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中国速度与中国的高速液压夯实机

在中国的公路上,车到桥头总爱 “咯噔”一下。除了偶尔“哎哟”外,似乎也无人抱怨什么。过桥吗,哪能没有过桥感。中国人太豁达了。在业界,这桥头“咯噔”称之为“桥头跳车”。是常见病,是顽疾,又是不治也无妨的小恙,所以这不能算病,似乎归类于“属性”或“特色”更贴切。
无论路人,路工,还是路主,中国人已经像 “餐餐不离农药激素”那样,习惯于享受“一路咯噔”。
1 中国速度与桥头跳车
    人所共知,桥头跳车是柔性路基与刚性桥台的差异沉降所致。桥台背作为桥台与路堤的过渡段,应应满足密实、均匀、稳定的质量要求,以实现从刚性桥台到柔性路基的平滑过渡,其中工后沉降控制是关键,填料和压实质量是重点。如能采用合适的填料并结合合理的施工工艺,使台背路基的工后沉降在规范允许范围内尽可能减小,桥头跳车问题则迎刃而解。最简单的办法就是借助老天爷的力量,路基完成后经过一个或数个雨季的自然沉降再铺路面。但是,中国需要的是中国速度,谁也耽搁不起。
    凡事有解,机械行业的做法值得借鉴。为防止金属铸件在加工后或使用中出现非正常变形,铸件露天搁置数年后加工,称之为自然时效;如等不及则采用若干工艺方法进行人工时效,效果也很好。铸件不做任何处理即加工的也有,行话“吃热的”,后果可想而知。中国公路施工(不仅仅是公路)就是习惯于“吃热的”或不得不“吃热的”。
    至于过渡,生活和生产实践中更是常见。软硬过渡、粗细过渡、刚柔过渡、强弱过渡、方圆过渡,不胜枚举。通俗地说,就是在差异体之间搭个桥;抽象地说,就是一个斜率问题;概况地说,就是处理好个体差异与整体协调的关系。路桥是科学,不是神学。
    为了解决桥头跳车问题,基层施工企业和工程技术人员提出了若干行之有效的好办法,不乏经过实践验证的高招,但并未得到重视,理由既简单又充分,它们不能适应中国速度。笔者在中国南方就曾遇到:某高填方台背长约50米,施工方要求台背处理人员必须半天内完成台背补强,否则继续回填。
    看来,若想有效解决中国公路的桥台跳车问题,首先要解决效率问题,台背处理必须能够满足总体进度要求;其次,业主们掏得起腰包;当然,最重要的还是领导重视。怕的是讳疾忌医,治得及、治得起、治得了,但死活不去治。
2 桥头跳车与高速液压夯实机
    桥头跳车问题实质上就是桥台背工后沉降量过大的问题,是公路路基工后沉降控制的研究范畴。上世纪九十年代后期,随着冲击压路机的推广应用,中国的公路建设者们已经有了能够适应中国速度的解决方案,就是研制一种作用类似于冲击压路机,能够便于处理桥台背和填挖结合部的机械设备。说白了,就是借鉴四千多年前老祖宗们已广泛应用的人工冲击夯, 搞一个能跟上时代发展的高效率的机械冲击夯。中国冲击压路机行业的先行者北京欣路特公司及中国冲击压路机的发明人贺杰教授率先提出这种设想,委托笔者设计中国的高效冲击夯。2003年初,中国的第一台高速液压夯实机在山东泰安诞生了。首台夯实机锤体质量2.5t、势能30kJ,采用5t轮式装载机作为承载设备。经交通运输部西安筑路机械测试中心检测,并结合宁夏、安徽、广东等省在建高速公路现场试验,于2004年1月在北京通过技术鉴定。
    同年,广东省购入3台国产高速液压夯实机(含第一台样机),在全长150多公里的梅河高速上全线应用,补强处理桥台背和填挖结合部,效果良好,后在全省推广应用。值得一提的是,梅河高速路基完工后恰逢雨季,雨季前未及补强的部位出现明显沉降。这是老天爷在向人们明示,中国的高速液压夯实机有能力替天行道,对土体进行“人工时效”,不能继续“吃热的”
。     后,南方数省区及北方省市的高速公路先后应用,高铁建设在应用,港口建设在应用,军用设施在应用,越来越多区域和领域在应用。河南S101一级路加宽施工中使用高速液压夯实机处理新旧路基接缝处及商铺区的不连续路基,黑龙江继而采用。又有谁能想到,水利工程人员用高速液压夯实机快速处理堤坝裂纹等病害,也收效颇丰。
    中国的高速液压夯实机跌跌撞撞地向前走,历经第一代、第二代,目前已发展到第三代。广东某机主,使用第三代高速液压夯实机,日处理台背数个,达数千平方米。
    一台机器可兼顾数十公里,每天可完成数个台背补强,问世之初即把世界王牌逼得低头让路,这算是中国速度吗?是,它的威力、效率有谁能敌!不是,它能以其幼弱之体为业主排忧,为机主赚钱,为路人造福,中国速度似乎并不包含这层意思
。    中国的高速液压夯实机毕竟在有效的基础上实现了快和省。
   作为笑料一提的是,中国第二代高速液压夯实机的制造商就是早已低头服输的世界王牌夯实机的中国唯一代理商和国内制造商。
   无论权威如何评价,不管高官如何看待,某种势正在中国的泥土地上形成。
3 高速液压夯实机与公路技术标准
    2003年秋,交通部西安筑路机械测试中心发生了一件怪事。送检的高速液压夯实机样机全力夯击30锤才勉强达到95%的压实度,而同期送检的一台小微振动碾往返数遍就轻松地超过95%的压实度。
    在场之人无不瞠目、愕然。当时的长安大学冯忠绪院长嘟囔了半句话:“看来评价指标……”。是的,指标算什么,高速液压夯实机一个锤起锤落,就能把这小爬虫的95%压实层打入18层地狱。
    贺杰教授曾撰文,用高速液压夯实机检测振碾质量。梅河高速桥台背补强控制的是锤数,注重的是沉降,只要补强的沉降量大于常规处理的工后沉降,公路质量就会显著提高。铜黄高速主要控制锤数,同时用沉降量考核前期振碾质量。这些先行者们之所以不去理会压实度,是因为大量工前试验表明,显著的沉降并未带动压实度相应提高,甚至无明显提高。笔者在2010年夏邀请贺杰教授一同到南方某高速参与试验。这是一个路基完工后经过雨季的工地,几锤过后,台背沉降达283毫米。参与试验的指挥部总工程师感叹说:“精心动魄!”。     压实度怎么啦?精心确定的高指标的压实度,为什么在高速液压夯实机面前那么不堪一击。
    先进的标准具有前瞻性。但是,任何标准制定者都不可能全面掌握相关科学技术的发展动态,更不可能未卜先知标准出台后发生的事情。因此,标准出台之日就可称其为历史。
    从现行标准的角度看高速液压夯实机,一系列数据表明,它不能显著提高压实度,是无能或低能的;从实用的角度看,它能将压实度达标的填层打下去,其效能毋容置疑且难以替代。如此以来,需要补强的恐怕不止填层了。
4 高速液压夯实机的工作原理
    高速液压夯实机是笔者给它起的中国名称,高速是指高的击打频率,英文名称是RAPID HYDRAULIC COMPACTOR(R.H.C)。高速液压夯实机是由液压桩锤演变而来,自然具有液压桩锤难以替代的若干技术优势。而这些优势恰好能够满足杨世基研究员、贺杰教授、冯忠绪院长当年对未来中国式夯实机的期望。他们的主要意思是:未来夯实机在筑路时主要用于补强,应能在不破坏土体整体结构的前提下,均匀地提高土体的密实度,从而提高土体的整体承载能力和稳定性。他们还提出,影响深度不次于25kJ冲击压路机的1.5m即可,以便配套使用。
    传统落锤是用重大金属块(或构件)以最大速度(下落末速度)击打物体,势大力沉;高速液压夯实机的锤体通过锤垫、夯板击打地面,是借势而为。这种转换,使它得到了我们所需要的功能特性。可以说,高速液压夯实机是一种刚中带柔、刚柔并济的特殊夯实机械。用直接击打地面的传统落锤来解释高速液压夯实机是欠妥的。
    高速液压夯实机是一种利用机器重力和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可称为“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于静力压实、振动压实、冲击压实、夯实等传统压实技术的新技术。
    高速液压夯实机的压实效能主要取决于锤体击打下锤体组合件时的冲量及下锤体组合件的传递能力和作用能力。一代机、一代机后期(2006年以后)、二代机、三代机的差异很大,仅用锤体质量和势能的名义值来区别是不妥的。几代产品均为强、中、弱三档,但实际量值不同。
    高速液压夯实机的压实效能经过一代机后期这个最低点后连续提高。如一代机后期机型全程12击的效果,三代机7~9击可能达到,其生产率是三代机的二分之一;二代机是液压桩锤的变型,5t桩锤当年出口欧洲,但用作夯实机时结构偏弱。第三代各机型代表了高速液压夯实机的目前水平,操作方法也有大的变化。
5 高速液压夯实机与液压振动夯实机
    高速液压夯实机在高等级公路的桥台背处理、填挖结合部处理及其它一些特殊部位的处理方面确实表现出难以替代的优势,但是它也有弱项和缺项。所谓弱项是指效能低或不宜直接使用,弱项是可用项,如上海洋山港三期,3m以上的厚层填砂,采用水灌后夯实,效果很好。如无水可注,效果就不好。所谓缺项是指干不了,如边坡夯实、路肩夯实、锚杆加固、排水板插入等等与公路路基构筑直接相关的项目。高速液压夯实机的这些弱项和缺项恰恰是具有较大振幅和适当频率的液压振动夯实机的强项。这个级别的液压振动夯实机还可用于局部破碎、拆除等多种公路构筑与维护作业。振动机械是公路建设的常用机种,如土基加固用的振动压路机、振动平板夯,桥梁桩基施工的振动桩锤、振动搅拌棒。     本文前面提到的小型振动压路机,常见的振动平板夯均应归类于维护机械,只能做些表面文章。
    国外振动机械权威公司一致认为,工作振幅至少3mm以上(双向6mm)才能适应多种土质,频率 20~30 Hz时大多土质的颗粒流动性最佳,但频率30 Hz(1800r/min)以下时对邻近设施危害较大,国外有严格的法律限制。所以,适用于大多场合的土工用中小振动压实机械一般取35~45Hz(2100~2700r/min),城市维护用的振动平板夯频率更高。激振力63~160kN的单轴液压振动夯实机可用于边坡加固、路肩加固、边角狭区加固等,除不宜用于补强外,其它相关的轻量级工作一般都能完成。采用垂直振动技术的200~400kN的双轴大振幅液压振动夯实机是公路建设与维护中理想的多用途振动机械,可用于高等级公路基础局部夯实、补强加固和普通等级公路基础的直接夯实,以及打拔桩、破碎等其它相关作业。用于抢险救灾,效果更佳。
    液压振动夯实机一般安装在挖掘机铲斗位置,操作使用方便,采购及使用成本远低于高速液压夯实机。必要时,液压振动夯实机也可安装或悬挂在装载机上。
6 结语
    没有中国速度就没有中国的高速液压夯实机,没有那些关心中国速度的人就没有中国的高速液压夯实机。中国的高速液压夯实机为中国速度而生,也必将为实现高质量的中国速度作出贡献。感谢为中国的高速液压夯实机作出特殊贡献的杨世基、邓捷、贺杰、袁悦等同仁。

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