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典型填料压实工艺参数优化研究

更新时间:2009-03-28

0 前言

公路工程施工建设中的压实工艺的主要目的在于减少填筑材料之间的空隙,增强填筑材料整体的压实度。必须保证路基和路面结构的抗压性能以及整体的稳定耐久性。科学的压实工艺效果可以保证路面和路基结构的抗渗透性能,减少由于气候变化带来的损伤结果。同时可以提高路面材料的整体强度,从而增加结构的耐久性。

在具体的公路施工建设当中,振动压实的工作量占整个公路工程施工总体费用当中的2%左右。作为路基施工中的压实度,每提高1%的压实标准,整个的路基基础承载能力将会有效地提高10%;作为路面结构中的沥青混凝土的压实度标准,每提高1%压实度,其结构的承载能力和耐久性,将会提高10%~15%左右。采用合理的振动压实工艺操作参数,能够明显地增强施工压实的质量,同时科学化地管理整个施工工期的进度完成情况,从而减少施工生产过程的成本开支,保证施工质量效果的提升。因此针对振动施工压路机的施工工艺参数,本文提出了相关的优化处理和具体的指导施工操作的参数工艺,从而保证公路施工建设的优质高效完成。

1 振动压实工作机理

公路施工生产中的振动压实工作原理是根据振动压路机的自身重力和机械激振器引起的振动对碾压材料产生激振力作用,从而导致填筑材料发生强制性的振动作用。在填筑土体的内摩擦力减小的情况下,填筑颗粒相互填充密实,填筑材料整体的空隙减小从而达到压实紧密的效果[1]

路基路面振动压实可分为A、B、C这3个阶段:

A阶段:非线性条件下填料的塑性应变阶段,被压实的材料发生塑性应变,填料的压实度增加,弹性模量增加,同时阻尼不断地减小,填料可以吸收压实振动作用所传递的能量。

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B阶段:线性条件下填料发生的弹性应变阶段,填料不断地被密实填充,填料的整体弹性增加,塑性不断地减少,填料所接收的振动能量的传递由振动轮的接触区域逐步地扩散到周围填料松散的区域。振动压实过程中采用的刚体质量-弹簧-阻尼系统等效振动轮的压实作用,主要的包括2个不同等量参数系统,上部为振动压路机及振动轮,下部为填筑材料。

C阶段:刚性条件下填料应变阶段,在此过程中填料本身已压实,基本不再产生明显的变形和位移,如继续振动压实,将产生跳振,容易对已经压实的填料铺层产生不规则冲击,导致路基或者路面的强度、结构、质量产生影响。

2 振动压实的影响因素

2.1 填料的材料情况及其级配情况的影响

人工栽培的黄芩品质受栽培区域生态因子及田间管理影响较大,如山东莒县所产黄芩中黄芩苷含量显著高于甘肃产黄芩[4]。生产过程中,由于各地生态因子及田间管理差异,出现了施肥种类差异大、中耕除草难以规范以及农药不合理使用等现象[5],部分产区连作加重了黄芩根腐病的发生几率[6],农残重金属超标越发严重,以上因素单一或综合限制了黄芩药材的产量及品质,造成市售黄芩药材质量不一,影响药材药效,同时也影响临床用药安全和黄芩的市场竞争力。中药无公害栽培体系尚不完善[7],现阶段开展黄芩无公害栽培技术研究具有迫切性。

作为公路路面结构中沥青混合料的填筑压实工艺过程中,沥青混合料的粘度和阻尼比在碾压的初期过程中都比较高,同时材料的松散程度比较大,整个路面结构弹性刚度较低,所以振动压实的能量都可以被路面结构吸收[3,4]。但是随着振动碾压的进行,路面的整体压实度的提高,混合料的刚度增大阻尼降低,所以振动轮接受路面的反馈加强,整体振动信号的谐波分量将会加强,所以可以通过振动反馈信号中的基波与二次谐波的比值变化对路面的整体刚度做评定处理,从而测算出路面结构的刚度和压实度[5]

2.2 填料的含水率

2.4.1 振动压实的工作频率和振幅的影响

2.3 沥青混合料的压实变化影响

《指路经》在西南少数民族的葬礼中比较普遍。苗族的《指路经》,内容从死者出生开始说起,讲到他(她)出生的地方(也是埋衣胞的地方),他(她)为什么死,他(她)离开家如何去到祖先亡灵所在的地方,路上如何应答,如何过河,如何辨认谁是祖先,等等。

⑩郑烨、王焕:《政府支持中小企业创新:理论基础、政策表征与作用路径》,《现代经济探讨》2017年第10期。

2.4 振动压实工艺的影响

振动压路机施工作业过程中产生的机械振动将会为填筑材料提供反复的冲击荷载作用,由此产生的振动冲击波会在填筑土体中呈纵向的传递。填筑材料的颗粒在此类作用下由静止变为运动的状态,空隙将会被充分填充压实。

1.2 诊断 所有妇科恶性肿瘤患者入院后给予血常规、D-二聚体、凝血全套检查,对D-二聚体、凝血功能异常者加做血管超声检查以确诊是否已有下肢血栓形成,结果发现591例患者中有3例已有下肢血栓形成,D-二聚体异常204 例(正常值0 ~250 μg/l),D-二聚体>300 μg/L 有103 例,D-二聚体 >400 μg/L 有30 例。

对于公路工程振动压实施工来说,不同的填料中由于含水率的不同将会导致不同的压实效果[2]。填筑的材料中存在内摩擦力和粘聚力的抵抗作用,将会导致填筑材料在较少的含水率的条件下需要作用强大的振动作用力将填筑材料压实;填筑土体中含水率的适当,将会在土体填筑颗粒材料中形成润滑作用,有利于土颗粒之间的移动密实,从而内摩擦力的下降填筑土体将会得到良好的压实性能效果;填筑土体材料中的含水率过高,水分将会占据填筑材料的体积从而在压实振动过程中,水分比重过大填筑土体的孔隙率将会升高,所以压实效果会大打折扣。填筑土体中具体的含水率情况需要针对不同的填筑材料采用击实实验,从而得到填筑土体最大干密度条件下对应的最佳的含水率。

根据上式分析可知,提高填筑土体的压实度的有力措施可以通过增大振动压路机自重的线荷载,而加大作用于填筑土体的荷载正应力作用效果,减少土体之间的粘聚力和吸附力形成的抗剪强度作用;增大振动压实的振幅,增大土体颗粒之间的位移效果,提高填筑土体的压实效果。作为振动压实工艺的振动频率影响效果,如图1所示,振幅固定的条件下,频率的增大土体的压实度先增加后减小,所以不同的填筑材料的固有频率都不相同,所以在最佳的振动频率范围下,可以获得土体压实过程中的最佳的压实紧密结果。当振动压路机的工作频率ω满足“压路机-土”的振动系统当中的二阶固有频率使用范围的时候,填筑土体颗粒之间产生的运动加速度得到提升,其内摩擦阻力急剧下降,填筑土体的颗粒之间更加易于相互填充和密实[7]

作为公路工程路基和路面的填筑材料,不同类型的填料所能达到的压实各不相同,总体而言作为粗集料颗粒其压实效果比较好,同时具有较强的稳定性能;细集料的砂砾其压实性能比粗颗粒较弱,同时对于细集料的粉砂水稳性需要认真处理;作为路基填筑材料的粘性土,其本身的粘聚力较高并且具有不透水性能,所以作为压实填筑施工需要严谨处理。作为路面结构的填筑材料,集料中的级配情况决定振动施工的压实效果,集料的级配设计中采用的配制将会决定整个结构层位当中整体的空隙率和强度,集料的强度需要能够满足行车荷载的冲击碾压作用不会产生破碎细化的情况,从而影响整个级配设计要求。公路工程施工规范对整个公路结构各个功能结构层位的填筑材料的级配范围有着严格的要求。

 

(1)

式中:E为填筑土体的压实度;PL为振动压路机械振动轮的线载荷,N/cm;A为振动压路机工作振幅,mm;ω为振动压路机工作频率,rad/s ;ν为振动压路机的工作速度,m/s

针对土体的压实作用过程从而分析振动压实的参数工作情况如下所示[6]

  

图1 压实工作频率和振幅对压实效果的影响

2.4.2 压实速度的影响

压实速度影响单位长度上的振动次数,设一碾压段的长度为L,压路机的前进速度为ν,振动频率为f,则在单位长度上,压路机对材料的振动次数见式(2):

我国也出台了很大畜牧兽医方面的法律,在实际生活中也似乎起到了一些作用,但收效甚微。尤其是我国经济社会发展到今天,让很多人和机构钻了法律的空子,给畜牧兽医的发展造成了很大的困扰。

 

(2)

由式(2)可见,振动能量越少,在一段碾压长度上同一振动频率下,速度越高,单位长度上的振动次数越少,从而影响压实的均匀性及压实度的大小[7]。图2为相同的振动频率下碾压速度与钢轮冲击的关系,其中:v1<v2

  

图2 压实速度和钢轮冲击次数的关系

如图2可知,振动压实施工的碾压行驶速度较低的条件下,单位长度下的被压实的填筑材料受到振动作用的次数将会增多,单位长度条件下填筑土体接受的机械动能将会升高,所以碾压效果将会更好。

本文通过市场调研和研究,针对传统电饭煲非自动化、近距离控制等缺点,设计并实现了全自动化的智能电饭煲系统。通过单片机控制了传送带、控制阀等一些辅助器械,完成了电饭煲系统的全自动进料设计。智能电饭煲系统中设计了WIFI模块和人机交互设备,使得用户可以远程控制电饭煲的启动和进行煮饭功能的选择,使电饭煲系统具有了物联网功能。通过制作的实物和实物效果来看,本文设计的系统完全可以实现全自动化的烹饪过程,且用户可以远距离对系统控制,为系统进一步开发做好了准备。未来可以进一步改善人机交互设计方面,可以进行与手机等智能设备连接。在算法上可以加入人工神经网络的温度控制[12-13]。

3 压实工艺参数的优化研究

3.1 土基填料压实工艺参数的选择

当压路机的振动频率接近于填料的自振频率时,填料的冲击振幅将增大,同时土基填料的阻力降低。当压路机的振动频率等于填料的自振频率时,理论上填料的振幅将增至无穷大,同时内摩擦阻力减少为0。压路机的激振频率过高或过低都无法对土基进行有效压实。例如:如果振动轮的振动频率为50 Hz,而填料的自身频率为21.8 Hz,即土基的填料振幅值小于静力下的变量,故不能起到压实的作用。如果激振频率为0,则成为静压力式压实。参照共振曲线,只有当激振频率接近土基填料的自然频率时,压实最为有效[8]。土基不同填料的自然振动频率如表1所示。

  

表1 土基不同填料的自然振动频率序号土壤类别自然频率/Hz1非常湿松粘土18.3~18.42湿粘土18.3~22 3微湿粘土19.8~20.84干粘土20.8~28 5粘质砂土21.66非常湿的砂21.6~24 7中等干砂22 8砾石23.59细混合砂 24~24.610砂卵石 24~29 11均匀粗砂 24~33 12不均匀粗砂26.713粗砾石30 14大块砂石34

相对于振动频率,振动压路机振幅对压实效果的影响更为明显。振幅增大,土颗粒因受迫振动作用运动位移增加,振动轮对土壤作用的冲击能量增大,冲击波在土中的传播距离增加,因而压实效果也越好。振动压路机的名义振幅的取值不可过大,振动压路机的名义振幅应有一个合理的取值范围[9]。根据长期试验和经验积累,再结合施工要求及压实材料的性质,振动压路机在进行公路土基施工中采用的名义振幅取值范围为1.4~2.0 mm

通过上述的论证研究可知,对于土基压实工艺设定可以参考采用填料的自然振动频率为25~40 Hz,振幅为1.4~2.0 mm;相应的碾压速度参考公路土基施工技术规范的取值情况,碾压速度建议为3~5 km/h

3.2 公路路基填料压实工艺参数研究

公路路面基层填筑材料中通常采用级配的碎石水稳类材料,具体有水泥碎石稳定基层、二灰稳定碎石基层等,对于不同的级配材料振动压实处理中,可见参考文献[10]如表2所示。同时综合级配碎石基层的研究设计方案,其基层的主要强度形成过程为填料之间的集料,通过内摩擦角作为主要强度作用,所以在考虑研究路基的压实振动工艺过程参照表中的工艺设计基层的振动压实工艺为:振动频率采用30~45 Hz,振幅采用0.50~1.00 mm,碾压速度建议为3~5 km/h

  

表2 不同级配碎石的最佳振动工艺参数研究级配类型频率/Hz激振力/kN振幅/mm激振强度/(100J·s-1)时间/s粗级配4570.463.07180中级配3060.893.52180细级配3070.964.32210

3.3 公路路面压实工艺参数研究

经过对施工单位的调研及查阅相关资料,目前,我国施工单位所采用不同的振动压路机压实不同沥青混合料时所广泛采用的压实工艺见表3,伴随着振动压路机的压实能力的提高,振动压路机可以广泛的用在公路施工压实的不同建设阶段。公路施工建设的主体单位在具体的振动压实施工中,需要保证公路整体的压实质量,最大限度地发挥压路机的压实能力,将提高的生产效率作为有效的施工过程成本控制管理[7]

  

表3 不同压路机振动压实路面采用的工艺组合情况压路机类型材料类型结构层厚度/cm振幅/mm频率/Hz速度/(km·h-1)SW-800 AC-20 60.71942—BW202AD-2 AC-16 50.36 504~4.5SAC-13 40.35 453~4 HD-130 AC-16C50.74 464~4.5STR130E AC-16 50.3~0.835~503~5 CC722 AC-16 50.2~0.640~503~5 DD-110SMA50.51 425 CC624HF AC-13 40.3 677

通过分析相关的参考研究资料,结合实际路面施工的振动压实经验工艺参数组合情况,建议沥青路面层施工中不同的沥青混合料填料统一采用振动频率35~50 Hz,振动碾压的幅值为0.2~0.8 mm,其碾压速度参考公路沥青路面施工技术规范参考取值为3~5 km/h的取值范围。

总结上述的振动压实工艺研究分析,可得如表4中所示针对不同公路结构层位所建议采用的具体施工工艺优化的参数处理方案。

既然在幼儿园吃到的肉可能不足,那么在家的晚餐就一定要保证天天有肉了。有的妈妈可能会担心晚餐吃太多肉类和蛋孩子消化不了,其实宝宝的生长发育需要肉里的优质蛋白和血红蛋白铁,而幼儿园里能提供的又只有全天蛋白质需要量的一半,所以晚餐一定要吃肉,这是补充孩子幼儿食物的不足,适量吃不会造成消化不良。通常造成消化不良的主要原因是烹调的方法不对,给孩子做肉推荐采用蒸、煮、炖的方式,不要煎、炸或烤。

  

表4 不同结构层位采用的振动压实工艺参数方案公路施工结构层位压实频率/Hz压实振幅/mm压实速度/(km·h-1)土基20~401.2~2.03~5基层30~500.5~1.03~5沥青混合料面层35~500.2~0.83~5

4 总结

本文介绍振动压实施工技术当中对于振动压路机面对不同的公路填筑材料所设计不同的施工处理技术方法,首先介绍了振动压实的相关理论以及振动压实中的动态力学分析模型;针对具体的施工过程,分析了公路施工中振动压实工作中的各项不同的影响因素;最后分别介绍了公路施工中各个结构层位中常用的填筑材料,同时这些不同填料的振动压实处理工艺提出针对性的压实参数建议取值。

参考文献:

包括研究者决定退出与受试儿童自行退出两个方面。过去常用的病例剔除标准(如随机化后发现严重违反入选或排除标准或未使用试验药物),从指导研究者操作角度考虑,应划入研究者决定退出范畴。儿童FC属于功能性疾病,确诊需用排除诊断法,如治疗观察中发现了器质性病因,研究者应及时决定其退出试验。

[1] 张泓,闻邦椿.振动压路机压实机理的研究[J].建筑机械,2000(3):25-27.

[2] 易飞,曹源文.小波去噪在振动压路机振动信号处理中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2011,30(1):162-165.

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[5] 范圣伟,孙黎达.高塑性钻土路基的压实度检测[J].山东交通学院学报,2007,15(2) :62-65.

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[7] 徐清刚.双钢轮振动压路机面层压实工艺研究[D].西安:长安大学,2014.

[8] 沙庆林.公路压实与压实标准(第3版)[M].北京:人民交通出版社,1999.

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[10] 王龙,解晓光.级配碎石材料标准振动成型方法的研究[J].公路交通科技,2005(7):26-30.

 
田奇龙,桂岚,刘奇,邓连升
《湖南交通科技》 2018年第01期
《湖南交通科技》2018年第01期文献

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