振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能研究

賈西圣+劉泰赟+朱勝勇

摘要我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市道路等基礎(chǔ)工程建設(shè)投入逐漸增大。道路建設(shè)常用的振動(dòng)壓路機(jī)是常用的道路建設(shè)設(shè)備，它是一種理想的可以滿(mǎn)足道路建設(shè)需要的道路壓實(shí)設(shè)備。振動(dòng)式壓路機(jī)的壓實(shí)性能影響著道路建設(shè)質(zhì)量，關(guān)乎城市市政建設(shè)水平。文章首先分析研究土體和壓實(shí)性能之間的關(guān)系，結(jié)合振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)原理，研究分析了影響振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能因素，提出提高壓實(shí)性能的建議，對(duì)于振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞振動(dòng)壓路機(jī)；壓實(shí)；原理；措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U415 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）11-0154-01

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)各項(xiàng)基礎(chǔ)工程逐漸擴(kuò)大，市政工程建設(shè)成為我國(guó)城市發(fā)展的重要內(nèi)容。道路建設(shè)機(jī)械必不可少，常用的道路壓實(shí)設(shè)備就有振動(dòng)壓路機(jī)。它是壓路機(jī)四大類(lèi)型之一，在道路建設(shè)中起到增加道路填充物料的密實(shí)度、壓實(shí)道路路面的作用。振動(dòng)式壓路機(jī)在城市道路建設(shè)、港口機(jī)場(chǎng)建設(shè)、水利水電工程建設(shè)等施工中發(fā)揮了重要作用。而振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能直接影響了以上各種工程的工程質(zhì)量。因此開(kāi)展壓路機(jī)的壓實(shí)性能研究對(duì)于提高我國(guó)各種工程建設(shè)質(zhì)量顯得尤其重要。了解振動(dòng)式壓路機(jī)的壓實(shí)原理，分析影響壓路機(jī)壓實(shí)性能的因素，有助于提高壓路機(jī)的壓實(shí)效果，進(jìn)而提高工程建設(shè)質(zhì)量，是工程建設(shè)施工管理的客觀要求，是現(xiàn)代工程建設(shè)的主要研究?jī)?nèi)容。

1土體壓實(shí)性能

土體的性質(zhì)與壓實(shí)性能息息相關(guān)。常用工程建設(shè)用物料中的土體有砂子、黏土、礫石等。土體性質(zhì)由其物理特性決定，包括顆粒直徑、密度、形狀、含水率、顆粒內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力、塑形和稠度等特性。其中，土體的塑形指：在外力作用下土體發(fā)生變形，而外力消失后土體形狀繼續(xù)保持的性質(zhì)；含水率影響著土體的稠度，當(dāng)含水率超過(guò)某一值后土體會(huì)呈現(xiàn)液化狀態(tài)，這一含水率值即為塑性上限，反之為固體狀態(tài)時(shí)即為塑性下限；土體顆粒間存在內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力等作用力，這些力相應(yīng)作用，使顆粒間存在粘結(jié)、抗剪切、摩擦等現(xiàn)象，當(dāng)顆粒間存在相對(duì)位移時(shí)，這些力會(huì)對(duì)該位移產(chǎn)生阻擋作用。要改變顆粒間隙，必須對(duì)其施加足夠大的外力，足以達(dá)到顆粒位移所需要的能量消耗后，顆粒間才會(huì)發(fā)生相對(duì)位移而改變顆粒間隙。而影響這些內(nèi)力的因素有很多，例如土體種類(lèi)、顆粒尺寸、塑性和含水率等。不同的土體，其各種參數(shù)也不同。因此同一條件下實(shí)現(xiàn)的壓實(shí)效果也不同。土體中包含固體、液體和氣體，三種形態(tài)的物質(zhì)共同填充了土體所占空間，固體間隙由液體和氣體充填。在壓實(shí)過(guò)程中，土壤的各種物理特性與壓實(shí)作業(yè)機(jī)械的作業(yè)方式、能量消耗密切相關(guān)。

一般認(rèn)為，對(duì)土體的壓實(shí)作用主要是為了實(shí)現(xiàn)：消去土體間隙、減少土體滲透率、避免因水進(jìn)入而產(chǎn)生土體的軟化膨脹等現(xiàn)象、在日后使用中保持土體形狀基本一致、土體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定、具有足夠強(qiáng)度以應(yīng)對(duì)使用中所承受的載荷等目標(biāo)。因此有必要引進(jìn)壓實(shí)度這一概念，壓實(shí)度是土體被壓實(shí)后的密度和土體原本密度之比值。壓實(shí)度是衡量土體壓實(shí)程度的指標(biāo)，反應(yīng)了壓實(shí)性能的高低，是工程質(zhì)量的重要內(nèi)容。

2振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)原理、影響壓實(shí)性能的因素和提升壓實(shí)性能措施

振動(dòng)壓路機(jī)一般的基本結(jié)構(gòu)包括車(chē)體、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置、駕駛裝置、制動(dòng)裝置、振動(dòng)裝置以及鋼輪等。振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)時(shí)，首先，動(dòng)力裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)）提供動(dòng)力，經(jīng)由傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)向裝置為振動(dòng)裝置內(nèi)的偏心振動(dòng)器提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，偏心振動(dòng)器在一定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)使偏心振動(dòng)器產(chǎn)生離心力，這個(gè)離心力形成了對(duì)振動(dòng)裝置的干擾，在干擾力的作用下，會(huì)使振動(dòng)壓路機(jī)的鋼輪產(chǎn)生一次振動(dòng)，鋼輪在垂直方向上會(huì)對(duì)路面的物料產(chǎn)生一次沖擊。由于偏心振動(dòng)器持續(xù)旋轉(zhuǎn)，使振動(dòng)裝置產(chǎn)生持續(xù)振動(dòng)，鋼輪在某一頻率下對(duì)路面物料持續(xù)傳遞沖擊力產(chǎn)生壓實(shí)作用，實(shí)現(xiàn)路面壓實(shí)，各裝置協(xié)同作業(yè)，共同完成壓實(shí)過(guò)程。

振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)原理即為利用偏心振動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)使振動(dòng)裝置對(duì)路面產(chǎn)生持續(xù)的沖擊力，這種壓實(shí)原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，避免了壓路機(jī)自重的限制影響路面的壓實(shí)效果，實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)效果不再靠單純?cè)黾訅郝窓C(jī)自重而提高壓實(shí)效果的方法。對(duì)于這種振動(dòng)式的壓實(shí)途徑，目前對(duì)其理論的基礎(chǔ)研究方向主要有以下幾種。

1）共振理論。共振理論認(rèn)為，若振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)頻率與路面物料固有頻率相同時(shí)，即產(chǎn)生壓路機(jī)和物料產(chǎn)生共振，這種壓實(shí)效果最好。但由于物料的頻率變換，實(shí)現(xiàn)共振較為困難。

2）重復(fù)擊實(shí)理論。重復(fù)擊實(shí)理論認(rèn)為，振動(dòng)壓路機(jī)的周期頻率影響著壓實(shí)效果，即高頻振動(dòng)作用下的壓實(shí)效果要比重復(fù)載荷作用的效果。

3）內(nèi)部摩擦理論。內(nèi)部摩擦理論認(rèn)為，振動(dòng)壓實(shí)的過(guò)程中，受壓物料內(nèi)部摩擦力受振動(dòng)影響而降低，導(dǎo)致物料間剪切強(qiáng)度和抗壓阻力減小，實(shí)現(xiàn)了物料的壓實(shí)。

4）物料流態(tài)理論。物料流態(tài)理論認(rèn)為，振動(dòng)壓實(shí)時(shí)，物料遭受高頻沖擊會(huì)導(dǎo)致顆粒間的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦里降低，物料呈現(xiàn)類(lèi)似液體的流態(tài)化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象使顆粒間隙減少，顆粒相互積聚，達(dá)到壓實(shí)效果。

振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程簡(jiǎn)單，但壓實(shí)作用卻是復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程。影響振動(dòng)壓實(shí)的因素包括多種?？偨Y(jié)可分為振動(dòng)壓路機(jī)因素和材料因素兩大類(lèi)，如含水率、土體材料類(lèi)型、振動(dòng)特性和工作速度等。

含水率指土體在100℃以上烘干至重量不變時(shí)失水量與初始土體重量之比。含水率過(guò)高或過(guò)低都不利于土體的壓實(shí)。不同的工程類(lèi)型，所要求的土體的類(lèi)型也不盡相同，在工程施工中，選擇合適的土體材料類(lèi)型是達(dá)到工程壓實(shí)要求的前提。振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)特性直接影響了振動(dòng)壓實(shí)性能。振動(dòng)特性包括振幅和振頻，這兩個(gè)重要參數(shù)主要來(lái)源于振動(dòng)壓路機(jī)的性能參數(shù)，振頻是單位時(shí)間振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)材料產(chǎn)生的沖擊壓實(shí)次數(shù)，振幅體現(xiàn)了振動(dòng)壓路機(jī)沖擊壓實(shí)材料的能量大小，振幅和振頻都不是越大越好，合適的振幅和振頻才能對(duì)材料壓實(shí)作用達(dá)到最優(yōu)。最后，工作速度是振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)行走速度，一般的行走速度越慢，壓實(shí)性能越好，但這樣也降低了工程施工效率。

因此，需結(jié)合并優(yōu)選合理的振動(dòng)壓路機(jī)參數(shù)和材料參數(shù)，才能獲得最優(yōu)的壓實(shí)性能。

3結(jié)束語(yǔ)

本文首先分析研究土體和壓實(shí)性能之間的關(guān)系，結(jié)合振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)原理，研究分析了影響振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能因素，提出結(jié)合并優(yōu)選合理的振動(dòng)壓路機(jī)參數(shù)和材料參數(shù)，才能獲得最優(yōu)的壓實(shí)性能的建議。本文對(duì)于振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)性能研究具有重要意義。

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