静力式压实机

静力式压实机摘要：静力式压实机分类使用方法发展动态与趋势1.压实机的简介压实机械主要用来对道路基础、路面、建筑物基础、堤坝、机场跑道等进行压实，以提高土石方基础的强度，降低透水性，保持基础稳定，使之具有足够的承载能力，不致因载荷的作用而产生沉陷。

按压实工作机构的作用原理，可以分为静力式压实机、振动压实机、小型打夯机等几种主要压实机械。

下面我们主要对静力式压实机进行讨论。

静力式压实机械：利用本身重量以及附加重量，通过碾压轮使被压实土壤或路面材料产生深度为h的永久变形。

加载时间长，有利于土壤的塑性变形。

对粘土的压实效果较好，尤其对大面积的压实效率较高，适用于大型建筑和筑路工程。

静力式压实机工作原理如右图所示：静力式压实机工作原理示意图2.静力式压实机的种类常用的静力式压实机主要有光轮压路机、轮胎压路机、羊脚碾等几种。

1.光轮压路机光轮压路机的工作装置由几个用钢板卷成或用铸钢铸成的圆柱形中空(内部可装压重材料)的滚轮组成，如图a所示:a.光轮压路机b.轮胎压路机光轮压路机按碾压轮和轮轴的数目可分为二轮二轴式、三轮二轴式和三轮三轴式三种，按机械自重的大小可分为轻型(2~6t)、中型(6~10t)和重型(10~15 t)三种。

2.轮胎压路机轮胎压路机对各种土壤都有良好的压实效果，特别是在沥青路面的压实作业中，更显示其优越的性能。

如图b所示，轮胎式压路机的轮胎前后错开排列，一般前轮为转向轮，后轮为驱动轮，前、后轮胎的轨迹有重叠部分，使之不致漏压。

3.羊脚碾羊脚碾可分为拖式和自行式两种，常用的羊脚碾多为拖式单滚羊脚碾(图c)，羊脚的尺寸和形状对土的压实质量和压实效果有直接影响，羊脚的高度和碾轮的直径之比应控制在1：8~1：5之间。

羊脚碾的特点是单位面积的压力大，压实效果和压实深度均较同质量的光轮压路机高。

为使羊脚经久耐用，在羊脚的尖端部位常堆焊一层耐磨锰钢。

各种羊脚的外形，如图d所示。

c.拖式单滚羊脚碾d.羊脚的外形3.静力式压路机的使用静力式压路机的特点是循环延续时间长，材料应力状态的变化速度不大，但应力较大。

静力式压路机广泛用土方、砾石、碎石和柏油混凝土路面的压实功课中。

静力式压路机是用静作用压实原理，哄骗压路机自身行驶的滚轮对被压材料颁行反复压的机械。

靠碾压轮自重及荷重所产生的静压力直接作用于铺筑层上，使土壤等被压材料的固体颗粒相互靠紧，形成具备肯定是强度和稳定性的整体结构。

即靠机械自身的重力所产生的静压力来完成压实事情。

适用于道路、广场等垫层的压实。

且不伤路面，适用于道路、广场等垫层的压实。

3.1路基压实作业的一般方法首先，根据路基土质特性和所选用的压路机压实功能，确定适宜的压实厚度。

然后，测定土壤的含水量。

其次，压路机驾驶员应在作业前，检查和调整压路机各部分及作业参数，保证压路机正常的技术状况和作业性能。

3.2路基压实的作业步骤1)初压：是指对铺筑层进行的最初1～2遍的碾压作业。

2)复压：是指继初压后的5～8遍作业。

3)终压：是指继复压之后，对每一铺筑层竣工前所进行的1-2遍碾压作业。

3.3路基压实作业的原则1)先轻后重：是指开始时先使用轻型压路机进行初压，然后再换重型压路机进行复压。

2)先慢后快：是指压路机碾压速度随碾压遍数增加而逐渐加快。

3)先边后中：是指碾压作业中始终坚持从路基两侧开始，逐渐向路基中心移动的碾压原则，以保证路基设计拱形和防止路基两侧的塌落。

3.4路基压实作业中的注意事项1)碾压时，相邻碾压轮应相互重叠20～30cm。

2)压实作业时，应随时掌握压实层的含水量，只有在最佳含水量时，压实效果才最好。

3)保证当天铺筑，当天压实。

4)碾压中，土体出现“弹簧”现象，应立即停止碾压，并采取相应措施，待含水量降低后再进行碾压。

对于局部“弹簧”现象，也应及时处理，不然会造成路基强度不均，留下隐患。

5)碾压时，若压实层表层出现起皮、松散、裂纹等现象，应及时查明原因，采取措施处理后再继续碾压6）碾压作业中，应随时注意路基边坡及铺筑层土体的变化情况，出现异常，及时处理，以免发生陷车或翻车事故。

7)遇到死角或作业场地狭小的地段，应换用机动性好的小型压实机械，予以压实。

8)每班作业结束后，应将压路机驶离新铺筑的路基，选择硬实平坦、易于排水的地段停放。

4.技术发展动态与趋势压实作为强化工程结构物基础堤坝及路面铺装层的主要手段，早已为工程建设专家们所熟知和应用。

采用机械进行有效地压实，能显著地改善基础填方和路面结构层的强度、刚度，提高其抗渗透能力和气候稳定性，在大多数情况下可以消除沉陷，从而提高了工程的承载能力和使用寿命，并且大大减少了工程维修费用。

压实机械发展至今，经历了一个温长而富有哲理的历史时期。

在探讨压实机械未来的发展趋势时，我们不得不回顾历史走过的脚步，从而弄清楚推动压实机械发展的支撑、背景和动力是什么。

4.1历史脚步是压实机械发展进程的轨迹世界上最早出现的压实方法是踩踏、揉搓和捣实。

早在远古时代的先民们就曾利用牛羊畜群的蹄足对土壤的踩踏、揉搓和捣实作用来压实水坝和河堤，这就是近代羊足碾的起源。

夯实和冲击压实方法也很早就有应用，中国古代利用石夯进行堤坝压实的情景，直到今天这种压实方法在我国农村还有应用，这就是现今动态压实方法的起源。

压路机作为压实机械中最主要的机种，则经历了温长的发展和演变。

早先出现的压路机是拖式的，这要追溯到18世纪初制造的畜力牵引式光轮碾。

至于用圆石制成的石碾则在中国可以追溯到更为古老的年代，我们的祖先在一千多年前就创造了用人力或畜力拖动的石滚，它其实就是拖式压路机的雏形。

19世纪的工业革命席卷了西方，欧洲最早制造出了蒸汽机驱动的拖拉机。

随后在1862年就研制成了以蒸汽机为动力的自行式三轮压路机（如图e所示），并于1865年投产。

美国是最早开展土壤压实理论及方法研究的国家。

20世纪初，他们的一些研究机构对道路的沉陷及其它一些结构缺陷进行了研究，并且从理论上和实践上作出了解决方案。

同时，负责修建水坝、军用机场的美国工程兵和负责灌溉工程的联邦垦务局也对土壤压实作了研究。

在这一段时期，美国的工程师们开发成功了世界第一台拖式羊足碾、第一台内燃压路机和第一台轮胎压路机。

e.第一台蒸汽式压路机f.内燃式两轮压路机世界第一台羊足碾诞生于大约1905年的加利福尼亚州，当时是为建筑土坝而设计的，用马拉着进行压实作业。

当内燃机一出现时，美国人便敏感到蒸汽机是如何的不适宜，他们于1919年研制成了内燃机为动力的压路机（如图f所示）。

一个偶然的机会，工程师们在填土工地上观察到了汽车轮子的压痕，并据此原理于1940年发明了轮胎压路机（如图g所示），从而出现了有别于刚性滚轮的柔性压实方法。

g.轮胎压路机h.振动压路机以上这些压路机都是静作用式的，为了增加压实效果，在相当长的时间主要是依赖于增加压路机的重量来实现的。

最大的拖式轮胎压路机曾重达200t，而在20世纪40至50年代，50~70t的轮胎压路机曾被普遍用于建筑飞机场、道路和堤坝。

振动压实技术和振动压实机械的出现是压实机械发展史上一个划时代的贡献。

从此压实效果的增长不再是简单地依赖于压路机重量或线压力的增大，同时也把压实过程中的振动参数和振动方式的研究从一个高峰推向了另一个高峰。

在20世纪30年代初，德国在修建公路网时使用了由劳森豪森公司首创的一台拖拉机牵引的1.5t振动平板压实机和一台25t的推土机式振动压实机。

世界第一台拖式振动压路机出现在40年代，但真正大量投放市场是在50年代初。

一开始发展的振动压路机吨位较小，主要用于压实砂石粒料，并且品种很少，总体技术性能较差。

随着振动压实理论研究的深入，避振材料和振动轴承制造技术日臻完善，振动压路机（如图h所示）在60年代迅速占领了世界压实机械市场。

其机型也从小型向中、大吨位发展，同时出现了拖式振动、单轮振动、双轮振动、组合振动、手扶振动及羊足式和凸块式的振动压路机等许多品种，其应用范围也扩大到了包括粒料、粘性土壤及沥青混凝土压实，以及深层的和薄层的、大型的和小型的等几乎所有的压实工作。

到70年代初，振动压路机在国际市场的销售总量中已占到60%以上的份额，到世纪末这一数据早已突破了70%，振动压路机成了压实机械制造厂商的主导产品。

20世纪70年代压实机械发展史上的一个重要变革是迅速而普遍地推广应用了静液压传动和液压控制技术。

到70年代末，压路机特别是在振动压路机上，机械传动在国外绝大多数被液压传动所取代。

随着电液控制技术在振动压路机上的应用，使得振动参数的调整成为可能，从此出现了调频、调幅的振动压路机，为压实工作参数的优化调节和随机监控创造了条件。

4.2理论研究是压实机械技术创新的支撑土工材料的压实是一个物理力学的综合作用过程，这相比其它土方机械的作业理论而言要复杂得多。

这不仅是因为被碾压材料的结构成份和物理力学性能随机性很强，还因为压实作业不仅要有生产效率指标，而更突出的是要有压实质量指标。

一般说来，压实机械的生产效率和压实质量是一对矛盾的两个方面，而影响机械生产效率和压实质量的是各种技术参数以及适宜的压实施力方法。

理论研究的任务在于根据工况条件如何使这些技术参数达到最佳组合，和创造新的压实施力方法如果说早晨的压实技术从仿生学（畜群踩踏）开始，到发现轮胎的柔性压实机械和减振理论的应用就完全来自人们自发的科研成果。

牛顿力学为压实机械与施工对象相互作用的研究提供了条件，现代动力学则为机械振动的应用和避振奠定了理论基础。

压实机械对土壤施加能量的方法及施加能量的大小，使压实效果有很大的差别。

现代压实技术所采用的压实方法可归纳为静压力、揉搓力、振动力、捣实力、冲击力五种形态。

相对应路机、振动压路机、捣实压路机与冲击压路机五种作业原理的压路机，以及振动夯、冲击夯与蛙式夯实机械。

无论是刚性轮压实还是轮胎压实，其静压力载荷对铺层材料的影响深度都是很有限的。

机械振动在压实工作中的应用，使得压实理论和压实机械产生了一次飞跃。

随着压路机发出的高频振动，振动波能在铺层材料内沿着纵深方向持续扩散和传播。

目前，振动技术已被广泛应用到压实作业，但其基础理论的研究尚有不同的学术流派。

对土壤振动压实从理论上阐述，已经有土壤共振学说、重复击实学说、内摩擦力减少学说和土壤液化学说几种。

无论是从那一种学说来研究，都能从物理学原理上说明一定的问题，但又都远未达到无懈可击的程度。

这就导致了许多振动压实技术上的关键问题，不得不以实验为基础去寻求答案，同时也说明振动压实理论的研究还有很大的发展空间。

现代压实技术和压实机械的发展将会愈来愈多地依靠理论上的新突破，并成为创造全新压实过程的理论支撑。

压实理论的研究显示出了更浓厚的综合性特点，即从工作介质的材料特性、力学基础、施工方法及机器结构、运动学与动力学的综合角度来研究压实作业过程。