不同壓實方法對半剛性基層開裂性能影響研究

宣濤，李燕寧

（江西贛東路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 撫州 344000）

0 引言

路面在經(jīng)過大量的交通荷載碾壓和環(huán)境因素作用后，導(dǎo)致半剛性基層出現(xiàn)開裂，嚴(yán)重影響路面的使用質(zhì)量和使用壽命。因此如何提高半剛性基層抗裂性能是一個值得研究的課題，故本文研究傳統(tǒng)振動壓實技術(shù)、垂直振動壓實技術(shù)、雙頻合成振動壓實技術(shù)對半剛性基層路用性能的影響，并結(jié)合施工工藝展開研究，選擇半剛性基層最佳壓實技術(shù)[1]。

1 壓實技術(shù)

1.1 振動壓實技術(shù)

在壓實機(jī)具振動壓實作用下，使得被碾壓層材料間空隙率逐漸減小，剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨材料內(nèi)摩擦角減小而變小，振動壓實機(jī)對被碾壓層施加荷載，填料承受周期性的荷載壓力使得填料間不斷擠壓達(dá)到密實效果，在荷載作用下鋪層材料壓實所克服的阻力將越來越小。振動壓實施工可結(jié)合壓實機(jī)具靜荷載作用，使被碾壓層達(dá)到較好的壓實效果。振動壓實技術(shù)施工指標(biāo)如表1所示[2]。

表1 振動壓實技術(shù)指標(biāo)

1.2 垂直振動壓實技術(shù)

垂直振動壓實技術(shù)具有傳統(tǒng)振動壓實技術(shù)特點，傳統(tǒng)振動壓實機(jī)具在兩側(cè)碾壓輪中部軸安裝激振器，在激振器作用下輪胎沿轉(zhuǎn)動方向受到力產(chǎn)生振動，而垂直振動壓實機(jī)具在兩側(cè)碾壓輪裝有三根振動軸，激振器通過三根振動軸使得輪胎沿轉(zhuǎn)動方向僅僅在垂直方向產(chǎn)生振動，而其他方向不會產(chǎn)生振動。

垂直振動壓實機(jī)具較傳統(tǒng)振動壓實機(jī)具因激振器通過三根振動軸使得內(nèi)力的疊加與抵消，生產(chǎn)的能量都集中在垂直方向，被碾壓層周圍基本不受振動影響，更多的能量作用于被碾壓層，由于垂直振動壓路機(jī)只有垂直方向的作用力，壓實后的碾壓層表面平整度更好，由于沒有水平方向的能量波動，碾壓層表面不會出現(xiàn)裂紋、松散等情況，振動輪垂直方向由于沒有能量損耗，作用到填料產(chǎn)生的沖擊能量更大，更易于向填料深層傳播，使得垂直振動壓路機(jī)較傳統(tǒng)壓路機(jī)壓實質(zhì)量與效率更加優(yōu)異。垂直振動壓路機(jī)具施工參數(shù)如表2所示[3]。

表2 垂直振動壓路機(jī)具施工參數(shù)

1.3 雙頻合成振動壓實技術(shù)

半剛性基層鋪筑材料是由多種材料混合而成，各個材料的粒徑也不相同，傳統(tǒng)壓實機(jī)具壓實時只有單一的壓實頻率和振幅，大部分質(zhì)量不同的材料無法產(chǎn)生共振作用，導(dǎo)致不能充分壓實，只能調(diào)整傳統(tǒng)壓實機(jī)具壓實頻率和振幅進(jìn)行多次壓實施工，對施工成本和人力都是巨大的消耗，而雙頻合成振動壓實技術(shù)擁有兩種壓實頻率和振幅，在雙頻合成振動壓實施工時通過選取主要材料的最大和最小壓實頻率和振幅，就可以使大部分壓實材料達(dá)到共振效果，有助于壓實成型[4]。

傳統(tǒng)壓實機(jī)具在壓實過程產(chǎn)生的沖擊能量較為單一，但是雙頻合成振動壓實機(jī)具擁有變化幅度較大的壓實速度，且振動輪對被碾壓層材料產(chǎn)生的沖擊能量更大，沖擊力最強(qiáng)，沖擊壓實能量能向被碾壓層深處傳播，使得雙頻合成振動壓實效果更好。

2 工程實例

2.1 工程概況

某公路工程全長85km，設(shè)計車速為100km/h，起點樁號為K620+000，終點樁號為K670+000，路基寬36m，面層材料為瀝青混合料，基層采用碾壓混凝土。根據(jù)對此地段道路水文地質(zhì)探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受到高溫和行車荷載影響，道路路面出現(xiàn)較多車轍、裂縫和局部沉陷，對道路基層檢測發(fā)現(xiàn)半剛性基層出現(xiàn)開裂情況，因此，為確保本項目新建道路在完工后可以長期保持穩(wěn)定，對半剛性基層壓實技術(shù)展開研究，選用傳統(tǒng)振動壓實施工、垂直振動壓實施工、雙頻合成振動壓實施工技術(shù)，以提高半剛性基層的抗裂性能。本文根據(jù)施工規(guī)范要求對二級公路各結(jié)構(gòu)層采取的設(shè)計方案如表3所示，并優(yōu)選基層建筑材料，保證施工質(zhì)量。

表3 公路路面結(jié)構(gòu)層樣式

2.2 施工工藝

（1）準(zhǔn)備工作

為研究傳統(tǒng)振動壓實施工、垂直振動壓實施工、雙頻合成振動壓實施工對半剛性基層路用性能的影響，本文選用某公路起點樁號為K650+000，終點樁號為K653+000道路右側(cè)作為試驗路段，全長3km，平均分為3段，每段1km。我國路面基層主要為半剛性基層，半剛性基層易產(chǎn)生裂縫，因此為減少半剛性基層開裂，本文采用碾壓混凝土作為半剛性基層材料，并依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30—2005）進(jìn)行性能檢測，檢測結(jié)果如表4所示。

表4 集料各指標(biāo)檢測結(jié)果

（2）整平

試驗路段整平工作采用推土機(jī)進(jìn)行作業(yè)。推土機(jī)進(jìn)入施工現(xiàn)場前，需要計算基層填方量，計算每個路段填方量后，接著裝卸車卸載基層材料，最后推土機(jī)在基層均勻整平，往返整平3~6遍，推土機(jī)行駛速度不超過9km/h。

（3）碾壓

碾壓可以使粗細(xì)集料相互擠壓密實，因此碾壓作業(yè)十分重要。為研究傳統(tǒng)振動壓實施工、垂直振動壓實施工、雙頻合成振動壓實施工對半剛性基層路用性能的影響，本文在試驗路段A采用傳統(tǒng)振動壓實技術(shù)進(jìn)行壓實施工，試驗路段B采用垂直振動壓實技術(shù)進(jìn)行壓實施工，試驗路段C采用雙頻合成振動壓實技術(shù)進(jìn)行壓實施工，初壓遍數(shù)為2遍，速度控制在2km/h，復(fù)壓遍數(shù)為4遍，速度控制在3km/h，終壓遍數(shù)為3遍，速度控制在2.5km/h。碾壓施工應(yīng)先壓兩側(cè)再壓中間。

2.3 性能檢測

（1）平整度

為研究傳統(tǒng)振動壓實施工、垂直振動壓實施工、雙頻合成振動壓實施工對半剛性基層路用性能的影響，本文根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》要求，采用3m直尺測得半剛性基層平整度。并根據(jù)公式將試驗路段3m直尺測量值轉(zhuǎn)換為IRI值，轉(zhuǎn)換公式為：

式（1）中：X為3m直尺測量值（mm）。試驗路段平整度檢測結(jié)果如表5所示。

表5 試驗路段平整度檢測

由表5可知，試驗路段A采用3m直尺測得平整度為4.54mm、國際平整度IRI為1.26m/km，試驗路段B采用3m直尺測得平整度為4.01mm、國際平整度IRI為1.07m/km，試驗路段C采用3m直尺測得平整度為3.86mm、國際平整度IRI為1.01m/km。依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（TG F40—2004）要求國際平整度IRI應(yīng)小于2m/km，試驗路段A、B、C國際平整度IRI均小于2m/km，但試驗路段C國際平整度IRI值最小，因此雙頻合成振動壓實施工為最佳壓實施工技術(shù)。

（2）強(qiáng)度

為研究不同壓實技術(shù)對半剛性基層開裂的影響，本文在試驗路段采用傳統(tǒng)振動壓實技術(shù)、垂直振動壓實技術(shù)、雙頻合成振動壓實技術(shù)進(jìn)行施工，竣工后對試驗路段進(jìn)行CBR承載比試驗檢測，按照計算公式計算CBR，計算公式如下：

式（2）中：p為單位壓力（kPa）；ps為相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)壓力（kPa）。檢測結(jié)果如表6所示。

表6 試驗路段CBR檢測結(jié)果

由表6可知，試驗路段A采用振動壓實施工CBR為52.1%，試驗路段B采用垂直振動壓實施工CBR為62.7%，試驗路段C采用雙頻合成振動壓實施工CBR為75.4%，試驗路段C的CBR值最高，采用雙頻合成振動壓實的試驗路段強(qiáng)度最高，半剛性基層抗裂性能最優(yōu)，因此半剛性基層壓實施工推薦雙頻合成振動壓實技術(shù)。

3 結(jié)語

壓實是半剛性基層強(qiáng)度形成的關(guān)鍵施工工序。本文依托實際工程，采用傳統(tǒng)振動壓實技術(shù)、垂直振動壓實技術(shù)、雙頻合成振動壓實技術(shù)在試驗路段進(jìn)行施工，竣工后對試驗路段強(qiáng)度和平整度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明試驗路段C平整度和強(qiáng)度最優(yōu)，因此項目工程推薦最佳壓實技術(shù)為雙頻合成振動壓實技術(shù)。