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振动压实路基的缺陷采用液压夯实补强

时间:2018-11-27 16:37:52

1、振动压实机械的振动形式对压实效能的影响

 激振器是安装在压实机械上用以产生激振力的机械装置,激振器工作时能使被激物体获得一定形式和大小的振动量,激振器的振动形式对压实效果形象很大。

1.1圆振动

圆振动激振器广泛应用于振动压路机,小型振动平板夯等振动压实机械。圆振动激振器为单偏心轮结构。偏心轮回转时,离心力(F)方向始终为远离回转中心的方向,呈360°回转,在机器重力的共同作用下,质心轨迹类似扁圆形,称之为圆振动,圆振动其实就是人们熟知的偏心物体的圆周运动,激振力就是离心力,偏心轮质心的相位角相差180°时,离心力的方向与初始位置时相反,质心位于回转中心对侧,所以也可以称其为广义的往复运动。激振器驱动与其连接成一体的压实部件(如振动夯的夯板,压路机的压实轮)振动,通过压实部件传递力和运动,压实作业时,圆振动激振器的力可以分解为垂直方向和水平方向的振动力,显而易见,激振器的水平力使压实部件及被激颗粒摆动,这种偏离垂直方向的运动,干扰弱化了其垂直方向的作用,同时又对邻近的构筑物及人畜造成危害,由于在一个振动周期中,压实部件仅在很短时间内处于垂直或基本垂直的运动状态,其余时间段内水平运动或水平运动的趋势明显,因此对土体的颗粒的有效作用明显偏低。

由于圆振动激振器工作时的摆动,导致机器运行不平稳,一般振幅很小。

1.2垂直振动

垂直振动激振器采用成对偏心轮结构,左右偏心轮反向同步回转,偏心轮回转时,左右偏心轮水平方向的离心力(F1.F2)相互抵消,左右偏心轮垂直方向的离心力的合力通过压实部件激励土体颗粒。力的方向和激振器的运动方向始终垂直于铺层,业内称之为垂直振动,垂直振动的振形就是简单的直线往复运动,人们熟知的直接意义的振动。该激振器可旋转任意角度使用,对铺层产生不同影响,业界内近年来推崇的所谓垂直振动压路机,振荡(水平振动)压路机,智能振动压路机等,差异在于该型激振器摆放角度不同。

 

由于垂直振动激振器没有圆振动激振器的水平扰动作用,所以在激振量(频率,振幅激振力)相同时,垂直振动压实机械的压实厚度和生产率显著优于圆振动压实机械,对邻近的构筑物的不利影响小于圆振动的压实机械,节能效果也很明显,某型20T级垂直振动压路机在粘性膨胀土壤上,往返两次,压实度即可超过97%,该机可达到的压实度比圆振动压路机高5%-10%,压实效率高1倍以上,压实厚度增1倍以上,综合节能70%以上。

2、振动压实机械振动量对路基土体的作用

振动压路机主要依靠机器重力压实土体,安装在挖掘机上的液压振动夯实机主要依靠挖掘机下压力和机器重力压实土体,振动是往复运动,作用是激励土体颗粒运动,以降低压实阻力,激振力无压实作用。  

激振器的振动量对激励效果有直接影响,振幅是振动的强度,振幅越大,影响深度越大,振动频率距离土体固有的频率越接近激励效果越好(对邻近设施及邻近土体的破坏力也大),一般土体松散时频率低,土体硬时频率高。激振力能与振幅匹配即可,垂直振动的激振力过大时是浪费,圆振动的激振力过大时不仅浪费,还会破坏已压实土体,可以假设,某压路机的振幅趋于零时,激振力再大也不会有任何作用。

对于某一具体压实机械而言,振幅是固定的(双振幅或单振幅),是机器结构所决定的,振动频率和激振力是可变的,频率的提高与供油量的增加成正比,激振力与频率的平方成正比,可见,提高激振力很容易。

用于路基压实的单钢轮重型振动压路机的振幅一般小于2mm,振动频率20--24 Hz。这种高频小振幅的振动作用在土体中的衰减很快,越往深层压实阻力越大、因此决定了某压实层内的土体颗粒必然是上密下疏(静压也是如此)。由若干层上密下疏土体简单合成的路基,层间结合力低,整体均匀性差,对动载荷十分敏感,不经有效补强或充分自然沉降后即铺路面时,分层碾压路基根本不可能具有稳定性,振幅甚微频率极高的小微型平板夯对土体无冲击作用,不属于实际意义夯类产品。按现行施工标准要求,用振动平板夯,小型振动压路机等机具压实桥台背等重点部位属于自欺欺人。

为了进一步了解振动对土体的作用,列举众所周知的应用实例:建跨海大桥时,移动桩锤(激振器结构原理完全同垂直振动压实机械)可将数百吨的套筒沉入海底,也可以将其拔出,沉桩时主要依靠重力,拔桩时主要依靠起重机,振动仅起松土作用,降低打拔桩阻力。振动打拔桩的理论基础是土体液化理论。倘若振动对土体具有密实作用时,前人不可能发明振动桩锤这种打拔桩机械,地震也不可能将房屋堤坝震垮。

3、振动压实路基的后续补强

  振动压实本质上仍属于重力压实,碾压(滚压)工艺的主要弱点是单位面积的压实功小,克服阻力的能力低,达不到足以使路基土体稳定的水平,分层碾压路基稳定性差是该项筑路技术的固有缺陷,仅在碾压力量上做文章是难以克服的。

近期,市场上又热捧某型80t振动压路机,据称可替代冲击压路机对高速公路碾压达标路基补强。该型振动压路机实际质量32t,压实轮重力200kn,激振力600kn,圆振动,有人竟然将垂直向下的重力与呈360°回转的离心力按标量直接相加后宣称80t。这种荒谬加法在业界相当流行,并且同时出自专家权威之口。京石高速望都段加宽部的台阶处用所谓80t压路机补强后,YP402高速液压夯实机3档9击后的沉降量95mm,15击后的沉降量158mm。

自古以来,碾压技术仅用于浅表处理。分层碾压路基只有经过自然力的充分实效或高强度的动力(动态力)补压增强方可趋于稳定,减少工后沉降。

依靠自然力,路基充分沉降稳定后铺设路面在中国是行不通的。堆土预压及类似技术具有一定效果,但时间长,成本高,弃土难以处理,也可归类于时间换质量。

对于分层碾压成型路基可进行高强度的动力补强,这种补强不是重组置换,也不是简单压缩,应是在不破坏既有路基整体结构的前提下,进一步压缩土体的同时,消除或弱化层内均匀性差,层间结合力低等固有缺陷以及人为缺陷。通过对路基整体化的处理,提高路基的承载能力和稳定性。

 

强夯是目前压实强度最大的动力压实机械,但是强夯用于分层碾压路基补强时将产生剪切,破坏了既有路基的结构,不宜用于成型路基补强。

冲击压路机是一种以夯为主,夯碾集合的高强度动力压实机械。冲击压路机的补强效果已得到业内普遍认可,冲击压路机的主要弱点是:作业盲区大,具有较大水平力,易破坏邻近构筑物。

哈威YP高速液压夯实机恰好是哈威YP冲击压路机的外延和补充。

高速液压夯实机不是传统意义的夯---举高砸地的重块,高速液压夯实机是一种压实原理全新的机电液一体化的新型高强度重力压实机械。锤体落下后通过缓冲传力装置夯击压在地面的夯板,机器重力(净力)与冲击力(动态力,变力)的合力(动态力)通过夯板压缩土体。称之为动力压实。相对于直接夯实,具有冲击力峰值小,作用时间长,作用柔和,不易剪切较硬实土体等特点。

西方发达国家及中国高铁广泛使用的evd动态变型模量测试仪是一种模拟车辆通过时的动载荷路基填筑质量测试仪器。高速液压夯实机的结构形式与工作原理同evd动态变型模量测试仪。也可以理解为高速液压夯实机是evd动态变型模量测试仪基本部分的模化放大。但是,高速液压夯实机对土体的压强是evd动态模量测试仪的数十倍。

据大量公开数据,YP40高速液压夯实机(夯击势能36kj)用于高速公(铁)路碾压达标路基补强时(按3档9锤计),有效压实深度2m,影响深度4m,对压实度96%的桥背过渡区补强时,正常碾压区沉降量100mm以上,桥台邻近部位沉降量200--300mm。YP40高速液压夯实机在京港澳高速公路(G4)加宽做工程新旧路结合部补强作业,夯点瞬时的沉降量已达180mm,业主组织的现场试验中3档9锤补强后新旧路基结合部沉降245mm。

使用YP40高速液压夯实机对桥涵背,高填方,加宽结合部补强时,各地一般采用3档9锤(部分5锤--6锤),平均沉降量100mm,近期部分路段采用3档18--20锤的补强方案,路基平均沉降量一般180--200mm以上,如十天高速甘肃段,昌九高速加宽部等,据各地试验,高填方路基3档18--21锤补强时,后3锤累积沉降量多在20mm以上,有的30锤时,后3锤累积沉降量仍无明显减少趋势。远低于高速铁路路基后3锤累积沉降量不大于10mm的要求。

 

目前,YP高速液压夯实机已在全国各省、自治区、直辖市推广应用,主流机型YP40YP40,主要用于桥涵背,高填方,填挖结合部,新旧路结合部,冲击压路机折转处,鸡爪沟等地形,铁路路基补强或直接夯实,质量监督部门用于快速检测完工路基的实际填筑质量。

哈威YP冲击压路机哈威YP高速液压夯实机配合使用,处理高填方路基补强压实已成为当今道路施工的标配机械,填补了国内道路建设行业的一项空白。

 

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