（机械设计及理论专业论文）鲁霍一级公路路面基层施工质量控制方法研究.pdf

摘要 本文结合国道3 0 4 线鲁霍一级公路实地情况，结合室内外试验，对该路段路面基层 的机械化施工质量控制进行了研究，通过土木工程和机械工程交叉学科的研究，提出了 路面基层施工质量的控制方法，可以为公路施工作业提供有价值的参考。 论文首先对国道3 0 4 线鲁霍一级公路施工路段的现状与环境进行了分析，调查了鲁 霍段原有的交通量和路面状况，分析了鲁霍路段的气候状况，为确定路面基层机械化施 工工艺和有针对性地采用施工质量控制措施提供了依据。 在分析比较各种路面基层材料的特点和特性的基础上，论文对鲁霍路段水泥稳定土 路面基层的配合比进行了研究，采用道路材料振动成型压实机来模拟振动压路机的压实 作用，并确定了混合料的最大干密度和最佳含水量。论文分析了振动成型方法的工作原 理和特点，结合对混合料原材料性质进行的分析和试验，提出了合理的混合料的配合比， 为提高路面基层的施工质量打下了基础。 通过分析比较了不同的路面基层施工工艺的特点，根据路面基层机械化的施工要 求，论文对鲁霍路段水泥稳定土基层的施工机械的选型与合理匹配进行了研究，从机械 运用的角度，提出了施工质量的控制措施，并结合当地的地域特点，对沙漠地区工程机 械的使用方法进行了有益的探讨。 论文重点对鲁霍路段水泥稳定碎石机械化施工质量控制技术进行了研究。结合整个 施工工艺流程，分别对原材料的质量、路床的检测与修整、混合料的拌合与运输、混合 料的摊铺与压实等方面，提出了具体的质量控制措施。并对水泥稳定碎石基层摊铺后横、 纵向接缝的处理措施及水稳层的养生的质量控制提出了合理化建议。论文最后对试验段 铺筑的质量控制进行了分析，并针对不足之处给出了改进的对策。 关键词：施工质量控制，振动成型，机械选配，施工工艺 a b s t r a c t t h i sp a p e rc o m b i n e st h er o a ds i t u a t i o no fn a t i o n a lr o a d3 0 4l u h u og r a d eir o a d ， c o m b i n i n gi n d o o ra n do u t d o o re x p e r i m e n t s ，h a v i n gar e s e a r c ho nt h er o a dc o n s t r u c t i o nq u a l i t y c o n t r 0 1 t h r o u g h t h e i n t e r d i s c i p l i n a r y r e s e a r c ho nc i v i l e n g i n e e r i n g a n dm e c h a n i c a l e n g i n e e r i n g ，t h i sp a p e rm a k e st h er o a db a s ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lm e t h o d st oe n h a n c e c o n s t r u c t i o nq u a l i t y f i r s tt h ep r e s e n ts i t u a t i o na n de n v i r o n m e n to fl u h u og r a d eir o a da r ei n v e s t i g a t e d t h e n t h et r a f f i ca n dr o a dc o n d i t i o n sa r ei n v e s t i g a t e d a na n a l y s i so ft h ec l i m a t i cc o n d i t i o n so f l u h u og r a d eir o a di sm a d ea f t e rt h a t ，i no r d e rt od e t e r m i n et h em e c h a n i c a lc o n s t r u c t i o no f p a v e m e n tb a s ea n dp r o v i d eab a s i so fc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e s i nt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fv a r i o u ss u r f a c ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ep a v e m e n tb a s e ，t h e p a p e rh a sar e s e a r c ho nt h em i xp r o p o r t i o no ft h ep a v e m e n tb a s e t h ep a p e ru s e sv i b r a t i o n m o l d i n gm a c h i n et os i m u l a t et h ec o m p a c t i o no fv i b r a t i o nr o l l e r , a n dt oi d e n t i f ya m i x t u r eo f m a x i m u md r yd e n s i t ya n do p t i m u mw a t e r c o n t e n t p a p e ra n a l y z e dt h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n d c h a r a c t e r i s t i c so fv i b r a t i o nm o l d i n gm e t h o d s t h ei 3 a p e rc o m b i n e sw i t ht h ea n a l y s i sa n d t e s t i n go ft h em a t e r i a lp r o p e r t i e s ，p u tf o r w a r dar e a s o n a b l em i xp r o p o r t i o n ，i no r d e rt o i m p r o v e t h eq u a l i t yo f r o a dp a v e m e n tb a s ec o n s t r u c t i o n i nt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fd i f f e r e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e so ft h ep a v e m e n tb a s e ， a c c o r d i n gt om e c h a n i z a t i o nc o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t so ft h ep a v e m e n tb a s e ，t h ep a p e rh a sa r e s e a r c ho nt h es e l e c t i o na n dm a t c h i n go fp a v e m e n tb a s ec o n s t r u c t i o n f r o mt h ep e r s p e c t i v e o ft h eu s eo fm a c h i n e r y , t h ep a p e rp u tf o r w a r dt h ei n t r o d u c t i o no ft h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y c o n t r 0 1 c o m b i n i n gw i t l lt h eg e o g r a p h i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e s e r ta r e a t h ep a p e rh a sa b e n e f i c i a ld i s c u s s i o no nt h em e c h a n i c a lu s i n g t h ep a p e rh a sak e yr e s e a r c ho nt h em e c h a n i c a lc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lo ft h e p a v e m e n tb a s eo fl u h u og r a d eir o a d c o m b i n i n gw i t ht h eh o l ec o n s t r u c t i o np r o c e s so f c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s ，t h ep a p e rp u tt o r w a r d sc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e so f m a t e r i a l sq u a l i t y , t h ed e t e c t i o no ft h er o a db e da n dd r e s s i n g ，m i x i n ga n dt r a n s p o r t i n go ft h e m i x t u r e ，p a v i n ga n dc o m p a c t i o no ft h em i x t u r e t h ep a p e ra l s op u t sf o r w a r dar e a s o n a b l e s u g g e s t i o na tt h ec r o s sa n dv e r t i c a lc r a c k sa f t e rp a v i n g a tl a s tt h ep a p e ra n a l y z e st h e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y c o n t r o lo ft h et e s ts e c t i o n s p a v i n g ，a n dg i v e s ai m p r i v e d c o u n t e r m e a s u r e sf o rt h ed e f e c t s k e yw o r d s ：c o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o l ，v i b r a t i o nm o l d i n g ，m e c h a n i c a lm a t c h i n g ， c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：象超如夕年f 月、2 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：象超 导师签名：_ 黝 h 乡年士月2 参日 刃叩年夕月二乙e t 长安大学硕十学位论文 1 1 论文提出的背景 第一章绪论 随着我国公路交通事业的蓬勃发展，公路建设日新月异，特别是改革开放以来，市 场经济的不断深化、国民经济的飞速发展，国家对基础设施投入的力度增大，使得我国 交通事业又迈上了一个新台阶。随之而来的是交通量增大，车辆荷载的重型化，车载重 量的加大及汽车速度的提高，使交通运输呈现出“大流量、重载和渠化交通”的特点。 从而带来的负面效应是：载货汽车的超载日益严重，引起实际累计标准轴载的巨增，直 接导致路面出现严重的损坏。在我国道路里程不断增加的同时，路面的早期破坏现象也 越来越突出，许多地区出现了“当年修，当年坏”的现象，对此造成影响的一个重要因 素就是路面基层结构的设计和施工质量的控制。 中国幅员辽阔，各种自然条件差异悬殊，技术水平、材料来源和经济条件等不尽相 同，水文情况、地质资料、材料参数、土基模量各异，规范无法针对这些具体情况进行 论证，因而仅根据规范规定的原则和方法进行设计参数的取值，难以充分反映各地区的 具体情况。在某些情况下设计结果与实际情况难免会有些脱节，如不进行大量的调查实 测、针对具体情况进行具体分析，势必使得设计的路面基层不尽合理，使路面基层出现 问题，导致路面过早地损坏，这种现象在国内屡见不鲜。 本论文针对国道3 0 4 线鲁霍一级公路实地情况，结合室内外试验，对该路段路面基 层的机械化施工质量控制进行研究，试图通过土木工程和机械工程交叉学科的研究，提 出路面基层施工质量的控制方法，达到提高施工质量的目的。 1 2 国内外研究状况 1 2 1 国外研究状况 公路路面基层施工的质量控制在国外普遍被广泛重视。美国从9 0 年代中期就开始 收集和调查一系列工程，并着手整理有关施工质量控制的规范。然后紧跟着就细化和分 类整理当时调查的内容，形成了较为系统的质量控制和质量保证体系。美国大多数的州 在施工前期要求施工单位指定混合料设计和提供质量控制计划，包括一系列的例如路面 设计与施工、安全生产、精细化管理等方面的培训，并组织相应的培训考试。各州通过 为业主和施工单位提供条例来强调试验和生产过程的重要性。质量控制计划是作为质量 1 第一章绪论 控制质量保证体系中一种评判成分在工程中使用。 a a s h t o 的q a 执行手册讨论了试验的标准。规定控制施工质量的试验频率进度可 能来自试件、数量或者它们之间的联系，其设计规范r 9 9 0 已经定义了承认施工质量的 可知变化和不可知变化的方法。a a s h t o 已经推荐在q a 出版物中使用q l a 规范。类 似q l a 的规范被认为是检测施工质量最为严密的手段，对业主和施工单位更为有效， 因为它在验收过程中提供了量化的表示【l 】。 1 2 2 国内研究状况 我国历来比较重视理论分析，其设计和质量控制方法大多是建立在理论分析的基础 上的。但在施工过程控制指标体系方面，国内的研究很少，基本没有可以借鉴的资料。 在我国高等级公路的修建中真正把施工质量控制列为重点的工程项目还不是很多， 其中广东开阳公司联合华南理工大学，结合开阳高速公路沥青路面建设实践，开展的高 速公路沥青路面施工控制系统研究，是国内比较成功的例子。最终该课题的研究产生了 高速公路沥青路面施工系统研究报告和沥青路面施工计算机管理系统两大成果。 通过总结开阳高速公路沥青路面施工质量控制的实践，初步建立了科学规范的高速公路 沥青路面施工质量控制系统及相应的工程质量过程控制方法。 江苏省在高性能路面基层施工技术的研究也做了大量的工作，提出了高性能混合料 的拌合、运输、摊铺及碾压施工各技术环节的施工控制要点和质量检测标准、施工质控 制和质量保证体系【2 1 。 河南省也根据工程实际进行了施工过程控制技术的研究，侧重点在工程质量过程控 制指标、方法与标准研究，研究确定沥青混合料和路面施工过程温度测试方法等等f 3 】。 1 3 本文研究的目的和主要内容 1 研究目的和意义 文论文依托国道3 0 4 线鲁霍一级公路，对该路段路面基层的施工质量控制进行研究， 试图通过土木工程和机械工程交叉学科的研究，以解决提高路面基层施工质量的问题， 为路面基层施工质量的控制提供参考根据。 在水泥稳定土路面基层的施工中，主要使用的机械有装载机、稳定土拌合设备、自 卸卡车、摊铺机和压路机等。它们是完成工程所必不可少的，是确保工程质量和安全生 产、加快工程进度、改善劳动条件、降低工程成本的重要技术装备。公路路面基层施工 2 长安大学硕士学位论文 机械的选用受作业内容、土质条件、运输距离、气候环境等各个方面的影响和制约，施工 机械设备的选型与配置与运用技术是否合理，对于能否提高设备利用率、完成施工任务、 提高经济效益起着至关重要的作用【4 l 。 随着近年来交通业的迅速发展，带动了旅游行业的飞速发展，加速了内蒙古政府旅游 建市，旅游兴市的发展进程，但与此同时，旅游人口数也逐年增加，交通量也逐年增长。内蒙 古现有公路即将不能适应交通发展需求，因此，必须以新规范的设计理论为基础，结合内 蒙古的实际状况，建设适合内蒙古发展的公路。 2 研究的主要内容 本论文主要的研究内容有一下几方面： ( 1 ) 对鲁霍一级公路实地施工路段现状进行调查。对路段所在地的气候状况、交通量 和路面状况、公路沙埋状况进行实地考察。 ( 2 ) 进行水泥稳定土路面基层材料配合比研究。分析振动成型压实机的结构和工作原 理，通过对碎石材料、水泥掺量与强度、路面基层混合料最大干密度与最佳含水量等方 面的试验来进行对水泥稳定土路面基层材料配合比的研究。 ( 3 ) 进行路面基层施工机械的合理匹配与运用技术研究。分析比较不同的路面基层施 工工艺的特点，根据路面基层机械化的施工要求，对鲁霍路段水泥稳定土基层的施工机 械的选型与合理匹配进行研究，从机械运用的角度，提出施工质量的控制措施，并结合 当地的地域特点，对沙漠地区工程机械的使用方法进行探讨。 ( 4 ) 进行水泥稳定碎石机械化施工质量控制技术研究。分析水泥稳定碎石机械化施工 中的关键问题，提出相应的路面基层施工质量控制措施；结合整个施工工艺流程，分别 对原材料的质量、路床的检测与修整、混合料的拌合与运输、混合料的摊铺与压实等方 面，提出具体的质量控制措施；对水泥稳定碎石基层摊铺后横、纵向接缝的处理措施及 水稳层的养生的质量控制提出合理化建议；并对试验段铺筑的质量控制进行分析，针对 不足之处给出改进的对策。 第二章鲁霍一级公路实地施工路段现状 第二章鲁霍一级公路实地施工路段现状 国道3 0 4 线起点为辽宁丹东，终点为内蒙古霍林郭勒，全程8 8 9 千米，是内 蒙古自治区规划的“三横九纵十二出口”公路主骨架中的重要组成部分，途经辽 宁和内蒙古两省。国道3 0 4 线鲁霍段原有公路已不适合内蒙古发展的要求，按自 治区的规划，鲁霍段在2 0 0 7 年改建成一级公路。本论文主要依托鲁( 鲁北) 一一霍( 霍 林郭勒) 段路面第二标段的路面基层机械化施工项目。 2 1 鲁霍路段气候状况 鲁霍路段为典型的温带大陆性季风气候，无霜期1 0 0 - 1 5 0 天左右，气象资料 见表2 1 。 表2 1鲁霍路段气候资料 地点 项目 霍林郭勒扎鲁特旗 年平均气温( ) 1 24 历年最低气温( ) 3 63 6 2 1 月份平均最低气温( ) 1 6 21 6 3 7 月份平均最低气温( ) 2 2 62 2 6 年平均降雨量( m m ) 4 1 2 84 0 9 9 平均风速( m s ) 4 93 9 由上表资料可以看出，该路段年平均气温较低，1 月份平均气温低于i o * c ，历年最 低气温接近沥青路面性能寒区与严寒区的分界值( 3 7 。c ) 。冬季漫长，伴有寒潮和暴风雪 天气，在强冷空气迅速而下形成寒流和寒潮时，路面基层收缩造成面层开裂。 该路段年降雨量较少，在4 0 0 m m 左右，属于半干旱地区，但雨量集中在7 - - 8 月份， 且春融季节由于雪水下渗，也有造成路面基层水损害的可能。 2 2 鲁霍段现有交通量和现有路面状况调查 交通量又称交通流量。在单位时间内通过道路某一点或某一横断面的车辆或行人数 量。交通量可分为车流量和人流量，一天2 4 小时中每一小时车辆或行人的数量是不同 4 长安大学硕上学位论文 的，交通量最大的那个小时，称为高峰小时。交通量是交通工程中的一个基本点，不仅 对路面强度有要求，对路面基层的承载能力也是个考验。为此，我们对鲁霍段的交通量 进行了调查，见表2 2 ，表中单位均为辆天。 表2 2 鲁霍路段交通量调查数据 观测站 小货中货 大货拖挂大中拖小拖小客大客 鲁北 1 1 21 1 01 61 24 34 71 4 01 7 霍林郭勒 6 38 81 71 74 64 51 5 21 8 从表2 2 的数据可以看出，鲁霍段的交通量是较小的，但考虑到今后的经济发展， 交通量将有较大的增长。 项目组经过考察发现，已有的沥青路面基层大多采用6 水泥稳定碎石，水泥 用量大会导致基层的温缩系数较大，从而产生基层反射裂缝。在实地的调查中， 确实发现了不少裂缝。 2 3 公路沙埋状况 我国是一个多沙漠的国家，沙漠及沙漠化土地面积达1 6 8 9 万平方公里，占全国大 陆土地面积的1 7 6 。沙漠地区的对外联系及运输以公路为主，但由于沙漠地区生态环 境恶劣，公路病害相当严重。沙埋虽然不如风蚀那么普遍，但危害严重，是影响公路正 常运营的主要沙害形式。 2 3 1 公路沙埋类型 ( 1 ) 片状沙埋。片状沙埋是沙漠公路最为普遍的一种沙埋类型，主要发生在风沙流活 动的地区。片状沙埋的特征是积沙范围大，形成也较迅速，沙埋路面可从数十米至数百 米，甚至可达数公里。沙子堆积过程一般先发生于路堤的两侧路肩和背风侧路面基层边 坡，然后逐渐向路中心扩展，最后整个路面被沙埋。片状积沙初期，厚度较薄，一般为 l o - 3 0 c m ，对行车影响也较小，通过养护尚能维持通车。但因面积广，需耗费大量人力、 物力清除积沙。如果沙源丰富，不及时清除，积沙日益增厚，则会阻断交通。 ( 2 ) 舌状砂埋。舌状沙埋的形态呈前低后高、前窄后宽的形状似舌头的沙体伸向公路。 它主要发生在迎风侧路肩处有灌丛、弃土等障碍物存在的地段。舌状沙埋积沙范围较小， 一般为数米至十多米，但厚度较大，形成迅速，一场大风即可使交通中断。 ( 3 ) 堆状砂埋。堆状沙埋是对公路危害最为严重的一种沙埋类型。主要发生在流动、 第二章鲁霍一级公路实地施工路段现状 半流动沙丘地区，沙丘前移上路，造成大量沙子堆积，形成堆状沙埋。堆状沙埋的发展 需要一定时间，能够预测，可以预防，但一经形成，因积沙量大，清除积沙工作艰巨。 会阻断交通，甚至被迫弃路，改由他处绕行，因而危害严重【5 。 2 3 2 公路沙埋主要原因 1 风沙流受阻引起砂埋 ( 1 ) 边风障引起沙埋。路肩边缘或路基边坡上，若生长有植物、堆积公路养护料或有 其他障碍物，会对风沙流起到阻碍作用，形成风障，使风速降低，常常在灌丛或其他障 碍物背后形成舌状积沙而延伸至路面。或在路基边坡上造成沙埋，公路沙埋后，由于不 便清除或经济上不合算，就近将流沙推到上风侧很近的地方，下一次刮风后会重新形成 沙埋；取土坑若在路面基层上风侧很近的地方，取土后没有及时清除障碍物，风沙流受 阻后会使其周围及路基路面产生沙埋。 ( 2 ) 由于地形造成沙埋。路基过低，在路基上风侧有沙源和障碍物的情况下，会形成 大面积的片状沙埋。这种沙埋很不容易清除，使公路养护困难，一些路段不得不提高路 基或改线；距路基上风侧不远处的灌丛沙堆会使路面上形成片状或舌状沙埋；这种形式 的积沙长度一般在l o - - 3 0 m 之间，积沙厚度在1 0 - - - 3 5 c m 之间，如不及时清除，进一步 堆积，会阻断交通。 ( 3 ) 流沉积引起沙埋。风沙流沉积引起的沙埋主要发生在路堤两侧的坡脚、背风侧整 个边坡和迎风侧边坡下部，是沙区路堤普遍存在的一种沙埋现象。风沙流通过路基时， 路堤迎风坡脚气流受阻产生阻滞积沙；背风侧由于气流下沉、湍流和回流等作用，产生 旋涡、风速减小，而发生停滞积沙，并且路基越高沉积越厚。 2 沙丘前移埋压公路 沙丘前移埋压公路主要发生在沙丘距公路较近的地段( 一般小于1 5 m ) 。沙丘前移 是由于迎风坡的沙粒，在风力作用下被风吹起和搬运，而在背风坡因风速降低，风沙流 挟沙能力下降，引起沙粒堆积，这种过程不断重复，造成沙丘整体移动。沙丘的移动速 度和沙丘对公路的危害形式和程度，与沙丘的类型、高度、当地的风速、自然植被、沙 粒粒径等因素有关。 观测资料表明，流动沙垄移动速度快，对行车和交通安全危害严重，公路使用初期 即造成沙害。新月形沙丘链移动速度相对较慢，在公路使用初期沙丘的危害较小，但沙 丘一旦上路，因其积沙量大，极易阻车，中断交通；沙丘的移动速度，与沙丘的高度成 6 长安人学硕士学位论文 反比，与风速的三次方成正比；风向的变化对沙丘的移动速度也有一定影响，单一风向 作用下沙丘的移动速度要比多风向作用下快【6 1 。 2 3 3 影响公路沙埋的主要因素 根据项目组的沙埋调查结果，沙埋主要有两种形式：其一为风沙流受阻散落路面而 造成的沙埋：其二为沙丘的整体移动。前者多出现在半固定、流动沙丘区，而后者往往 出现在流动沙丘区，影响路面沙埋的因素颇多，主要概述如下： 1 风速 风是沙起动的直接因素，风带动沙形成风沙流。从流体力学的角度来看，风沙流是 一种气流及其搬运的固体颗粒( 沙粒) 的混合流。它的形成依赖于空气与沙质地表两种 不同密度的物理介质的相互作用。风吹过疏松的沙质地表时，由于风力作用使沙粒脱离 地表进入气流中而被搬运，导致沙地风蚀的发展产生风沙运动，出现风沙流。由此可见， 风速对于公路病害的影响非常之大。在风沙流中，沙粒的运动形式与风力的强度、沙的 粒径、质量以及地表特征等多种因素有关，一般有蠕移、跃移、悬移三种方式，沙粒通 过这三种运动形式由源地运移到别处的作用，称为风沙搬动作用。 沙子的粒径大于o 5 m m 时，一般为蠕移；在0 1 o 2 5 m m 之间，一般为跃移；小 于0 1 m m 时，一般为悬移。资料表明，跃移是主要形式，平均输沙量占总输沙量的7 5 ； 蠕移次之，一般占2 0 左右；悬移甚少。跃移一般是在离地面1 0 - - 2 0 c m 的高度内活动， 以1 0 c m 的高度内活动，以1 0 c m 居多，蠕移的活动高度一般为o - - - - 5 c m 之内，悬移的活 动高度一般在2 0 c m 以上。在风沙中，沙粒的起动风速，又叫沙粒运动的临界风速，也 称起沙风速。它与沙粒大小，地表特征等多种因素有关。沙粒粒径粗或沙粒越重，则越 不易被刮起，此时的起沙风速也越大，相反，沙粒越细，起沙风速就越小。地表越粗糙， 原始同风速在地表上受阻，风速减小，不易吹起沙粒，相应地要使沙粒吹起的起沙风速 就要大，反之就小7 1 。沙粒含水量大，由于沙粒表面的水膜粘结作用，沙粒与沙粒之间 具有一定的粘结力，因而，一般风速难以吹起，干旱的沙粒易被吹起，起沙风速相对要 小，起沙风速是风沙流运动的表征，是特征同速，对研究风沙运动规律与治沙均有着重 要意义。 2 路线走向与风向的夹角 实地调查中，项目组发现由于风沙流受阻散落路面而造成的沙埋现象，容易在路线 走向变化时发生。见图2 1 。 7 第= 鲁一女。蹄宴地m t 路段r 状 圈2 1 路线变向处积沙 另外，菜路段阿侧沙障防护，左侧远处高火沙丘，距路基约5 0 m 处地势较为甲缓， 与路基儿乎持甲，右侧远处高大沙丘。该路段一处路面出现长度约为3 0 m ，厚度为1 9 c m ， 宽约25 m 的片状积沙：在另一段右侧路肩及路面边缘更是出现了厚3 0 c m ，宽15 m ，长 度达2 0 0 m 之多的i 圭距离积沙( 见图22 ) 。 图2 2 路面长距离积沙 防护是沙漠地区公路的一个重要环节，虽然费用较高，但从k 远的发展来看应采用 这种防护，因为它对于改善沙区生态相当重要，能形成良性循环。另外，路基两侧的防 护、固沙、阻沙、导沙、输沙等设施的设置，也至关重要，它与路基主体防护一起为减 小公路的风蚀和沙埋提供了重要保证。 长安人学硕士学位论文 2 4 本章小结 本章主要通过实地调研考察了国道3 0 4 线鲁霍一级公路所在地的气候状况、交通量 与现有路面状况和公路沙埋状况。鲁霍路段气候恶劣，给施工质量控制带来了诸多困难， 例如该路段有大量时间处于风季，导致空气中有害物质增加，加速机械设备的零件磨损； 沙石飞扬，吹打机械表部使油漆脱落，造成机械防锈蚀能力减弱。正是由于有诸多的不 利因素，更应该提高施工质量。因此，在施工前的这些诃查，有利于因地制宜，根据具 体情况采用不同的施工质量控制措施，对确定施工方法和提高施工质量起着重要的指导 性作用。 9 第三章水泥稳定土路面幕层材料配合比研究 第三章水泥稳定土路面基层材料配合比研究 随着交通运输事业的发展，交通量的日益增大和重载交通的日益增多，在公路建筑 过程中质量控制变得越来越重要。任何道路建筑材料都要通过室内试验确定其物理力学 性能，并要求其符合现在的规范要求。 为了对施工质量和压实效果有定量化的评价指标，在室内主要通过重型和轻型击实 试验模拟压路机的压实状况，并以该办法提供轻型和重型击实标准作为质量控制和施工 指导的指标。轻型击实标准主要是用于压实功相当于6 0 k n 8 0 k n 的压路机的压实效果； 我国在1 9 8 2 年开始确定在高等级公路中使用重型压实标准，主要用于相当于 1 2 0 灿1 5 0 k n 的压路机的碾压效果，这两种办法都是适应于当时的压路机发展状况而 产生的，都是对当时广泛应用的静力压实机械的模拟。由于振动压实的压实机理和静力 压实的机理不同，这两种方法已不适合对使用振动压路机压实的工程的质量进行控制。 3 1 道路材料振动成型压实机的结构与工作原理 3 1 1 振动成型压实机的工作原理 材料在振动压路机的振动与冲击作用下，材料处于振动状态，水分的离析作用使材 料颗粒的外层包围一层水膜，形成了颗粒运动的润滑剂，减小了材料间的摩擦力和粘结 力，颗粒更容易移动到密实状态，由于颗粒间的相对位置在振动压时发生了变化，出现 了相互填充现象，这时候，材料内骨架颗粒之间相互嵌挤所产生的内摩擦阻力和结合料 与骨料的粘结力都很大，形成了骨架密实型结构，这种结构具有较高的承载能力和稳定 性。 为模拟振动压实对材料的作用，采用自上而下振动的振动成型压实机【8 1 。使用该成 型机进行振动压实试验，确定材料的最佳含水量、最大干密度及振动成型试件测定无侧 限抗压强度。 振动成型压实机( 见图3 1 ) 由两个在垂直平面上对称布置的振动器施加振动力。振动 器用两个自位轴承把偏心块支撑在振动轴的轴承上，通过偏心快的高速旋转对被压材料 施加呈正弦规律变化的激振力。为了使激振力有级可调，把激振器的偏心块设计成由固 定偏心块和活动偏心块组成，通过花键齿调节活动偏心块和固定偏心块的相对夹角实现 激振力的可调。花键齿可实现激振力在同一频率下的四级可调。两个振动器的偏心块转 速相等但方向相反，当振动轴带动偏心块高速旋转时，两个偏心块产生的离心力的水平 1 0 长安大 碰学位论文 分量相互抵消，垂直分量相互叠加，从而形成垂直方向的正弦激振力。使振动系统在理 论上产生垂直振动，减少横向力的剪切作用，保证压实设备的稳定性。 振动成型压实机基本按照振动压路机的结构模型设计，其压实系统在结构上分为上 下两部分下车系统提供激振力和部分静面压力，上车系统提供另外部分静面压力， 振动成型压实机的上f 车重量按照“下车整车= 06 ”设计。用减振器把上下车系统联结 起来，减震器采用振动压实平板夯所用的减震器使上下车系统模拟振动压路机的机架 对振动轮的束缚作用，同时通过上车的束缚作用使f 车有规律地扳动。由于振幅的影响 因素主要是下车系统，而压实的净重足通过上下车的共同重量实现，这种没计还可以减 小静面压力和振幅的相关性，实现静面压力和振幅的单因素可调。通过添加配重块的方 法实现上r 车重量的调整。 该压实机采用变频器实现振动频率的无绂可调，根据市场上振动压路机常用的频率 和材料阿有的频率范围，选择频率范围0 - 5 0 h z ，同时为减少振动对电机和变频系统的破 坏作j 玎及摔制压实系统的重量，使系统能够模拟较小静面压力霞的振动压实状况，在设 计叫将电机和变频系统移出，采用软轴和万向节传动。使用于动葫芦调节上i i 实系统行程 。 由于商频振动对设备损伤较大，为保证结构稳定性，设计的较小的1 3 k p a 的静而压 力不容易实现。为此设备配有两套加载系统，一套按照振动压路机的数学模型设计，具 有两个振动器可以实现较大的静面压力和激振力。另一套只配有一个馓振器，没有上车 系统约束，町以实现较小的静面压力和激振力。根据试验目的，该设备配备了用于压密 和成型的两套压头，以及用于卜下车系统和荦系统的各自的压头。 图置1 振动成塑压实机 第三章水泥稳定土路面基层材料配合比研究 3 1 2 振动成型压实机械的数学模型 振动压实机械作为室内试验设备，不可能在机械组成上完全模拟振动压路机，但必 须使其压实效果能与现场压路机的现场压实效果等效。为了使振动成型压实机能模拟施 工现场振动压实效果，振动成型压实机的“振动成型压实机被压材料 的动态响应 必须和“振动压路机被压材料 的动态响应模型基本相同。 压实过程是压路机和被压材料发生复杂的相互动态作用的过程，因而对压路机的特 性研究不能脱离被压实材料，应将振动压路机和被压材料作为一个闭环系统来考虑。对 振动压路机的具体数学模型，1 9 7 7 年，美国学者e t s e l l i n g 和t s y o o 进行了较系统的 研究1 0 】，在完全弹性理论的基础上建立了“振动压路机被压材料”系统两个自由度 的动力学模型( 见图3 2 ) 。他们对振动压路机的压实机理及影响因素做了较为详细的分 析，模型运动方程如下式( 3 1 ，3 2 ) ： 聊：争地坞) 鲁地圳吃一喑嘲= 删删 ( 3 1 ) 鲁+ 磅蝴一磅电= 。 ( 3 2 ) 式( 图) 中： 碍振动框架( 上车) 质量； m ：振动压头( 下车) 质量； 忌减震器刚度； 舷被压实材料刚度； q 减震器阻尼； g 被压实材料阻尼； 磊偏心轴旋转产生的离心力； 1 2 长安大学硕上学位论文 图3 2 振动压实机动力学模型 3 1 3 振动成型压实机的效果 振动成型压实机使得室内试验研究能够模拟现场的压实情况，在室内提供符合施工 现场状况的压实方法和成型方式。与轻型压实机和重型压实机相比，振动成型压实机所 带来的主要效果如下： ( 1 ) 使用该设备进行试验，可研究确定静压力、频率、振幅对压实效果的影响，确定 道路建筑材料达到最佳压实水平的静压立、振幅和频率。 ( 2 ) 使用该设备成型试件并与静压力成型试件的材料的力学性能参数比较，得出振动 压实和静力压实两种成型条件下性能参数的对应换算关系，并找出最合理的成型试件的 方法。 ( 3 ) 指导现场施工，根据室内研究的静压力、频率、振幅对压实效果的影响，寻找针 对不同被压材料达到最佳压实效果的最合适的压路机参数；或者根据现场压路机情况调 节室内振动压实的机械的参数做出最大干密度最佳含水量曲线，找到对应于相应压实 机械得最佳含水量和最大干密度。 ( 4 ) 在室内调节各压实参数的变化过程，寻找压实过程中最适合的压实工序组合，指 导现场施工。 ( 5 ) 通过大量试验得出一种能反应现有大多数压实机械的压实功的压实参数。以该压 实方法作为新的标准干密度的测定方法，以该压实功作为新标准的压实功，完全取代重 型击实试验方法，并以此法成型试件作为室内试验的试件成型方法。 第三章水泥稳定土路面接层材料配合比研究 ( 6 ) 用于研究路面材料在现有压实条件下的物理力学性能的性能参数的状况，提出改 善其物理性能的方法。 ( 7 ) 用于控制道路施工质量、评定工程标准、工程验收以及质量事故的检查与评定。 ( 8 ) 该仪器是对现有振动压路机工矿的模拟，因此压路机的生产厂家可用其测试影响 压实效果的压路机的机械参数，从而找到对应于不同被压材料的压路机的最佳机械参 数，提高压实效果。 3 2 路面基层材料的分类及选择 3 2 1 粒料类路面基层材料 粒料基层根据不同材料和组成，主要有手摆片石、天然砂砾、未筛分碎石、 填隙碎石、级配碎( 砾) 石、泥灰结碎石等，粒料类基层具有较高的强度、水稳 性和抗冻性，造价相对低廉、且施工较方便等特点。 手摆