半刚性基层材料的碾压机械优化组合
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【摘 要】针对传统碾压组合压实效果不理想（尤其是当采用振动法进行配合比设计时），以及碾压后路面均匀性不好两个问题，分析了半刚性材料的压实机理、压实度与强度的关系和碾压工艺，由此提出新的碾压机械组合，即静压后采用高频低幅振动碾压、碾压过程中压路机错轮碾压和压路机先轻后重的碾压工艺。工程实例表明，新的压实机械组合可以克服传统碾压机械组合的缺陷，碾压后基层表面比较均匀，比传统碾压组合更易达到预定压实度等优点。
引言
影响半刚性基层强度主要的三个因素是无机集合料、矿料级配和压实效果。在无机结合料剂量和矿料级配确定的情况下，压实效果直接决定了铺筑基层的整体强度。只有将松散的半刚性材料压实，使得无机结合料、细集料和骨架粒料三部分形成整体，并在合适的养生条件下养生一定时间才能使铺筑的基层形成具有一定强度的板体结构。可以说将松散的半刚性基层材料压密实是基层材料发挥作用的前提。
半刚性材料的压实效果，与矿料级配、混合料含水量、压路机型号和吨位有关，而且与压路机的组合密切相关。基于此，本文结合工程实例将对碾压机械的优化组合进行研究，同时结合试验数据说明压实度和强度两者之间的关系。
1 半刚性材料的压实原理
半刚性材料的压实，实质上就是颗粒在外力的作用下产生的剪切应力大于土的抗剪强度后，颗粒重新排列、压密变实的过程，无论是静碾压实还是振动压实。其中静碾压实是利用静荷载克服松散材料中固体颗粒间的滑动摩擦力和粘附力，排出空气，使各颗粒间相互靠紧。而振动压实使骨料之间的移动除要克服滑动摩擦外还要克服咬合摩擦，咬合摩擦是由骨料与相邻骨料脱离咬合而产生的，即
咬合摩擦力是颗粒接触面粗糙不平形成的微细咬合力。其中颗粒间距离的微弱增长，会使微细咬合摩擦力产生很大的衰减。振动压实就是使颗粒质点间的距离产生微弱增长，从而使咬合摩擦力减小，导致振动轮下的粒料随着振动而挤密，粒料间的部分细集料将随之压实，但部分细集料也将因被挤出而松散[1-1]。
2 压路机性能分析
半刚性基层施工中碾压机械主要有振动压路机、静碾压路机和轮胎压路机。振动压路机分弱振和强振两种方式，即低频高振幅和高频低振幅。根据振动压实理论，低频高振幅具有很强的穿透能力，影响深度大，；高频低振幅具有较高的能量。轮胎压路机主要对表面颗粒搓揉，重新就位，有利于表面材料的压实，但对压实度的提高有限。静碾压路机，小吨位的可以用收面、消除轮迹印，大吨位由于使粒料破碎已经淘汰不用。
3 压实度与强度
为了确定压实度与强度两者之间的关系，采用水泥稳定碎石混合料在室内进行了比对试验。标准密度由振动法确定，选取水泥剂量3%、3.5%和4%，分别按照标准密度的95%、96%、97%和98%，采用振动成型仪成型强度试件，7天无侧限抗压强度
试验数据表明：相同水泥剂量下，压实度由95%增加至99%，强度明显增加；
在相同压实度下，水泥剂量由3%增加至4%，强度变化幅度明显小于压实度对强度的影响，尤其是当压实度较小时。上述试验说明，只有将基层混合料碾压密实，水泥胶结料能更好的发挥作用，在较小的水泥剂量下路面强度即可满足设计要求。
4 工程实例
4.1 概况
河南某高速路面四标基层设计为36cm水泥稳定级配碎石混合料，分两层施工，采用振动法进行配合比设计。
采用集中厂拌法施工时，考虑到施工均匀性，建议实际施工过程中将水泥剂量提高0.3～0.5%。根据天气、运输距离等情况拌和时含水量依据《公路路面基层施工技术规范》可提高0.5～1.0%，并使得摊铺碾压时含水量略大于最佳含水量。
在上基层实际施工中，水泥剂量控制在4%，最大干密度（标准密度）为2.50，出场混合料的含水量控制在5%左右，根据天气情况略有变化。
摊铺机为ABG423两台，压路机包括徐工200和220各一台，丹拉派克602一台，26吨胶轮压路机一台。
4.2 碾压工艺
4.2.1 传统碾压工艺
传统碾压工艺包括包括初压、复压和终压三个步骤。初压是为了稳定混合料并使其具有一1定的密实度和承载能力，使大吨位压路机进行复压时不致产生明显的隆起和推移，保证路面的平整度；复压是混合料密实、稳定和成型的关键工序，主要以振动碾压为主，首先采用低频高振幅的碾压方式，使粒料基层的中、下部分密实，之后采用高频低振幅的碾压方式对中、上部进行压实，
最终使上下均匀密实；终压主要采用大吨位压路机静压，消除轮迹印和提高压实度，最后采用轮胎压路机，以形成平整、密实的表面。
根据传统碾压工艺理论，确定碾压工艺为：徐工200静压一遍，徐工220和丹拉派克602各低频高幅振动碾压一遍，三台振动压路机各高频低幅振动碾压一遍，丹拉派克静压一遍，胶轮压路机碾压1-2遍。施工过程中，振动压路机重叠1/2轮进行碾压。
严格按照上述施工工艺进行碾压，施工中存在以下几个问题：（1）压实度不能满足项目公司要求的大于等于98%；（2）三台振动压路机经常在同一工作面，但由于丹拉派克为自动挡与徐工压路机不能完全同步，导致碾压混乱、效率低；
（3）由于采用了分段碾压，段与段之间的连接部分平整度不好；（4）碾压后路表面均匀性不好，存在表面粗细相间的现象。
4.2.2 碾压工艺优化
针对施工中采用传统碾压工艺存在的上述问题进行了分析，对碾压工艺进行了优化，确定了新的碾压工艺。
具体为：仍采用分段碾压，徐工200和徐工220保持在前面同一个工作面，徐工200前进静压后退高频低幅振动碾压一遍，徐工220直接高频低幅振动碾压一遍，两台机器再各自高频低幅振动碾压一遍，完成后，以相同的方式进行下一个工作面的碾压。丹拉派克在两台徐工压路机碾压完成后的路段采用高频低幅的振动方式进行碾压，碾压遍数2-3遍，对于路面薄弱部位（两台摊铺机接缝位置，摊铺机中间部位等）碾压遍数可以增加1-2遍。胶轮压路机碾压1-2遍。施工过程中振动压路机重叠10-20cm碾压。
对于两段之间的连接部位，建议徐工200进行第一遍碾压时每一轮停机部位不在同一个横截面，要形成斜面，以后每一遍的碾压停机部位较前一次后退10cm左右。两段之间形成的不平面靠后一段的碾压自然找平。
碾压后路表面均匀性不好，实际上也反映了碾压后路面密实性不一致。出现上述问题与振动压路机自身的胶轮对路面的压实关系很大。建议在施工中，振动压路机碾压要采取错轮，即每台振动压路机胶轮位置要错开，均匀分布在碾压面上。
施工单位按照优化后的碾压工艺进行施工碾压，在振动压路机重叠10-20cm碾压的前提下：徐工200、徐工220碾压两遍，丹拉派克碾压3遍，胶轮碾压1-2遍，测定压实度可以满足大于等于标准密度的98%；碾压后两段连接部位平整度较好；碾压后的路面均匀性较好；三台机器分布在两个工作面上，很好的解决了压路机不同速的问题，也易于管理，提高了工作效率。
5 结语
（1）将松散的基层材料压密实是半刚性基层发挥作用前提，通过室内试验也验证了强度与压实度两者之间的关系。
（2）传统的碾压工艺是我们参考的依据，但是当半刚性基层采用了振动法设计（标准密度增大、级配变粗等），必须要对碾压工艺进行优化。
（3）实例工程说明优化后的碾压工艺，在保证了路面压实度前提下，改善了基层的平整度和整体均匀性。
参考文献：
[1]支喜兰，江晓霞，沙爱民.路面基层振动碾压作用下的底基层应力[J].长安大学学报：自然科学版，2003，23（3）：33-36
[2]吴超凡，申爱琴，王秉纲.半刚性基层材料的碾压机械优化组合[J].长安大学学报：自然科学版，2007，27（1）：11-14
[3]JTJ052-2000 公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S]