半剛性基層材料的碾壓機(jī)械優(yōu)化組合.doc

半剛性基層材料的碾壓機(jī)械優(yōu)化組合摘要：針對傳統(tǒng)碾壓組合壓實(shí)效果不理想（尤其是當(dāng)采用振動(dòng)法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)），以及碾壓后路面均勻性不好兩個(gè)問題，分析了半剛性材料的壓實(shí)機(jī)理、壓實(shí)度與強(qiáng)度的關(guān)系和碾壓工藝，由此提出新的碾壓機(jī)械組合，即靜壓后采用高頻低幅振動(dòng)碾壓、碾壓過程中壓路機(jī)錯(cuò)輪碾壓和壓路機(jī)先輕后重的碾壓工藝。工程實(shí)例表明，新的壓實(shí)機(jī)械組合可以克服傳統(tǒng)碾壓機(jī)械組合的缺陷，碾壓后基層表面比較均勻，比傳統(tǒng)碾壓組合更易達(dá)到預(yù)定壓實(shí)度等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：半剛性基層材料 碾壓機(jī)械組合 壓實(shí)度 均勻性 0 引 言 影響半剛性基層強(qiáng)度主要的三個(gè)因素是無機(jī)集合料、礦料級配和壓實(shí)效果。在無機(jī)結(jié)合料劑量和礦料級配確定的情況下，壓實(shí)效果直接決定了鋪筑基層的整體強(qiáng)度。只有將松散的半剛性材料壓實(shí)，使得無機(jī)結(jié)合料、細(xì)集料和骨架粒料三部分形成整體，并在合適的養(yǎng)生條件下養(yǎng)生一定時(shí)間才能使鋪筑的基層形成具有一定強(qiáng)度的板體結(jié)構(gòu)?？梢哉f將松散的半剛性基層材料壓密實(shí)是基層材料發(fā)揮作用的前提。 半剛性材料的壓實(shí)效果，與礦料級配、混合料含水量、壓路機(jī)型號和噸位有關(guān)，而且與壓路機(jī)的組合密切相關(guān)。基于此，本文結(jié)合工程實(shí)例將對碾壓機(jī)械的優(yōu)化組合進(jìn)行研究，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明壓實(shí)度和強(qiáng)度兩者之間的關(guān)系。1 半剛性材料的壓實(shí)原理半剛性材料的壓實(shí)，實(shí)質(zhì)上就是顆粒在外力的作用下產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大于土的抗剪強(qiáng)度后，顆粒重新排列、壓密變實(shí)的過程，無論是靜碾壓實(shí)還是振動(dòng)壓實(shí)。其中靜碾壓實(shí)是利用靜荷載克服松散材料中固體顆粒間的滑動(dòng)摩擦力和粘附力，排出空氣，使各顆粒間相互靠緊。而振動(dòng)壓實(shí)使骨料之間的移動(dòng)除要克服滑動(dòng)摩擦外還要克服咬合摩擦，咬合摩擦是由骨料與相鄰骨料脫離咬合而產(chǎn)生的，即咬合摩擦力是顆粒接觸面粗糙不平形成的微細(xì)咬合力。其中顆粒間距離的微弱增長，會(huì)使微細(xì)咬合摩擦力產(chǎn)生很大的衰減。振動(dòng)壓實(shí)就是使顆粒質(zhì)點(diǎn)間的距離產(chǎn)生微弱增長，從而使咬合摩擦力減小，導(dǎo)致振動(dòng)輪下的粒料隨著振動(dòng)而擠密，粒料間的部分細(xì)集料將隨之壓實(shí)，但部分細(xì)集料也將因被擠出而松散1-1。2 壓路機(jī)性能分析半剛性基層施工中碾壓機(jī)械主要有振動(dòng)壓路機(jī)、靜碾壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)。振動(dòng)壓路機(jī)分弱振和強(qiáng)振兩種方式，即低頻高振幅和高頻低振幅。根據(jù)振動(dòng)壓實(shí)理論，低頻高振幅具有很強(qiáng)的穿透能力，影響深度大，；高頻低振幅具有較高的能量。輪胎壓路機(jī)主要對表面顆粒搓揉，重新就位，有利于表面材料的壓實(shí)，但對壓實(shí)度的提高有限。靜碾壓路機(jī)，小噸位的可以用收面、消除輪跡印，大噸位由于使粒料破碎已經(jīng)淘汰不用。3 壓實(shí)度與強(qiáng)度為了確定壓實(shí)度與強(qiáng)度兩者之間的關(guān)系，采用水泥穩(wěn)定碎石混合料在室內(nèi)進(jìn)行了比對試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)密度由振動(dòng)法確定，選取水泥劑量3%、3.5%和4%，分別按照標(biāo)準(zhǔn)密度的95%、96%、97%和98%，采用振動(dòng)成型儀成型強(qiáng)度試件，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度見表1和圖1表1 7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MP)水泥劑量（%）95%96%97%98%99%3.03.85.97.78.99.63.54.66.88.610.011.54.05.67.89.911.212.2圖1 強(qiáng)度與壓實(shí)度關(guān)系圖 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：相同水泥劑量下，壓實(shí)度由95%增加至99%，強(qiáng)度明顯增加；在相同壓實(shí)度下，水泥劑量由3%增加至4%，強(qiáng)度變化幅度明顯小于壓實(shí)度對強(qiáng)度的影響，尤其是當(dāng)壓實(shí)度較小時(shí)。上述試驗(yàn)說明，只有將基層混合料碾壓密實(shí)，水泥膠結(jié)料能更好的發(fā)揮作用，在較小的水泥劑量下路面強(qiáng)度即可滿足設(shè)計(jì)要求。4 工程實(shí)例4.1 概況河南某高速路面四標(biāo)基層設(shè)計(jì)為36cm水泥穩(wěn)定級配碎石混合料,分兩層施工，采用振動(dòng)法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表2和表3表2 礦料級配篩孔尺寸（mm)31.5199.54.750.60.075通過率10081.553.532.013.23.5表3 水泥穩(wěn)定級配碎石混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果粒徑(mm)級配碎石水泥劑量(%)最佳含水量(%)最大干密度（g/cm3）1030102051005比例（%）18.0 29.5 26.5 26.0 3.54.02.50采用集中廠拌法施工時(shí)，考慮到施工均勻性，建議實(shí)際施工過程中將水泥劑量提高0.30.5%。根據(jù)天氣、運(yùn)輸距離等情況拌和時(shí)含水量依據(jù)公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范可提高0.51.0%，并使得攤鋪碾壓時(shí)含水量略大于最佳含水量。在上基層實(shí)際施工中，水泥劑量控制在4%，最大干密度（標(biāo)準(zhǔn)密度）為2.50，出場混合料的含水量控制在5%左右，根據(jù)天氣情況略有變化。攤鋪機(jī)為ABG423兩臺(tái)，壓路機(jī)包括徐工200和220各一臺(tái)，丹拉派克602一臺(tái)，26噸膠輪壓路機(jī)一臺(tái)。4.2 碾壓工藝4.2.1 傳統(tǒng)碾壓工藝傳統(tǒng)碾壓工藝包括包括初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)步驟。初壓是為了穩(wěn)定混合料并使其具有一定的密實(shí)度和承載能力，使大噸位壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓時(shí)不致產(chǎn)生明顯的隆起和推移，保證路面的平整度；復(fù)壓是混合料密實(shí)、穩(wěn)定和成型的關(guān)鍵工序，主要以振動(dòng)碾壓為主，首先采用低頻高振幅的碾壓方式，使粒料基層的中、下部分密實(shí)，之后采用高頻低振幅的碾壓方式對中、上部進(jìn)行壓實(shí)，最終使上下均勻密實(shí)；終壓主要采用大噸位壓路機(jī)靜壓，消除輪跡印和提高壓實(shí)度，最后采用輪胎壓路機(jī)，以形成平整、密實(shí)的表面。根據(jù)傳統(tǒng)碾壓工藝?yán)碚?，確定碾壓工藝為：徐工200靜壓一遍，徐工220和丹拉派克602各低頻高幅振動(dòng)碾壓一遍，三臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)各高頻低幅振動(dòng)碾壓一遍，丹拉派克靜壓一遍，膠輪壓路機(jī)碾壓1-2遍。施工過程中，振動(dòng)壓路機(jī)重疊1/2輪進(jìn)行碾壓。嚴(yán)格按照上述施工工藝進(jìn)行碾壓，施工中存在以下幾個(gè)問題：1、壓實(shí)度不能滿足項(xiàng)目公司要求的大于等于98%；2、三臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)經(jīng)常在同一工作面，但由于丹拉派克為自動(dòng)擋與徐工壓路機(jī)不能完全同步，導(dǎo)致碾壓混亂、效率低；3、 由于采用了分段碾壓，段與段之間的連接部分平整度不好；4、碾壓后路表面均勻性不好，存在表面粗細(xì)相間的現(xiàn)象。 4.2.2 碾壓工藝優(yōu)化針對施工中采用傳統(tǒng)碾壓工藝存在的上述問題進(jìn)行了分析，對碾壓工藝進(jìn)行了優(yōu)化，確定了新的碾壓工藝。具體為：仍采用分段碾壓，徐工200和徐工220保持在前面同一個(gè)工作面，徐工200前進(jìn)靜壓后退高頻低幅振動(dòng)碾壓一遍，徐工220直接高頻低幅振動(dòng)碾壓一遍，兩臺(tái)機(jī)器再各自高頻低幅振動(dòng)碾壓一遍，完成后，以相同的方式進(jìn)行下一個(gè)工作面的碾壓。丹拉派克在兩臺(tái)徐工壓路機(jī)碾壓完成后的路段采用高頻低幅的振動(dòng)方式進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)2-3遍，對于路面薄弱部位（兩臺(tái)攤鋪機(jī)接縫位置，攤鋪機(jī)中間部位等）碾壓遍數(shù)可以增加1-2遍。膠輪壓路機(jī)碾壓1-2遍。施工過程中振動(dòng)壓路機(jī)重疊10-20cm碾壓。對于兩段之間的連接部位，建議徐工200進(jìn)行第一遍碾壓時(shí)每一輪停機(jī)部位不在同一個(gè)橫截面，要形成斜面，以后每一遍的碾壓停機(jī)部位較前一次后退10cm左右。兩段之間形成的不平面靠后一段的碾壓自然找平。碾壓后路表面均勻性不好，實(shí)際上也反映了碾壓后路面密實(shí)性不一致。出現(xiàn)上述問題與振動(dòng)壓路機(jī)自身的膠輪對路面的壓實(shí)關(guān)系很大。建議在施工中，振動(dòng)壓路機(jī)碾壓要采取錯(cuò)輪，即每臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)膠輪位置要錯(cuò)開，均勻分布在碾壓面上。 施工單位按照優(yōu)化后的碾壓工藝進(jìn)行施工碾壓，在振動(dòng)壓路機(jī)重疊10-20cm碾壓的前提下：徐工200、徐工220碾壓兩遍，丹拉派克碾壓3遍，膠輪碾壓1-2遍，測定壓實(shí)度可以滿足大于等于標(biāo)準(zhǔn)密度的98%；碾壓后兩段連接部位平整度較好；碾壓后的路面均勻性較好；三臺(tái)機(jī)器分布在兩個(gè)工作面上，很好的解決了壓路機(jī)不同速的問題，也易于管理，提高了工作效率。5 結(jié)語 將松散的基層材料壓密實(shí)是半剛性基層發(fā)揮作用前提，通過室內(nèi)試驗(yàn)也驗(yàn)證了強(qiáng)度與壓實(shí)度兩者之間的關(guān)系。 傳統(tǒng)的碾壓工藝是我們參考的依據(jù)，但是當(dāng)半剛性基層采用了振動(dòng)法設(shè)計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)密度增大、級配變粗等），必須要對碾壓工藝進(jìn)行優(yōu)化。 實(shí)例工程說明優(yōu)化后的碾壓工藝，在保證了路面壓實(shí)度前提下，改善