高速液壓夯實機在臺背回填中的應用

以沖擊壓實為代表的高效路基壓實技術在1995年進入中國后得到了廣泛的應用，在提高普通路基填筑質量和填筑效率方面效果顯著。作為沖擊壓路機生產企業的鄭州中航在實際運用中發現沖擊壓路機存在作業盲區較大，對鄰近構造物破壞力大的缺點，于是提出，需要一種能與沖擊壓路機配合使用的高強度、高效率、可貼近敏感構造物施工的特殊部位壓實設備。
經過鄭州中航不懈的努力，無數次研發、生產、實驗、改良，歷經數年——VIP系列高速液壓夯實機應運而生，高速指該設備夯擊頻率高，在最大行程下的夯擊頻率不低于30次/分鐘；夯實指該設備夯擊勢能大，錘體質量3~5噸，額定夯擊勢能36~60千焦。

截止目前，除港澳臺特區外，全國所有省份、自治區、直轄市均已推廣使用中航VIP高速液壓夯實機，其應用領域已擴展至普通公路、快速路、高速公路的新建與改擴建、高鐵、水利、機場、工民建地基、市政、軍事設施等。

1）結構與工作原理

自由落錘式（單作用）：液壓缸將錘體提升至指定高度后釋放，錘體依靠重力作用下落；錘體落下后通過錘擊打下錘體與夯板的組件，驅動預壓在地面的夯板壓實土體。

鄭州中航工程設備有限公司VIP系列高速液壓夯實機全部采用強制落錘技術。

可見，按機械產品的結構特征，高速液壓夯實機可歸類于夯實機械；按其對地面的作用形式，高速液壓夯實機屬動力壓實機械。

1. 壓實機理

高速液壓夯實機是一種利用機器重力和錘體變力的合力壓縮土體的壓實機械。高速液壓夯實機對土體的壓實方法稱為“動力壓實法”，簡稱“動壓法”。動力指動態力，變力。
動力壓實技術是區別靜力（重力）壓實的基礎上，施加更大的動態力提高壓實效果；振動壓實是利用振動效應增強靜力碾壓的效果；沖擊壓實是高頻率交替的夯擊與變力（靜力與變力的合力，仍屬變力）碾壓；夯實是錘體以最大速度直接擊打對地面，具有沖擊大﹑衰減快的典型特征。
動力壓實利用變力和機器重力的合力壓縮土體。動力壓實與夯實均具有沖擊，但前者是從靜態加速，沖擊力的峰值小得多且持續時間長，后者是以最大速度沖擊地面，沖擊力的峰值大得多且衰減快。若有夯實法（強夯）補強碾壓達標橋臺背或成形路基，錘體對土體的強力剪切拍破壞了土體結構；錘體正面高速壓縮土體的同時，向周邊高速擠土，產生強烈的剪切波，破壞力大。
動力壓實技術可以實現：用于路床（96區及以上）補強時，是不在破壞原有土體結構的前提下適度提高土體的密實度和均勻度；用于路基補強（93區及填筑質量偏低的96區）時是否剪切按需；用于基底及軟弱路基處理時剪切作用顯著，與強夯相似。用高速液壓夯實機破碎相交的既有水泥混凝土路面，拆除夯板后，錘頭外伸部位（設計值130mm）可將路面砸透砸碎；裝上夯板后只能分解已經活動斷裂的大板塊。可見，處理硬實物體時夯擊與動壓的效果差異顯著。
3）技術優勢
路基土體被壓實的過程中抗力（承載力）不斷增大，繼續壓縮土體必須同時具備三個條件：
足夠的作用力： 考慮到力在非剛性物體內的衰減較快，單位面積的作用力（壓力﹑壓強）必須顯著大于土體形變抗力。
足夠的能量：  土體顆粒的位移及擠壓變形需要消耗能量。壓實設備必須在需要的時間內向受壓土體釋放出足夠的能量（有效功），而不是壓實設備具有多大能量。
足夠的作用時間： 土體顆粒受力后的運動﹑力向深層的傳遞﹑能量的釋放均需要適當的作用時間周期，抵抗土體顆粒壓縮后的彈性恢復也需要時間。

壓路機之所以只能用于薄層和表層壓實，是因為其行走作業，沒有足夠的時間和能量影響深度（還有其它原因）。沖擊力及能量巨大的強夯機在對比試驗中為何不及VIP42高速液壓夯實機（詳見下文)，這是因為面對硬實地面（96區），強夯機重錘以最大末速度高速撞擊地面，重錘落地反彈，作用力峰值衰減快﹑作用時間短，巨大的能量并未充分釋放在對土體的作用上。
高速液壓夯實機與強夯機的根本性區別在于重錘與土體之間設置了慣性較大的下錘體及夯板組件，將沖擊能轉換為壓力能，接地的夯板從零開始加速，至最高點后逐漸衰減。作用力峰值小﹑作用時間長﹑能量釋放充分，壓實土基這種硬度不高的非剛性體時不易產生橫波（水平波﹑剪切波）。因此高速液壓夯實機可靠近大多公路構造物（如橋臺等）壓縮更厚的土體。高速液壓夯實機對土體的高頻率連續作用使壓縮土體趨于穩定。
高速液壓夯實機的結構形式和技術特征決定了該產品具有高強度壓縮路基土體的功能，可大范圍調整工作參數決定了該產品能夠適應路基的不同部位及不同的填筑階段的處理要求，高速液壓夯實機滿足上述三個必要條件，在高速公路路基補強和特殊部位處理中具有顯著優勢。
鄭州中航工程設備有限公司VIP42高速液壓夯實機的各性能參數是依據前期應用確定的，又經各地多種條件下的試驗驗證。標準配置的VIP42高速液壓夯實機既可完成對路床的補強，也能完成對軟弱路基﹑基底的剪切置換，可滿足公路﹑鐵路路基施工各階段不同要求。特殊需要（如提高或消除剪切效果）可略調配置，沒有必要選用更大級別機型。
3、用途及應用范圍
目前，國內主要使用高速液壓夯實機對分層碾壓達標路基進行補強，部分用于基底及軟弱路基的置換處理等。以普遍使用的VIP42高速液壓夯實機為例，3擋6～12擊對96區補強時，各地應用證明：有效壓實深度2m以上，影響深度6m以上。根據國內大多省市區的驗證，特別是業主﹑監理﹑施工方均認為可靠達標的優質試驗段（壓實度96％以上）進行的補強試驗，使用VIP42高速液壓夯實機補強后，普遍沉降100mm以上，部分大于200mm，少量50～100mm。
另據部分省市區進行的11～16t強夯機與VIP42高速液壓夯實機補強效果對比試驗，VIP42高速液壓夯實機的補強效果（沉降量﹑生產率等）顯著優于對比強夯機。
基于各地應用情況及高速液壓夯實機具有機動靈活﹑可大范圍調整壓實強度等特點，其應用范圍大致可歸納為：傳統壓實設備難達到要求的部位及難以施工的部位﹑現行施工技術成本過高或效率過低的部位。廣東一業主單位總工程師更是一針見血:中國公路哪有不合格的，這個設備就是用來解決不合格的問題。
現階段，高速液壓夯實機主要應用于橋涵背﹑新舊路結合部﹑高填方﹑填挖結合部﹑不良土填層﹑雞爪溝等部位補強，替代強夯進行置換處理，以及人為缺陷或其它缺陷（如雨季浸水疏松等）的補救。
4 、施工技術
施工參數應通過試驗段確定。一般認為，為了適當控制成本，高速液壓夯實機的補強沉降量顯著大于常規處理的工后沉降即可，或者預期的公路大中修前不因此出現大的病害。

5、與常規施工技術對比

自古以來，碾壓技術僅用于淺表處理。當今考古發現，四千年前的夏朝都城遺址為夯土，兩千年前修筑的中國第一條高速公路——秦直道的填方段也為夯土，夯土具有穩定性。

高速液壓夯實機對于分層碾壓成形路基進行的高強度動力補強，是以其影響范圍內的十余碾壓層或更多的碾壓層作為一體進行高強度整體化處理，不是置換，更不是簡單壓縮。應是在不破壞既有路基整體結構的前提下，進一步壓縮土體的同時，消除或弱化層內均勻性差、層間結合力低等固有缺陷及人為缺陷。通過對路基的整體化處理，提高土體的密實度和均勻度，從而提高路基承載能力和穩定性。

1. 土工格柵

部分加寬公路在新舊路結合部采用了土工格柵技術，延緩或弱化新舊路基差異沉降導致的錯位、開裂等公路病害，近期效果較好，但并未根治該部位路基軟弱問題，實際上隱患未除。

數千及上萬千焦的大型強夯機在填海等類似工程中的作用是難以替代的，但不適合公路路基處理。路基處理較多使用5~16t小、中型強夯機（200~1000KJ）。

京哈高速遼寧沈鐵段成形路基新舊路結合部對比試驗，16t強夯機3擊沉降量不足70mm，VIP42高速液壓夯實機3檔12擊沉降量~200mm以上，16t強夯機連續作業時的效果不及YP40的1/3，如果算上時間成本，16t強夯機的生產效率遠不如VIP42；江西昌九高速九江附近局部加寬時進行了對比試驗，11t強夯機的直觀效果遠不及VIP42高速液壓夯實機。

完工路基進行加載預壓（含真空預壓）可加速工后沉降，是成熟有效的施工技術，但極其落后，可用高速液壓夯實機的動力壓實技術代替。

VIP系列高速液壓夯實機的動力壓實可實現對土體的高強度、高頻率的反復擠壓，能量釋放集中、強大，與碾壓（含振動碾壓）的作用機理及效果差異很大。各地應用表明，高速液壓夯實機對填料類型及規格的敏感程度較低。

天津地區建筑材料困乏，為控制成本，大量使用山皮土和農田土摻石灰，橋背加大石灰比例，大中橋背另加砼柱，效果不甚理想。其技術顧問認為，繼續提高摻灰比例成本提高，效果不理想，提高土體壓實密度才能有效提高路基強度，建議使用中航VIP高速液壓夯實機補強壓實。

黑龍江、吉林高寒地區成功將YP高速液壓夯實機用于凍土路基處理。

上海洋山港三期集裝箱堆放區內徑~2m的排水管兩側填砂灌水后用YP40壓實（填厚3m以上），效果良好，管道內觀察，擊打管壁無可見變形。

    一般而言，材料及聚合工藝一定時，固體聚合物的強度主要取決于密度，對于公路路基，即土體壓實密度，高速液壓夯實機可將已經壓實合格的土體機械壓縮3%--10%，對土體強度的增強效果顯而易見，

   標準配置的VIP42高速液壓夯實機3檔9錘補強穩定合格的96區時沉降量50--100mm，無論施工是否按照標準，檢測如何精確，橋涵背96區補強沉降量接近或大于150mm的部位存在質量缺陷是無異的。理由是，96區土體的抗壓強度的差異不可能很大，高速液壓夯實機施工參數相同（擊實強度和擊實功一定）時路基沉降量差異不可能如此之大。

據各地大量實驗，橋背96區補強后沉降100mm以上，超過200mm也屬于常見，可是實測夯擊點壓實度卻又不同程度下降（極個別提高），高鐵路基用evd檢測儀檢測時指標也有下降，這是因為目前常用測試方法及儀器僅適用于薄層碾壓的上半部分或表面，而高速液壓夯實機將數米后的土體壓縮重組后從上到下更加均勻化，雖土體密度平均值提高了，單最高點可能弱化了，壓實度等指標下降不足為怪，除非基底硬實，填層較薄，采用標準砂礫，從下到上均可靠達標的低填路段，壓實度才可能保持或有所上升，因此，用壓實度這種局部評價指標衡量整體效果未必科學，高速液壓夯實機補強后整平補壓，直接檢測壓實度即可。

高速液壓夯實機具有提高路基質量的實際能力毋庸置疑，能否保證質量取決于它的管理者和操作者。