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        垂直振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)在公路路基施工中的應(yīng)用

        2023-01-25 08:35:26許光
        中國(guó)公路 2022年19期
        關(guān)鍵詞:沖擊力壓路機(jī)偏心

        許光

        (石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司第四分公司,河北 石家莊 052160)

        壓實(shí)度是公路工程施工中評(píng)價(jià)路面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,如何提高路基的壓實(shí)度成為工程項(xiàng)目中的一個(gè)難題,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn),垂直振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)能夠整體提高路面壓實(shí)度,且壓實(shí)度合格率更高。與傳統(tǒng)圓周振動(dòng)壓路機(jī)的一根偏心軸設(shè)置相比,垂直振動(dòng)壓路機(jī)兩根偏心軸的構(gòu)造更加合理,兩根對(duì)稱(chēng)式偏心軸產(chǎn)生的水平共振力相互抵消,避免壓路機(jī)在水平方向發(fā)生路線(xiàn)偏移,增加行駛的平穩(wěn)性,并將滾輪的損害降到最低,其次兩根偏心軸產(chǎn)生的豎向共振力會(huì)在豎向疊加,能夠進(jìn)一步提高路基壓實(shí)效果,在能源利用率上更具優(yōu)勢(shì)。

        一、垂直振動(dòng)原理

        (一)垂直振動(dòng)力學(xué)原理及壓實(shí)機(jī)理

        垂直振動(dòng)技術(shù)作為一種新型的路基壓實(shí)技術(shù),實(shí)際上是傳統(tǒng)圓周振動(dòng)技術(shù)改進(jìn)升級(jí)。垂直震動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)置了兩根關(guān)于旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱(chēng)的偏心軸,在壓實(shí)過(guò)程中,這兩根偏心軸共同轉(zhuǎn)動(dòng),角速度保持一致,保持順、逆時(shí)針不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在壓路機(jī)實(shí)際工作時(shí),兩根偏心軸會(huì)同時(shí)產(chǎn)生豎向與水平兩個(gè)方向的沖擊力,兩個(gè)水平方向上的沖擊力會(huì)相互抵消,兩個(gè)豎向沖擊力會(huì)相互疊加,實(shí)現(xiàn)單方向的振動(dòng),進(jìn)而提升路基壓實(shí)效率。

        在壓路機(jī)實(shí)際工作時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種沖量轉(zhuǎn)換。旋轉(zhuǎn)輪在旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)時(shí),由上而下產(chǎn)生沖量的變化,并在滾輪與被壓實(shí)層接觸的一瞬間產(chǎn)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(nèi)部空隙,形成擠嵌結(jié)構(gòu),路面內(nèi)部變得更緊實(shí)。垂直振動(dòng)壓路機(jī)兩根偏心軸的設(shè)置能夠加強(qiáng)沖量的轉(zhuǎn)換,擠嵌結(jié)構(gòu)將會(huì)在路面更深處開(kāi)始形成,路面壓實(shí)效果更好。

        在壓路機(jī)實(shí)際工作時(shí)會(huì)與被壓實(shí)層材料產(chǎn)生共振效果。當(dāng)壓路機(jī)滾輪以一定速度碾壓路面時(shí),能量的傳遞會(huì)讓材料被碾壓的同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)能,這種動(dòng)能足夠使得材料之間產(chǎn)生摩擦甚至相對(duì)滑動(dòng),共振摩擦效果下材料之間擠嵌得更緊密,路面的壓實(shí)度進(jìn)一步得到提升。

        (二)垂直振動(dòng)壓實(shí)特點(diǎn)

        與傳統(tǒng)壓路機(jī)新型的垂直振動(dòng)壓路機(jī)相比垂直振動(dòng)技術(shù)的三大優(yōu)勢(shì):

        1.能夠充分利用能源

        垂直振動(dòng)壓路機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)在于其雙偏軸設(shè)計(jì)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(shí)要求,在同等能耗條件下,其壓實(shí)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的圓周振動(dòng)壓路機(jī)。其次,豎向的高沖擊能量可以保證被碾壓骨料在振動(dòng)的同時(shí),與機(jī)器形成共振效應(yīng),骨料之間產(chǎn)生的靜摩擦力讓擠嵌結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

        2.行駛過(guò)程更穩(wěn)定

        圓周振動(dòng)壓路機(jī)在水平?jīng)_擊力的影響下,壓實(shí)材料與滾輪之間的摩擦作用增大,在增加了能源無(wú)用消耗的同時(shí),還會(huì)磨損滾輪,縮短壓路機(jī)的使用壽命。垂直振動(dòng)壓路機(jī)的兩根偏心軸克服了水平?jīng)_擊力,壓路機(jī)在行駛過(guò)程中會(huì)變得更加穩(wěn)健,增強(qiáng)駕駛?cè)藛T舒適感,能夠延長(zhǎng)壓路機(jī)的實(shí)際使用壽命。

        3.壓實(shí)質(zhì)量高

        垂直振動(dòng)壓路機(jī)在消除水平?jīng)_擊力后,碾壓路面時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破浪、擁包等問(wèn)題,能夠有效提高路面的平整度。

        二、壓實(shí)度檢測(cè)指標(biāo)

        壓實(shí)度是評(píng)價(jià)路面壓實(shí)質(zhì)量的重要指標(biāo),根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范壓實(shí)度的計(jì)算公式如下:

        式中:

        K表示壓實(shí)度,單位為%;

        pd表示實(shí)際干容重,單位為g/cm3;

        pdmax表示室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的最大標(biāo)準(zhǔn)干容重,單位為g/cm3。

        其中實(shí)際干容重的計(jì)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(biāo)準(zhǔn)最大干容重是材料的一種固有屬性,一般通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)可以測(cè)得,被壓材料的實(shí)際干密度會(huì)隨著碾壓進(jìn)程的推進(jìn)逐漸增大,通常呈先快后慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

        三、工程概況

        某公路工程需要壓實(shí)路基,經(jīng)勘查該路基試驗(yàn)段填土壓實(shí)有3個(gè)不同厚度,分別是45cm、50cm、55cm,現(xiàn)采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)開(kāi)展壓實(shí)工作,地段填土為灰土與黏質(zhì)砂土。

        四、壓實(shí)質(zhì)量與壓實(shí)參數(shù)分析

        (一)壓實(shí)厚度

        該試驗(yàn)路段3個(gè)壓實(shí)厚度分別為45cm、50cm、55cm,采用的壓實(shí)技術(shù)為垂直振動(dòng)碾壓,表1為試驗(yàn)路段的壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果,其中壓實(shí)度要求為不小于96%。

        根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知該試驗(yàn)路段壓實(shí)度都達(dá)到了質(zhì)量要求,隨著壓實(shí)厚度的增加壓實(shí)效果區(qū)別逐漸減小,當(dāng)壓實(shí)厚度增加至55cm時(shí),壓實(shí)度正好合格,故在此壓實(shí)方案下推薦壓實(shí)厚度≤55cm。另外,灰土比粉質(zhì)黏土的壓實(shí)度效果好。分析原因可能是灰土的壓縮性能比粉質(zhì)黏土更好,更容易達(dá)到壓實(shí)要求。

        表1 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

        (二)壓實(shí)次數(shù)

        不同的壓實(shí)材料應(yīng)該選擇不同的壓實(shí)方案,壓路機(jī)振幅的強(qiáng)弱、頻率的大小、壓實(shí)次數(shù)都將影響路面最終壓實(shí)效果。通常情況下,當(dāng)被壓實(shí)材料粒徑較大時(shí),應(yīng)選擇振幅大、頻率大的壓實(shí)方案,本文采用最終沉降量作為壓實(shí)效果的評(píng)判指標(biāo),對(duì)比分析了傳統(tǒng)的圓周振動(dòng)壓路機(jī)與垂直振動(dòng)壓路機(jī)在同振幅、同頻率、同噸位下,同一路面壓實(shí)不同次數(shù)后的壓實(shí)效果。

        在同等條件下,采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)所壓實(shí)的路面沉降量都比圓周振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)的路面沉降量更大,隨著壓實(shí)次數(shù)的增加兩者沉降量差值慢慢減小,在首次壓實(shí)時(shí)沉降量差值最大,達(dá)到了9mm,當(dāng)?shù)诎舜螇簩?shí)時(shí),沉降量差值為最小的2mm。分析原因可能是隨著壓實(shí)次數(shù)的增加被壓實(shí)骨料之間的空隙越來(lái)越小,當(dāng)?shù)诎舜文雺簳r(shí),兩種不同壓實(shí)情況下的路基都已接近最“密實(shí)”狀態(tài),再增加壓實(shí)次數(shù)將對(duì)壓實(shí)結(jié)果不造成影響。

        (三)壓實(shí)振幅

        壓實(shí)振幅是壓路機(jī)一個(gè)重要屬性,通常情況下,當(dāng)振幅越大時(shí)路基越容易得到壓實(shí),表2為垂直振動(dòng)壓路機(jī)在高、低兩種振幅條件下對(duì)路面的壓實(shí)效果。

        表2 高、低振幅下的壓實(shí)結(jié)果表

        根據(jù)表2可知,該試驗(yàn)路段在高、低兩種振幅條件下路基壓實(shí)度均能符合要求,高振幅下的壓實(shí)度比低振幅下的壓實(shí)度更大,但在同時(shí)考慮合格率和經(jīng)濟(jì)效益的情況下,推薦使用低振幅進(jìn)行路基壓實(shí)。

        五、結(jié)語(yǔ)

        本文介紹了垂直振動(dòng)壓實(shí)壓路機(jī)的壓實(shí)機(jī)理,雙偏心軸的設(shè)計(jì)提高了壓路機(jī)對(duì)能源利用率,且能延長(zhǎng)壓路機(jī)的使用壽命;通過(guò)實(shí)際工程案例發(fā)現(xiàn)垂直振動(dòng)壓路機(jī)能夠提高路基壓實(shí)度,本文推薦壓實(shí)厚度≤55cm;與傳統(tǒng)圓周壓路機(jī)相比,垂直壓路機(jī)對(duì)路基的壓實(shí)效果具有更大的優(yōu)勢(shì)。

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