压实机械的应用及工作原理

1.压实的作用

压实机械用于公路、铁路、机场、港口和堤坝等建设工程的压实作业。

在建设公路时，路基土壤和路面铺层都要进行逐层压实，这样公路才能使用。路基土壤压实的目的在于减小土壤的间隙，增加土壤的密实度，提高路基的抗压强度和稳定性，使其达到规定的承载能力。路面铺层压实的目的在于提高被压材料的密实度，使其达到规定的压实度，以抵抗在其上行驶车辆等物体的动力影响，以及雨雪的侵蚀。

在筑路过程中，路基和路面压实效果的好坏，将直接关系到公路的质量和使用寿命。

2.压实方法

按压实工作机构的作用原理，压实机械有以下几种主要压实方法（压实原理见图1-21）。

图1-21　压实原理示意

Q—静压力；F—振动力；P—剪切力；H—落下高度；h—永久变形。

（1）静力作用滚压法

压路机滚轮沿被压实面往返滚动运行，滚轮分配质量的静压力作用，使被压实层达到压实，见图1-21（a）。这类压实机械包括各种光轮压路机、轮胎压路机和拖式压路机等。

（2）振动作用滚压法

压路机滚轮高频振动对被压实层做快速反复冲击并与滚轮的滚压相结合，振动力和滚轮分配质量的静压力综合作用，使被压实层达到压实，见图1-21（b）。这类压实机械包括各种自行式振动压路机、拖式振动压路机和手扶式振动压路机等。

（3）振荡作用滚压法

压路机滚轮高频振荡（摆动）对被压实层做快速反复冲击并与滚轮的滚压相结合，振荡力矩产生的剪切力和滚动分配质量的静压力综合作用，使被压实层达到压实，见图1-21（c）。这类压实机械包括自行式振荡压路机和具有振荡功能的多功能压路机。

（4）夯实法

利用压实机构从一定高度落下产生的冲击夯实力使被压实层达到压实，见图1-21（d）。这类压实机械包括各种内燃式打夯机、电动式打夯机及冲击式压路机。

（5）振动夯实法

压实机构高频振动，同时以冲击夯实力和振动力作用，使被压实层达到压实，见图1-21（e）。这类压实机械包括振动平板夯和快速冲击夯等。

另外，压实机械按压路机行驶方式可分为自行式、拖式和手扶式三种；按压路机滚轮的外部结构可分为光轮、凸块轮、羊脚轮和充气轮胎式等。

3.压实机械的使用范围

1）静力作用压路机

（1）光轮压路机

光轮压路机的滚轮是圆柱形筒体，以压路机滚轮分配质量的重力压实筑路材料铺层，而且滚轮可加沙或水等一定质量的配重，改变其滚轮线压力。滚轮未加配重时，压路机为最小工作质量，滚轮加足配重后，压路机为最大工作质量，这样可扩大压路机的应用范围。其外形如图1-22所示。

图1-22　三轮二轴式光轮压路机

光轮压路机按工作质量可分为轻型、中型、重型和超重型，其使用范围见表1-7。(https://www.xing528.com)

表1-7　光轮压路机使用范围

（2）轮胎压路机

轮胎压路机机动性好，调运方便，压实作业时筑路材料与轮胎同时变形，全压力作用时间长、接触面积大，并有揉合作用，压实效果好，适用于压实黏性土及非黏性土，如黏土、砂黏土和砂砾土等。其外形如图1-23所示。

图1-23　轮胎压路机

（3）羊脚压路机

羊脚压轮能提高对黏土表面的作用力，且能破碎土层中坚硬的团块，压实深度大而均匀，因而有很好的压实效果和较高的生产率。羊脚压路机用于黏性土分层压实，而不适用于非黏性土和高含水量土的压实。

（4）凸块式压路机

凸块式压路机又称压实机，具有圆柱形筒状的滚轮，在其上焊有多排对称状的凸块，与羊脚滚轮羊脚的结构布置相似，但凸块高度较低，个数较少。静力式凸块压路机最大工作质量可达40 t，压实铺层厚度可达0.3 m。这种压路机可高速工作，凸块对被压材料产生附加冲击荷载，凸块对土壤也有挤压和揉合作用，它的生产率（m3/h）通常比羊脚压路机高，而且压实面层的质量比羊脚压路机更加均匀和密实。凸块式压路机适用于大型黏土工程及垃圾的压实，所以其代替羊脚压路机已是一种趋势。其外形如图1-24所示。

图1-24　凸块式压路机

2）振动压路机

振动压路机种类很多，使用范围广。光轮振动压路机（见图1-25）最适用于压实非黏性土壤、碎石、块石、堆石、沥青混凝土及各种类型和厚度的沥青铺层，这种压路机不起振时可作为静力式压路机使用。羊脚或凸块式振动压路机既可压实非黏性土，又可压实含水量不高的黏土和细颗粒砂砾石，以及碎石和土的混合料。振动凸块式压路机比静力式凸块压路机能压实更厚的铺层，其压实的铺层厚度可达0.4 m。

图1-25　轮胎驱动单钢轮振动压路机

振动压路机适用于高等级路面的面层和基层压实，其压实面层的密实度和平整度超过静力式压路机，对可碾压的水泥混凝土材料（RCC材料）也能很好地压实。

振动压路机使用范围见表1-8。

表1-8　振动压路机使用范围

注：●表示适用，□表示可用。

3）夯实机械

夯实机械分为振动夯实机械和冲击夯实机械，其体积小、质量轻，主要用于狭窄工作面的土层、石碴的压实。振动夯实机械用于非黏性土、砾石、碎石的压实，而冲击夯实机械或夯实板则适用于黏土、砂质黏土和灰土的夯实作业。

冲击式压路机（见图1-26）的出现引起了工程界极大的关注。南非Aubrey Berrange首创了能获得巨大冲击力（理论计算可达40 kN）、影响深度可达2.5 m的高效冲击式压路机，它的压实轮形状有三边、四边、五边和六边形，有实体、空体和可充填式十几个机种。它对土方压实能产生极强的冲击波，具有地震波的传播特性，大大提高了土方嵌锁的紧密程度，减少了路堤施工后的沉降变形；它对更宽含水量土壤压实适应性好，尤其对干旱地区（中国中西部岩土层）更具优势；它还能够实现自检压实，通过低频、大振幅、高能量冲击土体，使其由弹塑性状态变为弹性复原状态，在路床下形成一个2 m左右厚的连续稳定加强层，而表面则凭借所获得的沉降量直观地检测原路基的压实质量，并在这种检测中使其得到补压，即称之为“检测性增强补压”。这种大面积100%的检测是其他任何路基检测手段力所不及的，也是其他压路机不可比拟的。总之，该机种非常适用于公路建设，实现稳地基、强路床、薄面（简称强基薄面）的压实作业。对于其他如机场、土石坝等基础设施建设，这种方式也是提高工程质量的有效压实手段。

图1-26　冲击式压路机