冲击碾压机械的冲击碾压施工原理及应用
冲击碾压是岩土工程压实技术的最新进展。冲击碾压机械由牵引车带动非圆形轮滚动,多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业,形成高振幅、低频率的冲击压实原理。目前以30KJ三边形双轮冲击碾压机械使用最多,冲击轮重量16T,行驶最佳速度为12km/h,对地面产生集中冲击力250~300t,相当于1543~1883kPa。
冲击碾压机械的技术特性决定较现行常规振动压路机不同的压实工艺,不采纳现有压路机压半轮或部分重叠碾压的施工方法,而是以冲击力向土体深层扩散分布的性状,提出新的冲击碾压方法与施工工艺。该机的工作原理如下:当牵引车拖动冲击轮向前滚动时,冲击轮重心离地高度高低交替变更,并在能量机构的作用下,产生集中的冲击能量向前、向下碾压,宏大的冲击波通过弧形轮次序连续地冲击地面,使路面受到强大的冲击力达到破碎或压实目标。在工作过程中,冲击轮每旋转一周,重心抬高和下降次数和冲击轮的形状有关,对地面也产生的冲击和振动次数也和冲击轮有关。
冲击作用进程可分为2个阶段:
01
第一阶段——储能过程
冲击轮从重心最低状态向重心最高状态过渡。在牵引力作用下,冲击轮依附与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动,重心开始上移,牵引动力转化成冲击轮的势能和动能,在这一进程中缓冲机构开始作用,使蓄能器的缓冲液压缸压缩,蓄能器蓄能,具体表现为压实轮的运动滞后于机身运动。
02
第二阶段——能量释放进程
冲击轮从重心最高状况向重心最低状况过渡。当冲击轮的重心处于最高点向前转动时,冲击轮的势能开始转化为动能,蓄能器缓冲液压缸伸张,蓄能器中的压力能释放,一起转化为冲击轮的动能。具体表现为压实轮的运动快于机身的运动,这样来补偿前一阶段滞后的位移,而且由于冲击论的特别结构中心除了有向前的线速度外,还有一个向下的线速度,直至冲击论的另一条曲线的低点接触地面时,向下的线速度达到最大,动能达到最大,当冲击轮另一条曲线与地面接触时开始对地面产生冲击夯实作用。冲击碾压机械行驶两次为一遍。每次冲击力按冲碾轮触地面积边缘与地表以一定的夹角向土体内分布。
施工过程中,每遍第二次的单轮由第一次两轮内边距中央通过,当第二遍的第一次冲碾后,马上第一遍的间隙全部碾压。第三遍再回复到第一遍的位置冲碾,依次进行至最终遍数。冲击碾压机械一般行驶按顺时针与逆时针方向每五遍进行交换作业。各种土石路基冲碾20~40遍可以使路基形成厚1.0~1.5m的平均加固层。
冲击碾压最显著的特点是压实轮形状为非圆柱形,即三边、四边、五边和六边形,这种压实轮有一系列交替排列的凸点和平整的冲击面。冲击压实同时
具有静力、搓揉、振夯、冲击的作用和静压振动压(低幅高频)冲击压(高幅低频)的冲击压实原理。使用中采纳拖车牵引,使非圆柱多边形的压实双轮滚动前进,压实轮凸点与冲击平面产生交替抬升与落下,使压实轮产生势能和动能,对地面产生集中的冲击能量,连续快速地对填料或地面产生夯击作用,对填料或地面进行碾压与压实并具有地震波的传播特性。
冲击碾压利用低频大振幅冲击力作用于填料体,并快速、连续周期性地作用,产生强烈的冲击波向地基下深层传播,对地下软弱土层,尤其是对非粘性饱和土可大大加速孔隙水的消散,提高土的固结速度。
根据实际工地提供实践资料证明,冲击碾压技术具有以下性能特点
01
对填料含水量要求较宽
传统的压实方法要求填料具有最佳的含水量,而冲击碾压对填料含水量要求较宽,可在上下两个方向放宽3%~5%。基本上回填天然土刮平后就可以进行碾压,特别是干旱或半干旱地区其优越性更为明显。这些地区填料天然含水量很低,有的几乎为0%~1%,只需表面洒少量水冲击碾压就可碾压,大大减少压有用水,降低了施工费用。
02
填方厚度大、影响深度大
传统的压实方法其填方必须对原地表进行处理后再分层填料碾压,每层填料厚度为0.3~0.5m,施工周期长、成本高。而冲击压实技术可在原地面(旧公路)直接碾压后进行填料碾压,每层填料厚度达0.6~1m以上,取代了开挖换土和分薄层碾压的方法,实现了高效率施工。
03
压实速度快、效率高
冲击碾压每小时的碾压压实面积是传统压路机的4倍,而其压实体积
是传统压路机的8倍,在大作业场地碾压施工更能充分发挥快速的功能。
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