓遍數(shù)下不同振動頻率壓實效果。主要研究結(jié)論如下。

①在跨度為16m的T型簡支梁橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實過程中，振蕩壓實相比振動壓實具有更高的壓實效率，最佳碾壓遍數(shù)為6次。

②無論是小、中和大跨度的橋梁橋面瀝青混凝土鋪裝層壓實過程中，振蕩壓實效果均優(yōu)于振動壓實。

③振蕩壓實比振動壓實對頻率變化更加敏感，在不同跨度橋梁瀝青混凝土鋪裝層壓實過程中，最佳壓實頻率為30Hz。

④16m、24m跨徑的橋梁壓實度規(guī)律與50m跨徑的橋梁基本一致，當(dāng)?shù)?遍碾壓頻率為30Hz時，三種不同跨度橋梁的壓實度達到最大值，但隨著橋梁跨徑的增大壓實效果反而變差。