探索冲击压路机的历史沿革
冲击压路机的发明在中国,从科学技术史和技术原理承接的角度讲,冲击压路机就是在中国古代“夯”和“碾”的基础上发展而来的。
一夯和碾是中国古代劳动人民智慧的结晶。早在4000年前的夏王朝,夯和碾就已经被用来作为分层压实土基的工具。20世纪末,考古学家对位于河南省偃师市的夏都城二里头遗址和第三代商都城遗址上都有非原地土的夯实基础。当然,远古时代的夯和碾由于年代久远、做工粗糙、缺乏更多历史记录等原因已经很难考证其具体的形状。但到了公元1世纪左右中国发明了造纸术后,在有文字记录的文献里,西汉农学家胜的《胜之书》中对“碾”就有了较为详尽的记载。“碌碡”,也就是一种用畜力牵引,碾压谷物、土壤等需要压实作业的工具。“碌碡”在当时的使用是非常普遍的。到了南朝(公元5世纪),由顾野王撰的词语书《玉篇?石部》中对“夯”有了非常明确的描述,夯在当时被称为“砣”,意为石磙上装有把柄,是一种由重力而产生冲击力作用砸实地基的工具。夯的另一种形式一“硪”也是一种靠绳索举高砸实地基的工具。“三夯一硪”的压实作业法在土工行业一直流传至今。
我们不难发现两者在工作时各具千秋。由物理学动量定理可知,夯所利用的是由重力势能经过动能而转化来的冲击力完成土基砸实工作的,它的优点表现为瞬时冲击力大,缺点是冲击作用不均匀。碾则完全是靠碾轮的重力作用完成压实工作的,它的特点和夯正好相反,优点是压实力均匀,缺点是压实力不够大。研发一种能够克服夯和碾的缺点,充分发挥夯冲击力大和碾运行平稳的优点的机器则成为了现代压路机发展的一个方向。
冲击碾压技术的应用特性
冲击压路机的开发应用,加速了岩土工程压实技术的发展,为解决路基质量隐患问题提供了一种新思路:如有效地减少路基的工后沉降与差异沉降,保证路堤的整体稳定性;对碾压成型路基的路床、路堤进行检验性追加冲碾遍数。提高了路基的整体强度与均匀性;对湿陷性黄土地基或软弱地基进行冲击碾压的填前处理,使地基满足承载力与稳定的要求;对砂石路面、水泥混凝土路面等旧路应用冲击碾压技术进行改建,可加快施工进度,达到工程质量要求等等。目前国内除极少省、市、自治区外,绝大部分外都已应用冲击碾压技术。
冲击压实减少路基工后沉降
八达岭高速公路路基填料为风化花岗岩形成的含块石细粒土砂砾,路基填筑采用VV170 40t振动压路机分层(20㎝一层)碾压。要求达到压实度93%的压实标准,下路堤压实度90%,补压冲击碾压20遍,平均下沉量S=5.4㎝,计算有效压实深度1.5m,压实度平均提高到95%。路基高度4.5m,则冲击碾压完成沉降率为5.4/450=1.2%。采用冲击碾压分层(压实厚度1.0m一层)高填方路基高34m,每层冲碾前10遍下沉量为5.5—8.5cm,11—20遍下沉2.4—3.0cm,基本上与补压路基的11—20遍下沉量2.2cm相当。
福建及湖南不同土质路基冲击碾补压20遍后,在原振动压实路基达到规定的路床压实度标准时,其下沉量为5—7㎝,并有相当部分沉降量大于7㎝,达8—12cm,则实测压实度均不符合标准。此外,对宣大高速公路湿陷性黄土按20cm一层振碾达到压实标准后,再用冲击压实机冲碾20遍,下沉量为3.9cm;填石路堤经50t振动压实达到标准后,再冲击碾压20遍,下沉4—5cm;当高填方路基用冲击压实机分层碾压每层20遍,其沉降率可达到4%—5%,可较好地解决高路堤的工后差异沉降问题。