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振動壓實路基的缺陷采用液壓夯實補強壓實

來源：鄭州中航設(shè)備時間：2018-01-01

振動壓實路基的缺陷采用液壓夯實補強壓實

1、振動壓實機械的振動形式對壓實效能的影響
   激振器是安裝在壓實機械上用以產(chǎn)生激振力的機械裝置，激振器工作時能使被激物體獲得一定形式和大小的振動量，激振器的振動形式對壓實效果形象很大。
1.1圓振動
   圓振動激振器廣泛應(yīng)用于振動壓路機，小型振動平板夯等振動壓實機械。圓振動激振器為單偏心輪結(jié)構(gòu)。偏心輪回轉(zhuǎn)時，離心力（F）方向始終為遠離回轉(zhuǎn)中心的方向，呈360°回轉(zhuǎn)，在機器重力的共同作用下，質(zhì)心軌跡類似扁圓形，稱之為圓振動，圓振動其實就是人們熟知的偏心物體的圓周運動，激振力就是離心力，偏心輪質(zhì)心的相位角相差180°時，離心力的方向與初始位置時相反，質(zhì)心位于回轉(zhuǎn)中心對側(cè)，所以也可以稱其為廣義的往復運動。激振器驅(qū)動與其連接成一體的壓實部件（如振動夯的夯板，壓路機的壓實輪）振動，通過壓實部件傳遞力和運動，壓實作業(yè)時，圓振動激振器的力可以分解為垂直方向和水平方向的振動力，顯而易見，激振器的水平力使壓實部件及被激顆粒擺動，這種偏離垂直方向的運動，干擾弱化了其垂直方向的作用，同時又對鄰近的構(gòu)筑物及人畜造成危害，由于在一個振動周期中，壓實部件僅在很短時間內(nèi)處于垂直或基本垂直的運動狀態(tài)，其余時間段內(nèi)水平運動或水平運動的趨勢明顯，因此對土體的顆粒的有效作用明顯偏低。
   由于圓振動激振器工作時的擺動，導致機器運行不平穩(wěn)，一般振幅很小。
1.2垂直振動
垂直振動激振器采用成對偏心輪結(jié)構(gòu)，左右偏心輪反向同步回轉(zhuǎn)，偏心輪回轉(zhuǎn)時，左右偏心輪水平方向的離心力（F1.F2）相互抵消，左右偏心輪垂直方向的離心力的合力通過壓實部件激勵土體顆粒。力的方向和激振器的運動方向始終垂直于鋪層，業(yè)內(nèi)稱之為垂直振動，垂直振動的振形就是簡單的直線往復運動，人們熟知的直接意義的振動。該激振器可旋轉(zhuǎn)任意角度使用，對鋪層產(chǎn)生不同影響，業(yè)界內(nèi)近年來推崇的所謂垂直振動壓路機，振蕩（水平振動）壓路機，智能振動壓路機等，差異在于該型激振器擺放角度不同。

由于垂直振動激振器沒有圓振動激振器的水平擾動作用，所以在激振量（頻率，振幅激振力）相同時，垂直振動壓實機械的壓實厚度和生產(chǎn)率顯著優(yōu)于圓振動壓實機械，對鄰近的構(gòu)筑物的不利影響小于圓振動的壓實機械，節(jié)能效果也很明顯，某型20T級垂直振動壓路機在粘性膨脹土壤上，往返兩次，壓實度即可超過97%，該機可達到的壓實度比圓振動壓路機高5%-10%，壓實效率高1倍以上，壓實厚度增1倍以上，綜合節(jié)能70%以上。
2、振動壓實機械振動量對路基土體的作用
振動壓路機主要依靠機器重力壓實土體，安裝在挖掘機上的液壓振動夯實機主要依靠挖掘機下壓力和機器重力壓實土體，振動是往復運動，作用是激勵土體顆粒運動，以降低壓實阻力，激振力無壓實作用。
激振器的振動量對激勵效果有直接影響，振幅是振動的強度，振幅越大，影響深度越大，振動頻率距離土體固有的頻率越接近激勵效果越好（對鄰近設(shè)施及鄰近土體的破壞力也大），一般土體松散時頻率低，土體硬時頻率高。激振力能與振幅匹配即可，垂直振動的激振力過大時是浪費，圓振動的激振力過大時不僅浪費，還會破壞已壓實土體，可以假設(shè)，某壓路機的振幅趨于零時，激振力再大也不會有任何作用。
對于某一具體壓實機械而言，振幅是固定的（雙振幅或單振幅），是機器結(jié)構(gòu)所決定的，振動頻率和激振力是可變的，頻率的提高與供油量的增加成正比，激振力與頻率的平方成正比，可見，提高激振力很容易。
用于路基壓實的單鋼輪重型振動壓路機的振幅一般小于2mm，振動頻率20--24 Hz。這種高頻小振幅的振動作用在土體中的衰減很快，越往深層壓實阻力越大、因此決定了某壓實層內(nèi)的土體顆粒必然是上密下疏（靜壓也是如此）。由若干層上密下疏土體簡單合成的路基，層間結(jié)合力低，整體均勻性差，對動載荷十分敏感，不經(jīng)有效補強或充分自然沉降后即鋪路面時，分層碾壓路基根本不可能具有穩(wěn)定性，振幅甚微頻率較高的小微型平板夯對土體無沖擊作用，不屬于實際意義夯類產(chǎn)品。按現(xiàn)行施工標準要求，用振動平板夯，小型振動壓路機等機具壓實橋臺背等重點部位屬于自欺欺人。
為了進一步了解振動對土體的作用，列舉眾所周知的應(yīng)用實例：建跨海大橋時，移動樁錘（激振器結(jié)構(gòu)原理完全同垂直振動壓實機械）可將數(shù)百噸的套筒沉入海底，也可以將其拔出，沉樁時主要依靠重力，拔樁時主要依靠起重機，振動僅起松土作用，降低打拔樁阻力。振動打拔樁的理論基礎(chǔ)是土體液化理論。倘若振動對土體具有密實作用時，前人不可能發(fā)明振動樁錘這種打拔樁機械，地震也不可能將房屋堤壩震垮。
3、振動壓實路基的后續(xù)補強
振動壓實本質(zhì)上仍屬于重力壓實，碾壓（滾壓）工藝的主要弱點是單位面積的壓實功小，克服阻力的能力低，達不到足以使路基土體穩(wěn)定的水平，分層碾壓路基穩(wěn)定性差是該項筑路技術(shù)的固有缺陷，僅在碾壓力量上做文章是難以克服的。
近期，市場上又熱捧某型80t振動壓路機，據(jù)稱可替代沖擊壓路機對高速公路碾壓達標路基補強。該型振動壓路機實際質(zhì)量32t，壓實輪重力200kn,激振力600kn，圓振動，有人竟然將垂直向下的重力與呈360°回轉(zhuǎn)的離心力按標量直接相加后宣稱80t。這種荒謬加法在業(yè)界相當流行，并且同時出自專家權(quán)威之口。京石高速望都段加寬部的臺階處用所謂80t壓路機補強后，VIP362高速液壓夯實機3檔9擊后的沉降量95mm，15擊后的沉降量158mm。
自古以來，碾壓技術(shù)僅用于淺表處理。分層碾壓路基只有經(jīng)過自然力的充分實效或高強度的動力（動態(tài)力）補壓增強方可趨于穩(wěn)定，減少工后沉降。
依靠自然力，路基充分沉降穩(wěn)定后鋪設(shè)路面在中國是行不通的。堆土預壓及類似技術(shù)具有一定效果，但時間長，成本高，棄土難以處理，也可歸類于時間換質(zhì)量。
對于分層碾壓成型路基可進行高強度的動力補強，這種補強不是重組置換，也不是簡單壓縮，應(yīng)是在不破壞既有路基整體結(jié)構(gòu)的前提下，進一步壓縮土體的同時，消除或弱化層內(nèi)均勻性差，層間結(jié)合力低等固有缺陷以及人為缺陷。通過對路基整體化的處理，提高路基的承載能力和穩(wěn)定性。

強夯是目前壓實強度*大的動力壓實機械，但是強夯用于分層碾壓路基補強時將產(chǎn)生剪切，破壞了既有路基的結(jié)構(gòu)，不宜用于成型路基補強。
沖擊壓路機是一種以夯為主，夯碾集合的高強度動力壓實機械。沖擊壓路機的補強效果已得到業(yè)內(nèi)普遍認可，沖擊壓路機的主要弱點是：作業(yè)盲區(qū)大，具有較大水平力，易破壞鄰近構(gòu)筑物。
中航VIP高速液壓夯實機恰好是中航SD沖擊壓路機的外延和補充。
高速液壓夯實機不是傳統(tǒng)意義的夯---舉高砸地的重塊，高速液壓夯實機是一種壓實原理全新的機電液一體化的新型高強度重力壓實機械。錘體落下后通過緩沖傳力裝置夯擊壓在地面的夯板，機器重力（凈力）與沖擊力（動態(tài)力，變力）的合力（動態(tài)力）通過夯板壓縮土體。稱之為動力壓實。相對于直接夯實，具有沖擊力峰值小，作用時間長，作用柔和，不易剪切較硬實土體等特點。
西方發(fā)達國家及中國高鐵廣泛使用的evd動態(tài)變型模量測試儀是一種模擬車輛通過時的動載荷路基填筑質(zhì)量測試儀器。高速液壓夯實機的結(jié)構(gòu)形式與工作原理同evd動態(tài)變型模量測試儀。也可以理解為高速液壓夯實機是evd動態(tài)變型模量測試儀基本部分的模化放大。但是，高速液壓夯實機對土體的壓強是evd動態(tài)模量測試儀的數(shù)十倍。
據(jù)大量公開數(shù)據(jù)，VIP36高速液壓夯實機（夯擊勢能36kj）用于高速公（鐵）路碾壓達標路基補強時（按3檔9錘計），有效壓實深度2m，影響深度4m，對壓實度96%的橋背過渡區(qū)補強時，正常碾壓區(qū)沉降量100mm以上，橋臺鄰近部位沉降量200--300mm。VIP36高速液壓夯實機在京港澳高速公路（G4）加寬做工程新舊路結(jié)合部補強作業(yè)，夯點瞬時的沉降量已達180mm，業(yè)主組織的現(xiàn)場試驗中3檔9錘補強后新舊路基結(jié)合部沉降245mm。
使用VIP36高速液壓夯實機對橋涵背，高填方，加寬結(jié)合部補強時，各地一般采用3檔9錘（部分5錘--6錘），平均沉降量100mm，近期部分路段采用3檔18--20錘的補強方案，路基平均沉降量一般180--200mm以上，如十天高速甘肅段，昌九高速加寬部等，據(jù)各地試驗，高填方路基3檔18--21錘補強時，后3錘累積沉降量多在20mm以上，有的30錘時，后3錘累積沉降量仍無明顯減少趨勢。遠低于高速鐵路路基后3錘累積沉降量不大于10mm的要求。

目前，VIP高速液壓夯實機已在全國各省、自治區(qū)、直轄市推廣應(yīng)用，主流機型VIP36和VIP42，主要用于橋涵背，高填方，填挖結(jié)合部，新舊路結(jié)合部，沖擊壓路機折轉(zhuǎn)處，雞爪溝等地形，鐵路路基補強或直接夯實，質(zhì)量監(jiān)督部門用于快速檢測完工路基的實際填筑質(zhì)量。
中航SD沖擊壓路機與中航VIP高速液壓夯實機配合使用，處理高填方路基補強壓實已成為當今道路施工的標配機械，填補了國內(nèi)道路建設(shè)行業(yè)的一項空白。

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