垂直振动大厚度碾压技术优势探析（水稳篇）

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目前，公路建设路面水泥稳定碎石基层（含底基层，以下简称“水稳基层）施工中，大厚度摊铺和碾压工艺应用得越来越多。诸多实践表明，在大厚度水稳基层施工碾压环节，相较于依靠增加压路机自身重量、激振力等传统手段，采取垂直振动技术碾压，在提高路面压实质量、实现降本增效和建设绿色低碳公路等方面，似乎有着更显著的优势和效果。这些优势具体体现在什么地方？又有哪些看得见、摸得着的效果？希望通过本文能让各位同仁有一个清晰地认识。

什么是垂直振动碾压

什么是垂直振动碾压？我们可以通过一段动画视频来直观感受其工作原理和应用效果。

从动画中能够清晰地看到，垂直振动碾压的核心在于：压路机振动轮内布置了两组或两组以上振动偏心机构，偏心机构作同步反向旋转，水平方向力互相抵消，垂直方向力相互叠加，这使得振动轮对被压实材料，只产生垂直向下的作用力，进而产生较好的碾压效果。

要深刻理解垂直振动碾压技术，还得从碾压技术或者压路机发展简史说起。十九世纪中叶以前，西方道路工程以碎石子铺路为主，压实主要靠车辆自重碾压。1858年轧石机发明后，逐渐出现用马拉滚筒进行碾压的工艺，促进了碎石路面发展。1860年，法国出现了蒸汽压路机，进一步提高了碎石路面施工技术和质量。1919年，美国研制出以内燃机为动力的压路机。不过，这些早期压路机均为静压压路机，靠机器自身重量来实现道路材料的密实碾压。

振动碾压技术的发明是压实机械发展划时代的革命，自此压实效果不再单纯依赖压路机重量，或线压力的增大而提高。1957年，德国宝马格（BOMAG）公司推出了世界上第一台双驱双钢轮振动压路机BW60。该压路机通过在钢轮内设置偏心块，利用偏心块旋转产生的周期性高频冲击力，来实现对道路材料的碾压。这一技术发明堪称碾压技术质的飞跃，有力地推动了道路建设向更高等级、更高水平迈进。

现代压路机种类很多，按工作原理、轮轴形式、工作质量（吨位）、行走方式等可以分成很多类。就压实原理和效果而言，有靠自重及特定作用原理产生碾压效果的机械，如胶轮压路机：依靠自重及轮胎弹性对被压材料产生的揉搓、挤压作用实现压实，使压实层颗粒嵌合更密实；多边形冲击压路机：依靠自重及多边形轮滚动时的势能转化（触地瞬间释放动能形成冲击波）实现深层压实。另有靠自重及振动产生碾压效果的设备，包括机械单驱、全液压双驱单钢轮及双钢轮压路机等；就振动形式而言，这类设备还可细分为圆周振动、振荡、垂直振动等不同类型，适配于不同施工场景与材料需求。

通过改变振动轮内部结构，工程机械行业研发出多种类型压路机，如振动压路机、振荡压路机等。传统振动压路机一般采用非定向振动，也就是圆周（环形）振动，其工作方式类似于“跳着压”，依靠冲击力来夯实较深的土层，这种方式噪音较大，适合远离人群和建筑的深层基础施工中使用。振荡压路机则像是“搓着压”，依靠水平扭力对表面进行揉搓，适用于桥面及薄层沥青路面碾压。目前，市面上主流工程机械制造商生产的压路机，绝大部分都属于非定向振动的圆周振动压路机（也称普通压路机）。

2017年第4期《筑路机械与施工机械化》杂志上，曾发表过一篇由压实机械行业资深专家——万汉驰撰写的文章，题目为《垂直振动与智能压实技术刨根问底》。该文对垂直振动压路机的研发、生产，及垂直振动技术在大厚度水稳基层碾压中的应用，进行了全面、细致的论述和分析。万汉驰对垂直振动压路机给出了这样的总体评价：它“更加适合大厚度铺层的艰难压实工况，可以誉为压路机中‘专啃硬骨头’的‘劳动模范’”。

什么是大厚度碾压

了解垂直振动碾压技术后，我们再来探究一下什么是水稳基层大厚度碾压。

大厚度的定义

这里所言的“大厚度”，是指水稳基层经过一次性摊铺、碾压后，其密实度达到规范要求的厚度（以下简称“压实厚度），且该厚度超过交通行业相关技术规范或道路设计文件所规定的数值。

在公路交通行业相关技术规范中，水稳基层压实厚度的确定，是平衡拌和、运输、摊铺和碾压设备及被压实材料性能等多种要素的结果。厚度较薄，容易压碎集料，增加施工工序，经济性差；过厚，又怕压实度不够、均匀性不好，降低了工程质量。2000年发布修订的《公路路面基层施工技术规范》（编者注：该版规范已废止）3.1.7规定：用12吨～15吨三轮压路机碾压时，每层压实厚度不应超过15厘米；用18吨～20吨三轮压路机碾压时，每层压实厚度不应超过20厘米。

最新版《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20—2015，以下简称《2015版细则》）5.4.1规定：混合料摊铺应保证足够的厚度，碾压成型后每层的摊铺厚度宜不小于16厘米，最大厚度宜不大于20厘米。因此业界俗定：凡是压实厚度超过20厘米的，都叫大厚度。

新近发布的安徽、河南、青海、河北衡水4个大厚度水稳基层施工地方标准中，对大厚度数值有着不同的规定。如果水稳基层压实厚度为36厘米，本应分两个18厘米施工，却一次性摊铺、碾压成型，这显然就是大厚度。如果水稳基层压实厚度为54厘米，各松铺材料为同一种级配时，可以分27厘米两次摊铺和碾压；各松铺材料是两种级配时，可以分成36厘米和18厘米两次施工。无论是27厘米，还是36厘米，甚至是54厘米（极少采用），这些都属于大厚度。

▲虚铺厚度接近50厘米的水稳基层摊铺。

大厚度施工优势

相比传统每层压实厚度为18厘米的摊铺和碾压，水稳基层三层分两层，或两层合为一层大厚度施工，其在简化施工组织、提高工程质量、建设绿色低碳公路等方面的优势不言而喻。优势的具体体现不再赘述，有兴趣的同仁可自行检索了解。

行业标准对大厚度碾压的规定

关于水稳基层大厚度摊铺和碾压，《2015版细则》5.4.2通过“条文说明”进行了解释。因“条文说明”对要讨论的大厚度碾压至关重要，全文抄录如下：

近些年有些地方的工程出现压实厚度大于20厘米的情况，如碾压厚度为24厘米或28厘米。碾压厚度的增加，可以减少结构层的数量，改善层间结合，提高路面结构的整体性。但是要实现大厚度摊铺碾压，需要具备相应的大功率摊铺设备和足够的碾压设备和碾压功率。同时需要通过灌砂、钻芯等手段加强质量抽检，确保摊铺混合料的压实度、均匀性满足技术要求。

这个“条文说明”表述非常全面和严谨，它包含如下几层含义：1.很多公路工程已经有大厚度摊铺和碾压的实践；2.大厚度施工有减少结构层数量，改善层间结合，提高路面结构整体性等质量提升优势；3.大厚度摊铺、碾压要有相应大功率摊铺和碾压设备支撑；4.要通过灌砂和钻芯等手段，加强压实度及其均匀性的质量控制。

交通运输部公路科学研究院首席研究员、《2015版细则》主编王旭东，在接受笔者求教时表示，虽然5.4.2“条文说明”提到了大厚度摊铺和碾压，但当年编制细则时，评审专家总体思路是不主张水稳基层大厚度施工的。

“对于水稳基层大厚度摊铺和碾压，由于当年拌和楼、摊铺机和压路机等机械设备工作能力的限制，主要担心水稳基层碾压后，路面密实度及均匀性、平整度等技术指标达不到规范要求，所以用楷体字‘条文说明’进行解释。之所以有此解释，是兼顾东北、西北等地区个别省份，特别是黑龙江、新疆等地区，有效施工期短，水稳基层可以三层分两层或两层合并成一层施工。国内其他地区水稳基层，则大可不必采取这种工艺。”王旭东研究员介绍道。

纵然大厚度施工不是《2015版细则》推荐的主要工艺，但近年来各地水稳基层大厚度施工场景频频出现，对此，王旭东研究员表示能理解：“随着工程机械制造技术的进步，施工组织管理水平的提高，路面施工流程向降本增效、节能减排等方向调整和完善，是允许或者可以的。”

“无论什么材料和配比，谁来组织施工和管理，用哪个国家、哪个厂家的机械设备，采取什么样的工艺和流程，有一条‘红线’不能踩，那就是《2015版细则》第5.4.20‘条文说明’：碾压完成后，在保证压实度的前提下，路面表面没有轮迹是基本的施工要求。这个‘条文说明’是水稳基层施工的质量控制‘红线’。如果踩了，那我们不是在修路造福，而是在埋雷，在砸自己的饭碗！”王旭东研究员坚定地强调道。

“水稳基层是路面结构的承重层，对路面结构服役性能有着决定性影响，其质量控制至关重要。目前有些地方不重视基层质量控制，总想通过增加面层厚度来弥补基层质量缺陷，这是本末倒置。如果全国各地公路建设水稳基层的材料、级配、拌和、运输、摊铺、碾压、养生等，都能严格按照《2015版细则》要求实施，其质量是有保证的，我国公路建设也能提到一个新的高度和水平。”王旭东研究员介绍说。

大厚度碾压技术路线

十几年前全国各地公路建设者们，就开始探索水稳基层大厚度施工，相应的拌和、摊铺、碾压设备，以及施工工艺等都在不断地研发、总结和提炼中得到提高。具体到碾压环节，大厚度碾压有哪些技术路线呢？

2020年6月发布，由安徽省蚌埠市公路管理局、安徽省公路管理服务中心、合肥工业大学等单位编制的安徽省地方标准——《公路大厚度水泥稳定碎石基层施工技术规程》（DB34/T 3564—2020，以下简称“安徽省地方标准）有如此描述，大厚度基层可采用两种碾压方式：垂直振动、水平振荡压路机组合的碾压方式，及大激振力液压振动压路机为主的碾压方式。这其中大激振力液压振动压路机，就是我们常说的圆周振动压路机或普通压路机。

▲大厚度水稳基层施工安徽省地方标准。

大厚度水稳基层垂直和圆周振动碾压，其机械配置和碾压工艺安徽省地方标准里有详细说明，感兴趣的同仁可自行搜索浏览，让我们看看其他省份水稳基层大厚度碾压情况。

圆周振动碾压

2025年7月30日“沥青路面”微信公众号，发布了一篇题为《3D智能摊铺大厚度水稳施工工法》的文章，对碾压是这样描述的：

水稳基层压实厚度为28厘米，为确保水稳结构层的压实度。根据试验段总结，我们使用了36吨压路机作为复压设备。

初压，使用一台12吨双钢轮压路机……

复压时，首先由一台36吨单钢轮压路机进行碾压，当压路机第一遍碾压完成……30吨胶轮压路机及时跟进碾压揉搓……碾压时距离边部模板20厘米进行碾压。

最后使用一台12吨双钢轮压路机进行终压收面工作，直至表面无车辙、轮迹。

▲沥青路面微信公众号文章截图。

此处28厘米厚水稳基层碾压，用了12吨双钢轮、36吨单钢轮、30吨胶轮三种压路机进行组合碾压。需要说明的是，此文主题是3D智能摊铺，笔者在此引用其压实工艺描述，并在下文中进行相关数据对比，并没有对该工艺流程及实施人员有任何贬损和不敬。相反笔者对每一位有创新意识、勇于实践新工艺和新技术的同仁，都怀有崇高的敬意。没有这些一批批或一代代勇于创新和实践的人，或许现在公路工程建设压实，还停留在牛拉石碾的原始工艺呢！

垂直振动碾压

垂直振动大厚度水稳基层碾压实践非常多，以下用两个典型案例说明。

【案例1】涿州（京冀界）至石家庄公路改扩建工程李家疃互通连接线（施工时间：2015年11月）

为保证京港澳高速公路（G4）与石家庄正定国际机场互联互通，该连接线需与京港澳高速公路河北段改扩建同步通车。项目在水稳基层（设计为两层18厘米厚）实施时，已经是北方地区冬季11月下旬，日最高气温10度左右。

为减少养生时间，缩短施工工期，项目部经专家组论证及现场勘察，通过200米试验段压实验证获取相关技术参数和指标后，全线选用中大DT2000摊铺机，将两层18厘米水稳碎石一次摊铺完成，松铺厚度46厘米，压实厚度36厘米。由于部分段落调整平整度及保证标高，最大工点压实厚度达42厘米，松铺厚度达55厘米。

为保证大厚度压实效果，项目部选取36吨型圆周振动压路机，和22吨全液压垂直振动压路机作为主要压实设备，并做了对比实验，结果如下：（1）36吨重型圆周压路机与22吨垂直振动压路机对比，压实效果相当；（2）36吨重型圆周振动压路机击实对混合料推移及平整度影响较大，且易击碎表面集料，铺筑300米后，由22吨全液压垂直振动压路机作为主要压实设备完成压实作业；（3）芯样厚度合格率100%，压实度平均99%，满足设计要求。

当年亲历连接线施工的石家庄市环城公路建设指挥部办公室总工程师，现任职于河北交通职业技术学院的石鑫博士，对当时施工场景还记忆犹新：“特别担心连接线工程不能按时完工，幸好有垂直振动压路机在大厚度碾压方面的助力，这个技术还是有两把刷子的！”

垂直振动压路机在该连接线水稳基层碾压中的“优秀”表现，恰好印证了它如万汉驰所言：“压路机中‘专啃硬骨头劳动模范’”。

【案例2】国道206线安徽荆涂大桥至蚌埠宿州交界段一级公路改建工程01标试验段（施工时间：2022年6月）

该试验段长200米，松铺系数按1.35控制，虚铺厚度为48.6厘米，实际压实厚度为36厘米。试验段进行四种碾压工艺的测试与比对，最终选用的机械碾压组合方式如下：

初压——双钢轮振动压路机12吨（1台）静压1~2遍，速度2～3公里/小时；

复压——单钢轮垂直振动压路机26吨（1台）弱振（高频32赫兹）碾压3遍，速度控制在2～4公里/小时；

终压——双钢轮振动压路机12吨（1台）静压收光1~2遍，至无明显轮迹为止。

结论：该机械碾压组合方式能满足压实度要求，对比其他碾压工艺，取芯成型效果较好。

▲国道206线安徽荆涂大桥至蚌埠宿州交界段公路改建工程01标试验段36厘米水稳基层碾压。

试验段36厘米厚水稳基层碾压比对得出结论：用一台12吨双钢轮、一台26吨单钢轮垂直振动压路机进行组合碾压即可。

垂直振动大厚度碾压优势

垂直振动大厚度碾压优势特别是经济上的优势，上述技术路线和典型案例，稍做比较就能得出相关结论。万汉驰在《垂直振动与智能压实技术刨根问底》一文中总结到，与传统圆周振动相比，垂直振动压路机的优势不言而喻：由于只有垂直方向的振动力，因而压实能量更加集中，损失小；最直接的效果就是作业效率更高，有效压实深度更大，钢轮振动对周围材料的扰动更强烈（深度）但范围（半径）较小，轮体磨损小。这个技术语言“翻译”到水稳基层碾压领域，可以做如下解读。

降低施工成本

水稳基层施工成本最直接的体现，是施工现场压路机数量及吨位，与压实遍数密切相关的设备油耗和台班费，与吨位相关的工作效率和转场费等。压路机数量、吨位、压实遍数、油耗、台班费等都容易计算，最容易被忽视的是转场费。分别转场一台36吨和26吨的重型压路机，其“大件运输”手续报批、运输耗费的差别不容小觑，而且转运一台36吨压路机，运输车辆车货总重很容易就超过49吨。

安徽省地方标准中，垂直和圆周振动大厚度碾压机械配置如下表1，两种碾压机械组合方式如下表2。

表1 大厚度水稳基层垂直和圆周振动碾压机械配置表

由表1可以看出，碾压同样厚度的水稳基层，垂直振动压路机的吨位及激振力要求，明显低于圆周振动压路机（自身吨位数低10吨左右）。

表2 大厚度水稳基层垂直和圆周振动碾压机械组合方式

▲备注：表中速度为压路机碾压速度（公里/小时）。

表2数据显示，碾压同样大厚度的水稳基层，垂直与圆周振动压路机碾压遍数基本相当。若垂直振动碾压平整度好，则可以省去胶轮压路机终压工序。

综合表1、表2数据可知，同样大厚度水稳基层碾压综合成本，垂直振动要低于圆周振动压路机，这也与万汉驰在文章中推算的“垂直振动压路机的综合压实效率，是圆周振动压路机1.2倍~1.3倍”结论相当。

上述表1、表2是安徽省地方标准关于大厚度水稳基层碾压的机械配置和组合碾压方式，这种配置和组合方式是标准起草人员经过多次试验取得的数值。事实上，有工程技术人员总结常用大厚度水稳基层压实，垂直振动碾压机械配置及组合方式建议如下表3。

表3 大厚度水稳基层垂直振动碾压建议机械组合方式

▲备注：垂直振动碾压不需要胶轮压路机消除路面微裂纹。

表3中大厚度（27厘米，36厘米）水稳基层垂直振动碾压设备数量、吨位数及碾压遍数，明显低于圆周振动压路机，其实际施工成本肯定也是降低的。需要说明的是，表3碾压工艺还需要更多的案例来实践和支撑。

压实度及均匀性提高

因“压实能量更加集中”“有效压实深度更大”等突出技术优势，诸多碾压实践表明：同样大厚度水稳基层，相比于圆周振动压路机，即使是用低吨位、激振力的垂直振动压路机，碾压后取芯检测结果显示，其密实度更高，密实度上、下层均匀性更好，取芯的整体性也好。

▲安徽某公路水稳基层经垂直振动碾压后完整取芯深度可达40厘米。

圆周振动压路机激振力是非定向的，沿着圆周产生作用力并传递到水稳基层，影响深度有限。增大吨位和压实遍数虽然可以增加影响深度，但又会产生其他工程技术问题。相比而言，垂直振动压路机是定向振动，只在一个方向上发力，碾压后水稳基层密实度更高，上下层密实度更均匀。

平整度及表面光洁度的提高

大厚度水稳基层平整度控制，相比于碾压摊铺质量似乎更重要。摊铺机结构参数不稳定、行走装置打滑、摊铺速度快慢不匀、机械猛烈起步和紧急制动，以及供料系统速度忽快忽慢等，都会造成面层材料的不平整和波浪，后期靠碾压找回平整度的空间有限。大吨位圆周振动压路机由于边碾压底层材料，边甩松上层材料，容易造成表层材料推移、涌包等严重影响路面平整度的情况出现。另外，大吨位圆周压路机还容易形成过压，压碎水稳基层表层集料。

下图是2011年合肥新桥机场施工现场，同时同地拍摄的水稳基层不同压路机碾压“表面质量”对比。

▲20吨全液压垂直振动压路机压实表面，无需轮胎压路机补压。

▲20吨全液压圆周振动压路机压实表面，需要轮胎压路机补压。

▲20吨机械单驱圆周振动压路机压实表面，需要轮胎压路机补压。

2016年8月，垂直振动压路机在湖南娄衡高速娄底段，进行大厚度水稳基层施工后平整度及表面质量效果图。

边模支护强度降低

因为“钢轮振动对周围材料的扰动更强烈（深度），但范围（半径）较小”，垂直振动压路机大厚度水稳基层碾压，原则上可以不进行边模支护。

请看下面一段视频：

从视频里可清晰地看出，垂直振动碾压时水稳基层边缘的集料，只是在振动时自然下落，不会出现成片坍塌。如果采用大吨位圆周振动压路机，碾压过程中激振力很大，水稳基层侧向力也很大，原则上需要进行边模支护。如果边模固定不结实，会引起模板侧向变形或上浮，此时需要用小型打桩机把固定模板的钢钎，穿透已经形成强度的下承层，插入路床中，其施工难度、效率、经济性及对下承层强度的影响显而易见。

▲安徽某一级路水稳基层大厚度碾压无边模支护。

如果水稳基层压实厚度超过30厘米，为保证线性平顺确需边模支护时，对边模支护强度的要求，垂直振动压路机也比大吨位圆周振动压路机要求低。

垂直振动大厚度碾压展望和思考

就大厚度水稳基层垂直振动碾压技术本身而言，国内经过20余年的持续研究、完善与应用，并有众多案例支撑，可谓已经成熟。往外延伸，垂直振动压路机本体改进、拓展及智能化应用，在公路建设领域还有非常大发展空间。

▲2024年8月垂直振动压路机在广西平岑高速岑溪段大厚度水稳基层施工。

一机多用

垂直振动属于定向振动，其激振力大小、方向可通过技术手段进行控制和调整，这就为其拓展应用提供了必要的技术基础。事实上，业界已经开发出了垂直振动水平振荡、斜向振荡和无级调频/调幅振动等碾压技术。如：让偏心块产生的合力垂直方向抵消，水平方向叠加，那就是一台水平振荡压路机，可以碾压薄层沥青路面或桥面。事实上，这种设备已经研发成功，在水稳基层初压、终压中得到应用，在薄层沥青路面及桥面沥青层碾压中也有实践案例。

垂直振动压路机的频率、振幅、激振力大小及方向都能控制和调整，这样就能方便地根据压实介质差异，单一或组合调整上述四个要素，满足不同压实工况的需求，有针对性地进行各种环境、各种材料的压实，真正实现“一机多用”。

与智能压实结合

因为激振力大小及方向更容易调控，在水稳基层大厚度碾压中，如果能有无人机群组合碾压、智能压实控制等技术加持，垂直振动更是能如虎添翼，在压实界开拓出一片新天地来。

无人机群组合碾压施工技术及优势不必多言，业界已经有诸多成功应用案例，完全可以应用在垂直振动压路机上。智能压实控制能实现对被压材料压实质量、振动频率、碾压速度的实时监测，实时显示碾压路线、压实效果，并通过语音进行播报，可以为碾压工艺控制和实时质量检测提供完整过程数据，助力现场碾压遍数、轨迹的调整，可从根本上避免漏压、欠压等工程顽疾问题的出现。如果将智能压实控制系统嫁接到垂直振动压路机上，再进行无人机群组合施工，那该技术应用的科技水平将进一步提高，市场空间也能得到放大。

需要说明的是，虽然大厚度水稳基层垂直振动碾压有着上述诸多技术优势，也有很好的发展前景，但一个残酷的现实是，在漫长的二十余年里，这种技术并没有在全国推广开来，这不由得令人深思：是公路施工领域从业者不能“慧眼识珠”？是其实际应用效果还不足以让行业人员心动，去变更施工工艺？是缺乏系统、权威的第三方试验与测试数据支撑？还是在众多普通压路机大厂同业激烈竞争中无法突破？这些技术和市场交织起来的复杂问题，还需要有心人在今后的大厚度水稳基层碾压实践中，慢慢去克服和解决。有一点可以肯定的是，如果有公路交通行业第三方权威研究机构，通过不同厚度与配比的水稳基层，不同吨位的垂直和圆周振动压路机，进行全面、系统的碾压对比实验，得出科学结论，确认垂直振动技术在水稳基层大厚度碾压中，确实有着突出的经济效益和质量提高效果，行业相关技术标准、规范也进行呼应，那时垂直振动碾压的“春天”就算真正到来了。

在诸多前人对垂直振动碾压技术研究、探索和总结基础上，本文从应用角度对其在大厚度水稳基层碾压中的特点和优势，进行了粗略探析。囿于资料收集、整理的限制和水平，文中一定有诸多表达不全面、不准确之处，敬请各位指导！希望能与热心新技术、新工艺推广的同仁们一起讨论、交流（微信号：chts64958372）。让我们一起努力，共同呵护和促进垂直振动碾压，这种看得见效益、摸得着效果的好技术，在公路建设领域的进一步推广和应用。

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文/尚正强

图/崔文平

责编：程子研

校对：闫可欣

审核：余大鹏 苗挺节

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