淺議藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)

李　力

摘要：本文系統(tǒng)的總結(jié)了藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：淺議 藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)

1 概述

20世紀(jì)50年代，南非共和國Berrange先生以全新的設(shè)計(jì)理念，一改近一個(gè)世紀(jì)以來傳統(tǒng)壓路機(jī)的設(shè)計(jì)思路，將壓實(shí)輪由圓形改為非圓形，創(chuàng)設(shè)出連續(xù)式?jīng)_擊壓實(shí)技術(shù)及其設(shè)備，在壓實(shí)作業(yè)中將連續(xù)的沖擊、碾壓、揉壓和剪切效能作用于土石體，從而獲得深層壓實(shí)效果，被國際工程機(jī)械行業(yè)視為壓實(shí)機(jī)械發(fā)展史中的重大革命。

2 藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)原理

藍(lán)派沖擊式壓實(shí)機(jī)由牽引機(jī)和壓實(shí)輪兩部分組成，壓實(shí)輪采用非圓截面形狀。

（圖1 藍(lán)派沖擊壓實(shí)作用原理示意圖）外形為多邊形，如三邊形、四邊形或五邊形等，作業(yè)中牽引機(jī)帶動(dòng)壓實(shí)輪滾動(dòng)過程中，壓實(shí)輪輪廓曲線從最小半徑處起步，隨后接觸點(diǎn)半徑逐步增大，壓實(shí)輪與地表的接觸面積逐漸減小，地表作用在壓實(shí)輪上的支持力逐步增大，此時(shí)呈現(xiàn)支持力大于重力的一段作用過程即揉壓過程，壓實(shí)輪對(duì)地表施以越來越大的揉壓力，當(dāng)其滾動(dòng)至最大半徑處，出現(xiàn)一瞬間支持力等于重力的碾壓過程，在這段揉壓碾壓過程中其動(dòng)能等于壓實(shí)輪平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能之和，隨即便是壓實(shí)輪滾動(dòng)至下一輪瓣輪廓曲線最小半徑處，此時(shí)沖擊輪沿垂直方向的線加速度遠(yuǎn)大于重力加速度，壓實(shí)輪沖擊地表土體，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于沖擊輪自重的沖擊作用，迫使被壓實(shí)材料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。在這種“揉壓—碾壓—沖擊”的綜合作用下土石顆粒重新組合，強(qiáng)迫排出土石顆粒之間的空氣和水，細(xì)顆粒逐漸填充到粗顆?？紫吨?，使被壓實(shí)材料產(chǎn)生永久性殘余變形，從而使土體得到壓實(shí)。

對(duì)于藍(lán)派沖擊式壓實(shí)機(jī)，壓實(shí)輪主要?jiǎng)恿⒅聦?duì)壓實(shí)機(jī)工作特性有很大的影響，主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

2.1 壓實(shí)輪重量 沖擊壓實(shí)輪對(duì)土壤的壓實(shí)作用有沖擊、揉壓和碾壓三部分組成，在保證其它參數(shù)不變的情況下，壓實(shí)輪自重越大，所產(chǎn)生的沖擊力也越大，而自重對(duì)揉壓、碾壓的作用更大，因此在能夠保證作業(yè)速度的前提下，壓實(shí)輪重量越大越好。但壓實(shí)輪重量的增加會(huì)大大提高對(duì)牽引機(jī)的要求。

2.2 壓實(shí)輪輪瓣數(shù)量 輪瓣數(shù)量直接影響壓實(shí)輪的形狀和重心落距，瓣數(shù)越少，則落距越大，壓實(shí)輪在同等質(zhì)量和同等運(yùn)行速度的前提下就會(huì)獲得更大的沖擊力，但瓣數(shù)過少會(huì)造成壓實(shí)輪滾動(dòng)翻起的阻力增大，影響作業(yè)效率，并對(duì)牽引機(jī)造成很大的沖擊。因此輪瓣數(shù)一般為3～5個(gè)。

2.3 作業(yè)速度 對(duì)于常規(guī)振動(dòng)壓路機(jī)，壓實(shí)功與作業(yè)速度成反比，這是因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)荷載作用時(shí)間越長(zhǎng)，則向深層傳遞的效果越顯著，因此在同樣的動(dòng)荷載作用下，作用時(shí)間越長(zhǎng)越好，但藍(lán)派沖擊壓實(shí)機(jī)與常規(guī)振動(dòng)壓路機(jī)不同，作業(yè)速度越高，輪瓣在下落過程中受到的加速度就越大，由此產(chǎn)生更大的動(dòng)荷載，輸出更大的壓實(shí)能量，從而對(duì)深層具有更好的壓實(shí)效果。

3 藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)處理軟弱地基上填筑路基的作用機(jī)理

藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)對(duì)土壤的壓實(shí)機(jī)理與以沖擊力為主要作用力的強(qiáng)夯加固土壤的機(jī)理相似，對(duì)于不同土壤，其壓實(shí)機(jī)理是不同的，可簡(jiǎn)單分為以下幾類：

3.1 動(dòng)力加密機(jī)理 沖擊壓實(shí)多孔隙、粗顆粒、非飽和土為動(dòng)力加密機(jī)理，即強(qiáng)大的沖擊能強(qiáng)制壓縮密實(shí)土壤，排出土壤中的空氣，使土體發(fā)生塑性變形，從而得到加密。

3.2 動(dòng)力固結(jié)機(jī)理 沖擊壓實(shí)細(xì)粒飽和土為動(dòng)力固結(jié)機(jī)理，即強(qiáng)大的沖擊能作用在飽和細(xì)粒土地基上，引起的沖擊波在地基土體內(nèi)傳播，使土壤孔隙水壓力迅速增大，破壞土的結(jié)構(gòu)使土體局部液化并產(chǎn)生許多裂隙，作為孔隙水的排水通道，孔隙水壓得以消散，使土體固結(jié)，待土體觸變恢復(fù)后強(qiáng)度提高。

3.3 動(dòng)力置換機(jī)理 沖擊壓實(shí)加固淤泥質(zhì)軟弱地基為動(dòng)力置換機(jī)理，即在軟弱地基表面根據(jù)軟基的軟弱情況鋪筑一定厚度的碎石墊層，軟基強(qiáng)度越低，鋪筑的厚度越大，然后利用沖擊壓實(shí)的巨大沖擊力將碎石整體打入淤泥成整體式置換，從而形成一定厚度的強(qiáng)度較高的持力層。

對(duì)于一種填料，沖擊壓實(shí)機(jī)的作用機(jī)理可能是一種，也可能是上述多種機(jī)理的共同作用，對(duì)于軟弱地基上填筑路基的沖擊碾壓，主要利用的是動(dòng)力置換機(jī)理，但同時(shí)對(duì)上層碎石填筑體，利用了動(dòng)力加密機(jī)理，而對(duì)下層淤泥軟弱地基，則利用了動(dòng)力固結(jié)的機(jī)理。

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4.1 作用能量大：由于藍(lán)派沖擊壓實(shí)機(jī)的特殊作用機(jī)理，其壓實(shí)是一個(gè)低頻高幅的運(yùn)動(dòng)過程，其作用頻率為1.5~2Hz，振幅為22cm，壓實(shí)輪具有很大的勢(shì)能；同時(shí)牽引機(jī)以12km/h~15km/h左右的速度運(yùn)行，壓實(shí)輪具有極大的動(dòng)能。兩種能量之和遠(yuǎn)大于常規(guī)壓實(shí)設(shè)備的作用能量，由于沖擊式壓實(shí)機(jī)的作用能量大，從而對(duì)基礎(chǔ)能夠產(chǎn)生更大的作用力，最大可達(dá)250T左右。

4.2 影響深度大：同樣因?yàn)闆_擊式壓實(shí)機(jī)的巨大作用能量，因此較常規(guī)壓實(shí)設(shè)備有更大的作用影響深度，對(duì)于原基處理，影響深度可達(dá)3~4m左右。對(duì)于填方松鋪壓實(shí)，根據(jù)不同的質(zhì)量要求，每層填料厚度可達(dá)0.8~1.5m不等。而常規(guī)振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備填料厚度僅為0.3~0.5m，因此會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)強(qiáng)度在深度方向上發(fā)生階梯狀變化，而經(jīng)沖擊式壓實(shí)機(jī)處理的基礎(chǔ)，其強(qiáng)度沿深度方向逐漸遞減，更加符合道路使用過程的基礎(chǔ)受力狀態(tài)。

重型的振動(dòng)壓路機(jī)的有效深度在0.4~0.7m之間，沖擊壓路機(jī)則在1~1.5m。圖2為京滬高速路（河北段）總結(jié)的沖擊壓路機(jī)各深度的壓實(shí)度增長(zhǎng)倍率，這是指每壓18遍后的增長(zhǎng)倍率，以曲線拐點(diǎn)相應(yīng)的深度為有效深度，其結(jié)果也是1.5m，影響深度則為4m。對(duì)填土則其層厚可達(dá)振動(dòng)壓路機(jī)的2.5~4.0倍。而在軟弱地基或飽和沙土地基上，由于孔隙水壓的傳力作用，沖擊壓實(shí)的作用深度會(huì)更大。

4.3 對(duì)填料的要求放寬：藍(lán)派沖擊壓實(shí)設(shè)備產(chǎn)生的高能量，可以加大填層厚度，從而放寬對(duì)填料粒徑級(jí)配的要求，同時(shí)對(duì)填料的含水量要求也可以適當(dāng)放寬在最佳含水量的±3%左右，對(duì)于含水量較大的填料，能夠充分增大飽和土壤的孔隙壓力，在有排水通道的情況下，加速水的消散。

4.4 基礎(chǔ)質(zhì)量高：由于沖擊式壓實(shí)機(jī)具有的上述特性，使得經(jīng)沖擊壓實(shí)設(shè)備處理后的基礎(chǔ)能夠獲得更大的沉降，差異沉降和工后沉降顯著減小，基礎(chǔ)填料密實(shí)程度提高，從而可以提高基礎(chǔ)的整體強(qiáng)度和剛度，提高基礎(chǔ)的均勻穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命。

4.5 施工效率高：由于藍(lán)派沖擊壓實(shí)設(shè)備的工作速度高，約12km/h~15km/h左右，而常規(guī)壓實(shí)設(shè)備僅為3~5km/h，同時(shí)藍(lán)派沖擊壓實(shí)設(shè)備允許有更大的填層厚度和填料粒徑，因此作業(yè)效率高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，沖擊壓實(shí)設(shè)備每臺(tái)班可壓實(shí)8，000~10，000m³，而常規(guī)壓路機(jī)每臺(tái)班只能壓實(shí)2，000~2，500m³，這對(duì)于在保證工程質(zhì)量的前提下，提高工程進(jìn)度具有重要意義。

5 結(jié)論

藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)作用能量大、影響深度大，對(duì)填料的含水量要求也可以適當(dāng)放寬在最佳含水量的±3%左右，經(jīng)沖擊壓實(shí)設(shè)備處理后的基礎(chǔ)能夠獲得更大的沉降，差異沉降和工后沉降顯著減小，基礎(chǔ)填料密實(shí)程度提高，從而可以提高基礎(chǔ)的整體強(qiáng)度和剛度，提高基礎(chǔ)的均勻穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命。施工效率高，沖擊壓實(shí)設(shè)備每臺(tái)班可壓實(shí)8，000~10，000m³，而常規(guī)壓路機(jī)每臺(tái)班只能壓實(shí)2，000~2，500m³，這對(duì)于在保證工程質(zhì)量的前提下，提高工程進(jìn)度具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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