碾压遍数和频率对桥面沥青混凝土铺装层压实效果影响研究

2022-11-10余江YUJiang胡士清HUShiqing向绪儒XIANGXuru安渊博ANYuanbo

价值工程 2022年30期

余江YU Jiang；胡士清HU Shi-qing；向绪儒XIANG Xu-ru；安渊博AN Yuan-bo

（武汉工程大学土木工程与建筑学院，武汉 430073）

0 引言

碾压是桥面沥青混凝土铺装层施工的关键，碾压工艺的合理性直接影响桥面沥青的使用寿命和性能，进而影响桥梁整体施工质量和后期通行安全，沥青混凝土铺装压路机常有振动压路机和振荡压路机[1]。振动压路机常利用较大自重产生较强的竖向激振力来压实沥青混凝土，但过大的激振力会导致铺装层开裂而破坏防水黏结层，甚至危害桥梁结构安全，另外石料被大量破碎可导致铺装层密实度降低。振荡压路机利用激振力偶形成连续的振荡波，产生水平剪切应变和振荡轮自身垂直静载的共同持续作用，使沥青混合料颗粒发生共振、消除空隙，实现颗粒重新排列达到重组效果，进而产生双向压实效应使混合料变得更加密实[2]。压路机的压实工艺不当会导致沥青混合料的剪切强度、拉伸强度、压实度、孔隙度等性能变差等物理参数发生变化，这也是造成桥面沥青面层破坏的一个重要原因[3]。因此，压路机是影响桥面沥青混合料铺装压实效果的关键因素，非常有必要研究其工作参数对桥面铺装压实度的影响。为提高沥青混合料的铺装质量，国内外学者桥面沥青面层碾压工艺开展了大量研究。兰海等[4]通过试验对比研究了振动压实和振荡压实对钢桥面高黏高弹沥青SMA混合料铺装的压实效果，研究结果表明振荡压实效果优于振动压实。杨朝明等[5]分析研究了振荡压实设备的选择以及准备工作内容，发现振动频率是沥青路面振荡压实施工的控制关键。刘海涛[6]研究桥面沥青铺装施工技术，发现水平振荡压实可避免石料振碎、铺层振松等病害，可提高铺装层的平整度和密实度，进而提高其抗水侵害能力。李娇等[7]利用振荡压路机解决了钢桥面铺装这一世界级难题，在沪通长江大桥上实现了高效、高平整度的沥青桥面铺装。上述研究探讨了压路机设备类型和施工工艺等参数对沥青面层施工质量的影响，而有关压路机碾压遍数及频率对桥面沥青混凝土铺装压实度的影响研究甚少。为此，本文通过现场压实试验对比分析振荡和振动压路机工作对桥面沥青混凝土铺装的压实效果，研究压力机的最佳碾压遍数和频率，可为今后桥面沥青混凝土面层施工中压路机工作参数的选择和优化提供参考和经验。

1 试验方案

1.1 压路机工作参数

为对比振动和振荡压路机施工的桥面沥青混凝土铺装压实效果，采用宝马格BW203AD-4AM双钢轮振动压路机和宝马格BW 203 ADO-4振荡压路机进行压实试验，工作参数如表1所列。

表1 压路机部分工作参数

1.2 试验内容

①为验证桥面沥青混凝土铺装层振荡压实的优越性及最佳碾压遍数，选用同一吨级的振动、振荡压路机以表1中相同参数对两段跨径为16m的T型简支梁桥沥青混凝土面层进行压实试验，以各自设定的频率和振幅进行碾压，根据不同的碾压遍数，用沥青路面密度仪测定对应碾压次数后的压实度，并在最终压实的铺层上钻芯取样测定最终的压实度。

②为验证碾压频率对压实度的影响选定三段跨径为16m、24m的T形简支梁桥和50m跨径的连续钢构桥的实验段进行沥青混凝土铺装层压实试验，压实对象为8cm厚的AC-13型沥青混合料，油石比为4.87%。根据施工现场状况压路机可调的频率范围，从24～33Hz选择4个频率点测试其相应的压实度，试验机选用同一吨级的振动、振荡压路机以表1中相同的参数对沥青混凝土面层进行压实试验，用沥青路面压实仪测定每遍碾压后的压实度。

2 试验结果及分析

2.1 碾压遍数对桥面沥青混凝土铺装压实度的影响

为研究碾压遍数对桥面沥青混凝土铺装层压实效果的影响，测量每次碾压后桥面沥青混凝土铺装层的压实度，碾压第1次至第8次后桥面铺装层的压实度列于表2。

从表2结果可看出，振荡压实的碾压效率比振动压实效率明显要高，压实度随碾压遍数的增加而不断增加，且变化速度逐渐变缓，压实度在第6次时压实度达到了98.5%，已满足设计要求，压实效果最佳，当超过6次后，压实度增长率趋势变缓，且第7、8次碾压均出现了过压的情况。这是因为碾压初期，沥青混合料的刚度较低、材料的变形能力大，随着碾压次数的增加，混合料的密实度不断增加，材料的刚度增大、变形较小，施工温度也在逐渐降低，也是导致压实度增长幅度逐渐变小的主要原因，由此可知沥青混合料能够达到的密实度，不是随着碾压次数的累积增加而无限增大。桥面沥青混凝土铺装层压实过程中，振荡压实明显优于振动压实，最佳碾压遍数为6次，压实效果满足设计要求，且未出现过压的痕迹。

表2 不同碾压遍数下桥面沥青铺装层的压实度

2.2 振动频率对桥面沥青混凝土铺装层压实度的影响

设置压路机的振动频率分别为24Hz、27Hz、30Hz和33Hz，测量3种不同跨径桥梁的桥面沥青混凝土铺装层压实度，2种压路机压实试验结果列于表3和图1。表中振动器械编号ZD1表示振动压路机，ZD2表示振荡压路机。

①从表3的试验数据可看出，在相同振动频率下第1遍至第6遍都均为30Hz时压实度达到了最大值，随着碾压次数的增加，压实度也逐渐增大，由试验可知第6次碾压为最佳压实次数，且在不同跨径桥梁沥青混凝土铺装层上的压实度均满足设计要求，从图1的数据中可看出无论是小、中和大跨度的桥梁桥面沥青混凝土铺装层压实过程中，振荡压实效果均优于振动压实。

表3 16m、24m和50m跨桥梁桥面沥青铺装在不同碾压遍数及频率时的振动、振荡压实度

②从图1中压实度与频率变化关系可以看出在24-33Hz的频率范围内压实度随着压实遍数的增加而增加，在相同碾压次数下压实度在频率达到30Hz时为峰值，从图1中可以看出频率对压实度的影响比较敏感，特别是刚开始碾压较为松散的混合料时表现得更加具体，例如在跨径为16m的桥梁上第一次振荡压路机碾压频率在24Hz时压实度为90.7%，当频率提高到30Hz时压实度达到92.3%，提高了1.6%，相同条件下振动压路机提高了0.7%，就频率对压实效果而言振荡比振动敏感得多，这表明在桥梁沥青混凝土铺装层压实中选择最佳频率至关重要，根据实验数据可知，最佳压实频率为30Hz。

③由图1中（a）、（b）、（c）对比可知，小、中跨径桥梁的压实度规律与大跨径基本一致，随着碾压次数的增加，压实效果不断提高，在第6次压实时频率为30Hz压实度均达到了97%以上满足设计要求，但相同条件下大跨径的压实度比中、小跨径小，这是因为随着桥梁跨径的增大，由于桥梁本身的结构特性，受弯矩和挠度影响从而使得压实度降低。