振动压路机的压实施工参数对路基压实度的影响因素.doc

探讨振动压路机的压实施工参数对路基压实度的影响因素【摘要】振幅、频率及速度是振动压路机路基压实施工时的主要控制参数，因此它们三个参数选取的好坏将直接影响路基的压实质量。为了研究此三个参数在不同水平对压实度的影响，本文设计了以的振动压路机为压实设备，黄土为压实材料，压实度为指标的三因素三水平的正交试验。试验结果表明：各因素不同水平下，压实度随碾压遍数的增加而增大，但增长速率不同；振幅对压实度影响最大，其次是碾压速度，而振动频率对压实度影响较小。试验确定的最佳施工参数为振幅2.0mm，频率30hz，速度2.4km/h。【关键词】振幅频率；速度；压实度0.引言在公路机械化施工中，压实机械主要是指振动压路机。振动压路机主要用在公路、铁路、机场、港口建筑等工程中，用来压实各种土壤、碎石料、各种沥青混凝土等。而对于路基压实，国内大多采用单钢轮振动压路机。2010年，我国共销售压路机25581台，其中单钢轮振动压路机的销售总量将近压路机销售总量的70%.本文将主要以单钢轮振动压路机为主进行分析。1.振动压路机压实施工参数的正交试验方案设计1.1试验设备试验在国内某大型土槽试验场进行。振动压实设备选用自行设计的振动压路机模型，其主要参数为：频率2833hz，振幅1.82.1mm，压实时速度范围大概在2.43km/h。试验的过程中，需要对压实材料进行击实试验，以确定其最佳含水量及最大干密度；对压实后的材料应用环刀法检测压实度，因此本试验的其他设备如下表1。表1试验用其他设备1.2试验材料试验用土为黄土（见图1），土质均匀，结构较致密,存在少量虫孔及植物根茎孔洞。按照公路土工试验规程(jtg e40-2007)对试验用黄土做重型击实试验，确定其最大干密度及最佳含水量。试验取8组数据，通过excel软件中的数据分析工具，采用最小二乘法对这些数据进行处理，求得曲线拟合方程如下：d=-0.00025+0.010250.26874+3.74350328.9792+118.25196.97相关系数r=0.996，接近于1，曲线拟合较精确。经计算求得dmax=1.958，其所对应的=10.5，即最大干密度为1.958 g/cm3，最佳含水量为10.5%，绘制击实曲线见图1，本文所给出的压实度值均是按此换算的。1.3试验方案设计根据压实设备的振幅、频率及速度的范围，确定各因素及其水平如表2所示。由于本试验的影响因素包括振幅、频率及速度等3个，每个因素又包含3个水平，由于三个因素彼此相对独立，不必考虑交互作用，因此只要选择三水平正交表即可。但三水平正交表中不存在三因素三水平的正交表，即不能完成“对号入座”，所以选用l9（34）正交表。即用9组试验全面反映了各因素对试验结果的影响。2.试验结果与分析采用环刀法测量各工况压实度结果，各工况的压实度均随碾压遍数的增加而增加。且压实度的变化趋势大致相同，前几遍压实度增加幅度较大，后几遍压实度增加较慢。碾压12遍后，各工况下黄土路基的压实度均能90%。相比较而言，工况8的压实效果最好，最终压实度达到94.37%；工况3的压实效果较差，压实度仅为90.09%。根据压实度试验结果,把各因素每一水平下的3组试验结果进行平均,根据计算结果,可得在不同的振幅、频率和速度的作用下，压实度与碾压遍数的关系曲线可知：（1）在各因素不同水平下，压实度随碾压遍数的增加而增大，但增长速率（斜率）不同，由此可以说明各因素的变化对压实效果的影响不同。（2）在同一振动压实过程中,压实度增长速率不同。前8遍压实度增长较快，之后压实度增长速率降低。这说明黄土在碾压8遍左右已相对密实，颗粒之间的摩擦力增加，嵌挤作用增强，在同一压实功下碾压遍数的增加对压实度的影响较小。（3）在相同的碾压遍数下，压实度随振幅、频率的增加而增加，但振幅较频率而言，对压实度的影响更为显著。而速度对压实度有负作用，速度增加反而压实度减小。下面分析单个因素对压实度的影响，采用方差分析法。将分析结果列于方差分析表6中。从上述分析可以看出，振幅和速度的f值均大于f0.05(2,4)，说明有99.5%的把握判断它们对压实度有显著地影响。而且f振幅f速度，说明振幅对速度而言，对压实度的影响更为显著。振幅越大，使土壤参加振动的质量越多，从而可以增加压实影响深度或压实厚度，换句话说，振幅越大，颗粒获得的能量也就越多，这样更有利于颗粒之间克服颗粒间的内摩擦力，使路基密实。压实度与碾压速度成负作用关系,说明速度低更可能获得较高的压实度。因为当材料的压实功一定时，速度较低时，单位面积受到的振动次数增加，材料受到的振动能量也随之增加，因而低速度比高速度更有利于材料的压实。但速度低时生产率下降，因此，实际作业中，在确保压实质量的同时，可适当提高碾压速度。频率对压实的影响不显著。虽然随着频率的上升，黄土的压实度增加，但是增加的幅度比较小。当频率增加到30hz（下转第162页）（上接第178页）时，压实度最大为92.38%。而黄土的固有频率在30hz左右，即振动轮频率可与土壤固有频率相近，发生共振作用，故此时振动压实效果较好。试验优方案的选取方法是绘制因素趋势图，根据试验结果可得各因素不同水平对压实度的影响的趋势图,压实度随振幅的增加而增加，当振幅为2.0mm时，压实度最大为93.56%；压实度随频率的增加而增加，当频率为30hz时，压实度最大为92.38%；压实度随速度的增加而减小，当速度为2.4km/h时，压实度最大为93.37%。由此可知，振幅2.0mm，频率30hz，速度2.4km/h就是本次试验的优方案。3.结论（1）正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点。相比于全面试验，正交试验最突出的优点就是可以用较少的试验次数，得到与全面试验相同的结果。（2）对9种工况进行试验，结果压实度均随碾压遍数的增加而增加，且前期增加幅度（也就是斜率）大于后期；分析不同的振幅、频率和速度的作用下，压实度与碾压遍数的关系可知：压实度随振幅和频率的增大而增大，而随速度的增大而减小。（3）由正交试验的结果的方差分析可知，三因素对压实度的影响程度，振幅最大，速度次之，而频率对压实度的影响较小。（4）结合趋势图，确定本试验的优方案为振幅2.0mm，频率30hz，速度2.4km/h。科【参考文献】jtg e40-2007.公路土工试验规程s.北京：人民教育出版社,2007.9.gb/t 18148-2000.压实机械压实性能试验方法s.北京:中国标准出版社,2001.7.李云雁,胡传荣.试验设计与数据处理m.第二版.北京:化学工业出版社,2008.10.李志西,杜双奎.试验优化设计与统计分析m.北京:科学出版社,2010.6.