王生楠，边庆华，张夫刚，王 睿

（1．甘肃路桥建设集团有限公司 公路建设与养护技术材料及装备交通运输行业研发中心，甘肃 兰州 730030；2．长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 710064）

0 引 言

SMA沥青混合料是沥青、纤维与矿粉形成玛蹄脂填充于粗细集料骨架间隙构成的间断级配骨架密实结构，具有较好的高低温性能、耐久性能和抗滑性能［1－3］。由于沥青路面的性能与碾压情况有密切关系，因此为实现SMA的优越性能，需对其压实技术进行研究。沥青路面施工由拌合机、摊铺机、压路机等一系列机械设备共同完成，其中碾压作业是最后一道工序，也是保证施工质量的重要一环［4－5］。当采用了优质的材料、精良的搅拌设备和摊铺设备，而在碾压中出现问题，将前功尽弃。若压实不足，空隙率过大，会增加路面的渗透性，产生水损坏，降低路面疲劳寿命；过压则会使路面空隙过小或矿料破碎，导致路面出现泛油或失稳，影响路面强度和稳定性［6－9］。为了保证压实质量，提高设备的施工效率，有必要开展沥青路面碾压工艺和机组合理配置技术的研究［10］。在这个领域一些学者已进行了相关研究，如赵丽等［11］对碾压施工技术进行了探讨，提出了采用紧跟碾压工艺解决沥青混合料施工过程中的温度损失过大的问题；李战慧等［12］基于排队论的基本原理，对沥青混凝土路面机群的优化配置进行研究；郭伟等［13］基于GIS技术，设计出机群优化配置系统。

本文在已有研究的基础上，针对SMA混合料的碾压环节提出模糊碾压工艺，通过机群配置建模，确定沥青路面施工中基于模糊碾压的连续碾压过程压路机数量、压路机碾压速度、碾压段长度等工艺参数，并通过现场试验对模糊碾压与分段碾压的施工质量进行比较分析。

1 模糊碾压工艺

模糊碾压工艺指沥青路面施工过程中，压路机紧跟摊铺机进行不停歇的连续追压作业，以缓解碾压段混合料温降过大的问题，同时提高碾压效率和施工质量。压路机进行循环压实作业，完成初压、复压和终压。

由于SMA混合料是紧排骨架密实结构，初压采用双钢轮振动压路机直接振动碾压不推移，因此可以紧跟摊铺机直接进入复压工序，压至距摊铺机20～30cm处折返。终压在振动压路机完成复压后进行，以消除压实轮迹。根据现行技术规范推荐压实机工作参数，如表1所示［14］。

表1 压路机工作参数

2 施工机组配置

在SMA沥青路面施工中，为了实现模糊碾压的连续施工工艺，需要对搅拌机、摊铺机和压路机等机组配置进行研究，通过建模分析，确定碾压机械配置参数，提出合理配置碾压机械的方法与计算公式。

2．1 沥青混合料搅拌机配置

沥青混合料搅拌机的生产能力影响着后续的摊铺及碾压作业。在沥青面层施工中，搅拌机组是主导机械，决定搅拌机组产量的因素主要为工程量、工期。搅拌机的生产能力可由式（1）确定。

式中：Q1为混合料搅拌机组生产的能力（t·h－1）；W 为SMA路面工程的总工程量，即铺层压实体积与相应容重的乘积（t）；T1为有效施工工期（d）；kh为时间利用系数，一般取1．0～1．2；k1为机群联合作业系数，根据机群配合熟练程度确定；kw为集料含水量对搅拌机生产能力的影响系数；T2为每日计划施工时间（h）。系数k1、kh、kw的取值见表2～4。

表2 机群联合作业系数

表3 时间利用系数

表4 集料含水量对搅拌设备的影响系数

2．2 摊铺机作业速度

单位时间内的摊铺面积决定于摊铺机作业速度，也决定了压路机数量的多少。影响摊铺速度的主要因素分别为搅拌机产量、摊铺厚度、摊铺宽度等［15］，摊铺速度计算公式如下。

式中：vt为摊铺机组实际摊铺速度（m·min－1）；Q1（i）为第i台沥青混合料搅拌机的生产量（t·h－1）；γ为沥青混合料压实成型后的容重（t·h－3）；B为摊铺路面宽度（m）；h为摊铺层压实成型后的厚度（m）。

由式（2）可知：摊铺机作业速度与搅拌机组的生产量正相关，与摊铺路面宽度、摊铺层厚度负相关。通常单台摊铺机的摊铺宽度应小于7．5m，当B≤7．5m时，选用单机全幅摊铺作业，当7．5m≤B≤15m时，选用双机并行摊铺作业。摊铺机组实际摊铺速度应根据沥青混合料搅拌机组实际生产能力确定。参考沥青路面施工规范，摊铺机组进行SMA混合料施工时的摊铺速度应介于1～3m·min－1之间；若高出该速度范围，应设置2个工作面。

2．3 压路机碾压速度

在压路机碾压过程中，被压实颗粒由静止变为运动状态需要一个过程，以使材料颗粒处于振动状态。试验表明，当钢轮中激振器频率与被压材料固有频率相符，并且至少产生3次以上连续激振时，才能使材料颗粒处于振动状态［16］，根据压路机振动轮接地示意图（图1），计算压路机碾压速度，即

式中：v为压路机的工作速度（km·h－1）；R为振动轮半径（m）；f为振动频率（Hz）；d为被压实材料的变形量（m）。

图1 振动轮接地示意

由式（3）可知，压路机碾压速度与振动频率、振动轮半径正相关，与振动轮沉降量成反比。通常激振频率f在35～55Hz之间［17］。根据《沥青路面技术施工规范》要求，振动压路机的碾压速度为3～5 km·h－1。

图2 振动压路机起振、停振过程

2．4 碾压段长度

振动压路机在碾压作业过程中的频率状态变化如图2所示。压路机在起振与停机的过程中频率变化为非稳态，即激振力在变化，而振动压路机的平稳工作时间应占到整个压实时间的80%以上，以提高作业效率和压实质量［18］。碾压段过短，容易在碾压过程中出现压实不均；碾压段过长，容易导致混合料温度损失，不能保证路面的压实度。所以，在振动压路机碾压过程中，需要保证合理的碾压段长度，当压路机速度为3～5km·h－1时，碾压作业段长度应为30～50m［19］。

2．5 压路机数量

压实是决定路面质量的关键工序，而合理配置压路机数量是保证压实质量的基础。当采用模糊碾压工艺时，压路机只有静压和振动2种压实状态。压路机数量与摊铺宽度、摊铺速度、碾压遍数等参数有关。由相关资料可知，压路机静压时重叠宽度约为主轮的1／3～1／2，振动压实时重叠宽度约为0．2 m［20］。因此，压实机械组数量配置计算公式如下。

终压静压时压路机数量

式中：n1为静压时压路机数量；Nc为静碾压遍数；vc为压路机静压速度（km·h－1）；bc为压路机静压有效作业宽度（m）。

振动时压路机数量

式中：n2为振动碾压时压路机数量；Nf为振动碾压遍数；vf为压路机振动压实速度（km·h－1）；bf为压路机振动压实有效作业宽度（m）。

3 压实试验对比

3．1 压实试验方案

方案一：按照施工规范要求，复压采用双钢轮振动压路机，压实4～6遍，终压采用双钢轮静作用压路机，压实1～2遍。采用分段碾压工艺压实。

方案二：按照施工规范要求，复压采用双钢轮振动压路机，压实4～6遍，终压采用双钢轮静作用压路机，压实1～2遍。采用模糊碾压工艺压实。

3．2 压实试验数据对比

依托实体工程项目进行分段碾压与模糊碾压的对比试验。试验条件如下：现场环境温度为26℃，风速3级，热拌沥青混合料出厂温度为168℃，摊铺温度为159℃，摊铺速度为2m·min－1，压路机碾压速度为3km·h－1。2种碾压方式同时进行，依次测量每次碾压后的温度，记录沥青混合料的温度值。施工完成后，第二天测定平整度，并钻芯取样测定压实度。平整度测定使用激光路面平整度检测方法，压实度测定采用钻芯法。

2种碾压方案的压实遍数均为5遍，初始碾压温度为149℃，试验结果如图3和表5所示。从结果中可以得出：方案一终压完成后温度为82℃，碾压作业完成后压实度平均值为98．50%，平整度平均值为0．69mm，标准差为0．15mm；方案2终压完成后温度为113℃，碾压作业完成后压实度平均值为99．50%，平整度平均值为0．63mm，标准差为0．11mm。

图3 两种碾压方式不同阶段的铺层温度

表5 两种碾压方案的压实度及平整度比较

4 结 语

（1）根据SMA混合料的材料特性和施工质量要求，提出了模糊碾压工艺。现场试验对比表明：模糊压实能有效保证碾压温度，缩短碾压时间，提高了作业效率。碾压完成后路面的压实度和平整度均得到提高，并且降低了路面平整度的标准差，减小了施工变异性。

（2）针对SMA混合料的模糊碾压工艺机群配置难以确定的问题，分别对摊铺机作业速度、压路机碾压速度、碾压段长度、压路机数量等参数进行数学建模。通过对这些参数的量化，确定出每个参数之间的关系和影响因素，从而使每个参数的取值在合理范围，为施工机械优化配置提供理论依据。

（3）本文提出的模糊碾压工艺主要针对SMA混合料开展了研究，且在工程应用中获得了良好的压实效果。为了便于模糊碾压工艺在施工中推广应用，今后需要进一步开展其他类型热拌沥青混合料的研究工作。