振動壓路機的壓實性能研究

賈西圣+劉泰赟+朱勝勇

摘要我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市道路等基礎工程建設投入逐漸增大。道路建設常用的振動壓路機是常用的道路建設設備，它是一種理想的可以滿足道路建設需要的道路壓實設備。振動式壓路機的壓實性能影響著道路建設質量，關乎城市市政建設水平。文章首先分析研究土體和壓實性能之間的關系，結合振動壓路機的壓實原理，研究分析了影響振動壓路機的壓實性能因素，提出提高壓實性能的建議，對于振動壓路機的壓實性能研究具有重要意義。

關鍵詞振動壓路機；壓實；原理；措施

中圖分類號：U415 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0154-01

我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，國內各項基礎工程逐漸擴大，市政工程建設成為我國城市發(fā)展的重要內容。道路建設機械必不可少，常用的道路壓實設備就有振動壓路機。它是壓路機四大類型之一，在道路建設中起到增加道路填充物料的密實度、壓實道路路面的作用。振動式壓路機在城市道路建設、港口機場建設、水利水電工程建設等施工中發(fā)揮了重要作用。而振動壓路機的壓實性能直接影響了以上各種工程的工程質量。因此開展壓路機的壓實性能研究對于提高我國各種工程建設質量顯得尤其重要。了解振動式壓路機的壓實原理，分析影響壓路機壓實性能的因素，有助于提高壓路機的壓實效果，進而提高工程建設質量，是工程建設施工管理的客觀要求，是現(xiàn)代工程建設的主要研究內容。

1土體壓實性能

土體的性質與壓實性能息息相關。常用工程建設用物料中的土體有砂子、黏土、礫石等。土體性質由其物理特性決定，包括顆粒直徑、密度、形狀、含水率、顆粒內聚力和內摩擦力、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；含水率影響著土體的稠度，當含水率超過某一值后土體會呈現(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)時即為塑性下限；土體顆粒間存在內聚力和內摩擦力等作用力，這些力相應作用，使顆粒間存在粘結、抗剪切、摩擦等現(xiàn)象，當顆粒間存在相對位移時，這些力會對該位移產(chǎn)生阻擋作用。要改變顆粒間隙，必須對其施加足夠大的外力，足以達到顆粒位移所需要的能量消耗后，顆粒間才會發(fā)生相對位移而改變顆粒間隙。而影響這些內力的因素有很多，例如土體種類、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。因此同一條件下實現(xiàn)的壓實效果也不同。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。在壓實過程中，土壤的各種物理特性與壓實作業(yè)機械的作業(yè)方式、能量消耗密切相關。

一般認為，對土體的壓實作用主要是為了實現(xiàn)：消去土體間隙、減少土體滲透率、避免因水進入而產(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、土體結構保持穩(wěn)定、具有足夠強度以應對使用中所承受的載荷等目標。因此有必要引進壓實度這一概念，壓實度是土體被壓實后的密度和土體原本密度之比值。壓實度是衡量土體壓實程度的指標，反應了壓實性能的高低，是工程質量的重要內容。

2振動壓路機壓實原理、影響壓實性能的因素和提升壓實性能措施

振動壓路機一般的基本結構包括車體、動力裝置、傳動裝置、轉向裝置、駕駛裝置、制動裝置、振動裝置以及鋼輪等。振動壓路機作業(yè)時，首先，動力裝置（發(fā)動機）提供動力，經(jīng)由傳動裝置和轉向裝置為振動裝置內的偏心振動器提供旋轉運動的動力，偏心振動器在一定轉速下旋轉，旋轉使偏心振動器產(chǎn)生離心力，這個離心力形成了對振動裝置的干擾，在干擾力的作用下，會使振動壓路機的鋼輪產(chǎn)生一次振動，鋼輪在垂直方向上會對路面的物料產(chǎn)生一次沖擊。由于偏心振動器持續(xù)旋轉，使振動裝置產(chǎn)生持續(xù)振動，鋼輪在某一頻率下對路面物料持續(xù)傳遞沖擊力產(chǎn)生壓實作用，實現(xiàn)路面壓實，各裝置協(xié)同作業(yè)，共同完成壓實過程。

振動壓路機的壓實原理即為利用偏心振動器的旋轉使振動裝置對路面產(chǎn)生持續(xù)的沖擊力，這種壓實原理結構簡單、實現(xiàn)方便，避免了壓路機自重的限制影響路面的壓實效果，實現(xiàn)了壓實效果不再靠單純增加壓路機自重而提高壓實效果的方法。對于這種振動式的壓實途徑，目前對其理論的基礎研究方向主要有以下幾種。

1）共振理論。共振理論認為，若振動壓路機的振動頻率與路面物料固有頻率相同時，即產(chǎn)生壓路機和物料產(chǎn)生共振，這種壓實效果最好。但由于物料的頻率變換，實現(xiàn)共振較為困難。

2）重復擊實理論。重復擊實理論認為，振動壓路機的周期頻率影響著壓實效果，即高頻振動作用下的壓實效果要比重復載荷作用的效果。

3）內部摩擦理論。內部摩擦理論認為，振動壓實的過程中，受壓物料內部摩擦力受振動影響而降低，導致物料間剪切強度和抗壓阻力減小，實現(xiàn)了物料的壓實。

4）物料流態(tài)理論。物料流態(tài)理論認為，振動壓實時，物料遭受高頻沖擊會導致顆粒間的內聚力和內摩擦里降低，物料呈現(xiàn)類似液體的流態(tài)化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象使顆粒間隙減少，顆粒相互積聚，達到壓實效果。

振動壓實過程簡單，但壓實作用卻是復雜的隨機過程。影響振動壓實的因素包括多種?？偨Y可分為振動壓路機因素和材料因素兩大類，如含水率、土體材料類型、振動特性和工作速度等。

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

因此，需結合并優(yōu)選合理的振動壓路機參數(shù)和材料參數(shù)，才能獲得最優(yōu)的壓實性能。

3結束語

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

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