高速液压夯实机在台背回填中的应用

以冲击压实为代表的高效路基压实技术在1995年进入中国后得到了广泛的应用，在提高普通路基填筑质量和填筑效率方面效果显著。作为冲击压路机生产企业的郑州中航在实际运用中发现冲击压路机存在作业盲区较大，对邻近构造物破坏力大的缺点，于是提出，需要一种能与冲击压路机配合使用的高强度、高效率、可贴近敏感构造物施工的特殊部位压实设备。
经过郑州中航不懈的努力，无数次研发、生产、实验、改良，历经数年——VIP系列高速液压夯实机应运而生，高速指该设备夯击频率高，在最大行程下的夯击频率不低于30次/分钟；夯实指该设备夯击势能大，锤体质量3~5吨，额定夯击势能36~60千焦。

截止目前，除港澳台特区外，全国所有省份、自治区、直辖市均已推广使用中航VIP高速液压夯实机，其应用领域已扩展至普通公路、快速路、高速公路的新建与改扩建、高铁、水利、机场、工民建地基、市政、军事设施等。

1）结构与工作原理

自由落锤式（单作用）：液压缸将锤体提升至指定高度后释放，锤体依靠重力作用下落；锤体落下后通过锤击打下锤体与夯板的组件，驱动预压在地面的夯板压实土体。

郑州中航工程设备有限公司VIP系列高速液压夯实机全部采用强制落锤技术。

可见，按机械产品的结构特征，高速液压夯实机可归类于夯实机械；按其对地面的作用形式，高速液压夯实机属动力压实机械。

1. 压实机理

高速液压夯实机是一种利用机器重力和锤体变力的合力压缩土体的压实机械。高速液压夯实机对土体的压实方法称为“动力压实法”，简称“动压法”。动力指动态力，变力。
动力压实技术是区别静力（重力）压实的基础上，施加更大的动态力提高压实效果；振动压实是利用振动效应增强静力碾压的效果；冲击压实是高频率交替的夯击与变力（静力与变力的合力，仍属变力）碾压；夯实是锤体以最大速度直接击打对地面，具有冲击大﹑衰减快的典型特征。
动力压实利用变力和机器重力的合力压缩土体。动力压实与夯实均具有冲击，但前者是从静态加速，冲击力的峰值小得多且持续时间长，后者是以最大速度冲击地面，冲击力的峰值大得多且衰减快。若有夯实法（强夯）补强碾压达标桥台背或成形路基，锤体对土体的强力剪切拍破坏了土体结构；锤体正面高速压缩土体的同时，向周边高速挤土，产生强烈的剪切波，破坏力大。
动力压实技术可以实现：用于路床（96区及以上）补强时，是不在破坏原有土体结构的前提下适度提高土体的密实度和均匀度；用于路基补强（93区及填筑质量偏低的96区）时是否剪切按需；用于基底及软弱路基处理时剪切作用显著，与强夯相似。用高速液压夯实机破碎相交的既有水泥混凝土路面，拆除夯板后，锤头外伸部位（设计值130mm）可将路面砸透砸碎；装上夯板后只能分解已经活动断裂的大板块。可见，处理硬实物体时夯击与动压的效果差异显著。
3）技术优势
路基土体被压实的过程中抗力（承载力）不断增大，继续压缩土体必须同时具备三个条件：
足够的作用力： 考虑到力在非刚性物体内的衰减较快，单位面积的作用力（压力﹑压强）必须显著大于土体形变抗力。
足够的能量：  土体颗粒的位移及挤压变形需要消耗能量。压实设备必须在需要的时间内向受压土体释放出足够的能量（有效功），而不是压实设备具有多大能量。
足够的作用时间： 土体颗粒受力后的运动﹑力向深层的传递﹑能量的释放均需要适当的作用时间周期，抵抗土体颗粒压缩后的弹性恢复也需要时间。

压路机之所以只能用于薄层和表层压实，是因为其行走作业，没有足够的时间和能量影响深度（还有其它原因）。冲击力及能量巨大的强夯机在对比试验中为何不及VIP42高速液压夯实机（详见下文)，这是因为面对硬实地面（96区），强夯机重锤以最大末速度高速撞击地面，重锤落地反弹，作用力峰值衰减快﹑作用时间短，巨大的能量并未充分释放在对土体的作用上。
高速液压夯实机与强夯机的根本性区别在于重锤与土体之间设置了惯性较大的下锤体及夯板组件，将冲击能转换为压力能，接地的夯板从零开始加速，至最高点后逐渐衰减。作用力峰值小﹑作用时间长﹑能量释放充分，压实土基这种硬度不高的非刚性体时不易产生横波（水平波﹑剪切波）。因此高速液压夯实机可靠近大多公路构造物（如桥台等）压缩更厚的土体。高速液压夯实机对土体的高频率连续作用使压缩土体趋于稳定。
高速液压夯实机的结构形式和技术特征决定了该产品具有高强度压缩路基土体的功能，可大范围调整工作参数决定了该产品能够适应路基的不同部位及不同的填筑阶段的处理要求，高速液压夯实机满足上述三个必要条件，在高速公路路基补强和特殊部位处理中具有显著优势。
郑州中航工程设备有限公司VIP42高速液压夯实机的各性能参数是依据前期应用确定的，又经各地多种条件下的试验验证。标准配置的VIP42高速液压夯实机既可完成对路床的补强，也能完成对软弱路基﹑基底的剪切置换，可满足公路﹑铁路路基施工各阶段不同要求。特殊需要（如提高或消除剪切效果）可略调配置，没有必要选用更大级别机型。
3、用途及应用范围
目前，国内主要使用高速液压夯实机对分层碾压达标路基进行补强，部分用于基底及软弱路基的置换处理等。以普遍使用的VIP42高速液压夯实机为例，3挡6～12击对96区补强时，各地应用证明：有效压实深度2m以上，影响深度6m以上。根据国内大多省市区的验证，特别是业主﹑监理﹑施工方均认为可靠达标的优质试验段（压实度96％以上）进行的补强试验，使用VIP42高速液压夯实机补强后，普遍沉降100mm以上，部分大于200mm，少量50～100mm。
另据部分省市区进行的11～16t强夯机与VIP42高速液压夯实机补强效果对比试验，VIP42高速液压夯实机的补强效果（沉降量﹑生产率等）显著优于对比强夯机。
基于各地应用情况及高速液压夯实机具有机动灵活﹑可大范围调整压实强度等特点，其应用范围大致可归纳为：传统压实设备难达到要求的部位及难以施工的部位﹑现行施工技术成本过高或效率过低的部位。广东一业主单位总工程师更是一针见血:中国公路哪有不合格的，这个设备就是用来解决不合格的问题。
现阶段，高速液压夯实机主要应用于桥涵背﹑新旧路结合部﹑高填方﹑填挖结合部﹑不良土填层﹑鸡爪沟等部位补强，替代强夯进行置换处理，以及人为缺陷或其它缺陷（如雨季浸水疏松等）的补救。
4 、施工技术
施工参数应通过试验段确定。一般认为，为了适当控制成本，高速液压夯实机的补强沉降量显著大于常规处理的工后沉降即可，或者预期的公路大中修前不因此出现大的病害。

5、与常规施工技术对比

自古以来，碾压技术仅用于浅表处理。当今考古发现，四千年前的夏朝都城遗址为夯土，两千年前修筑的中国第一条高速公路——秦直道的填方段也为夯土，夯土具有稳定性。

高速液压夯实机对于分层碾压成形路基进行的高强度动力补强，是以其影响范围内的十余碾压层或更多的碾压层作为一体进行高强度整体化处理，不是置换，更不是简单压缩。应是在不破坏既有路基整体结构的前提下，进一步压缩土体的同时，消除或弱化层内均匀性差、层间结合力低等固有缺陷及人为缺陷。通过对路基的整体化处理，提高土体的密实度和均匀度，从而提高路基承载能力和稳定性。

1. 土工格栅

部分加宽公路在新旧路结合部采用了土工格栅技术，延缓或弱化新旧路基差异沉降导致的错位、开裂等公路病害，近期效果较好，但并未根治该部位路基软弱问题，实际上隐患未除。

数千及上万千焦的大型强夯机在填海等类似工程中的作用是难以替代的，但不适合公路路基处理。路基处理较多使用5~16t小、中型强夯机（200~1000KJ）。

京哈高速辽宁沈铁段成形路基新旧路结合部对比试验，16t强夯机3击沉降量不足70mm，VIP42高速液压夯实机3档12击沉降量~200mm以上，16t强夯机连续作业时的效果不及YP40的1/3，如果算上时间成本，16t强夯机的生产效率远不如VIP42；江西昌九高速九江附近局部加宽时进行了对比试验，11t强夯机的直观效果远不及VIP42高速液压夯实机。

完工路基进行加载预压（含真空预压）可加速工后沉降，是成熟有效的施工技术，但极其落后，可用高速液压夯实机的动力压实技术代替。

VIP系列高速液压夯实机的动力压实可实现对土体的高强度、高频率的反复挤压，能量释放集中、强大，与碾压（含振动碾压）的作用机理及效果差异很大。各地应用表明，高速液压夯实机对填料类型及规格的敏感程度较低。

天津地区建筑材料困乏，为控制成本，大量使用山皮土和农田土掺石灰，桥背加大石灰比例，大中桥背另加砼柱，效果不甚理想。其技术顾问认为，继续提高掺灰比例成本提高，效果不理想，提高土体压实密度才能有效提高路基强度，建议使用中航VIP高速液压夯实机补强压实。

黑龙江、吉林高寒地区成功将YP高速液压夯实机用于冻土路基处理。

上海洋山港三期集装箱堆放区内径~2m的排水管两侧填砂灌水后用YP40压实（填厚3m以上），效果良好，管道内观察，击打管壁无可见变形。

    一般而言，材料及聚合工艺一定时，固体聚合物的强度主要取决于密度，对于公路路基，即土体压实密度，高速液压夯实机可将已经压实合格的土体机械压缩3%--10%，对土体强度的增强效果显而易见，

   标准配置的VIP42高速液压夯实机3档9锤补强稳定合格的96区时沉降量50--100mm，无论施工是否按照标准，检测如何精确，桥涵背96区补强沉降量接近或大于150mm的部位存在质量缺陷是无异的。理由是，96区土体的抗压强度的差异不可能很大，高速液压夯实机施工参数相同（击实强度和击实功一定）时路基沉降量差异不可能如此之大。

据各地大量实验，桥背96区补强后沉降100mm以上，超过200mm也属于常见，可是实测夯击点压实度却又不同程度下降（极个别提高），高铁路基用evd检测仪检测时指标也有下降，这是因为目前常用测试方法及仪器仅适用于薄层碾压的上半部分或表面，而高速液压夯实机将数米后的土体压缩重组后从上到下更加均匀化，虽土体密度平均值提高了，单最高点可能弱化了，压实度等指标下降不足为怪，除非基底硬实，填层较薄，采用标准砂砾，从下到上均可靠达标的低填路段，压实度才可能保持或有所上升，因此，用压实度这种局部评价指标衡量整体效果未必科学，高速液压夯实机补强后整平补压，直接检测压实度即可。

高速液压夯实机具有提高路基质量的实际能力毋庸置疑，能否保证质量取决于它的管理者和操作者。