高速液压夯实机的由来

高速液压夯实机的由来

本世纪初，交通运输部公路科学研究院杨世基研究员率先提出这种高效夯实机械的需求和建议，要求是压实效果不低于25kJ 冲击压路机，能够对冲击压路机不便施工的分层碾压达标部位补强，且不破坏原有土体结构及邻近构筑物。委托笔者（曹斌）构思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。首台样机的锤体质量2.5t 、夯击势能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，并结合甘肃、安徽、广东等省在建高速公路开展了高速液压夯实机应用效果试验研究，2004 年1 月，《高速液压夯实机及其应用研究》项目通过北京市科委组织的技术鉴定，结论为国内首创，达到国际先进水平。

高速液压夯实机的英文名称为RAPID HYDRAULIC COMPACTOR(R.H.C) ，高速是指击打频率高，锤体最大提升高度时的击打频率必须达到设计规定值，产品设计阶段设定为不低于12 击/min， 现升至30 击/min ，这是专利权人（曹斌）对产品的命名及定义。

本文来源《公路交通科技》2012.7期；曹斌、邓杰《高速液压夯实机的开发应用》

所谓“双回路”高速液压夯实机

双回路是指一个负荷（如油缸、灯泡）由两个动力源（如油泵、电源）及两套独立的控制装置（如可使两油路隔离的液压阀、可使两电路隔离的开关）及连接管线组成的成套系统。以液压装置为例，其特征是必须具有两个油泵（或其它液压动力源），两个油泵输出的压力油必须通过相互独立的管路及液压阀输送至油缸，并且任一路故障或不工作时不得影响另一路正常工作。双回路一般由于涉及安全的液压设备，如主制动和应急制动、正常液压转向系统和应急转向系统。

无论国内国外，液压锤类产品（含高速液压夯实机）采用单回路液压系统，只用一个动力源，如装载机、挖掘机的油泵。所谓“双回路”纯属商业欺诈。

国内某些仿冒曹斌技术的高速液压夯实机生产企业为无制造能力的空壳企业，既不掌握核心技术、又无质量保证条件，生产的夯实机液压效率低、发热严重。如直接使用曹斌技术的泰安恒大机械有限公司夯实机最大提锤高度时的夯击频率不低于每分钟30次，很多用户24小时连续使用；配置同样装载机时，即便是采用所谓”双回路”的仿冒品，夯击频率每分钟约20次，甚至更低。消耗同样功率时，包括“双回路”在内的仿冒技术生产率低30%，这种液流阻力导致的30%的无功损耗基本转换为热量。

在没有能力提高液压效率的情况下，这些仿冒厂家不得不在油缸下油口附加了一根回油管及关联液压件，以有限降低回油阻力。相当于将节能灯换成大功率白炽灯后电线及开关发热，不得不再或另并联上一根电线一个开关。

泰安恒大机械有限公司 技术中心

2 高速液压夯实机的工作原理

1）工作原理根据锤体下落方式的不同，高速液压夯实机作业方式可分为

自由落锤式和强制落锤式，其基本作业原理图见图1。自由落锤式（单作

用）：液压缸将锤体提升至设定高度后释放，锤体自由下落；锤体落下后

通过锤垫击打下锤体与夯板的组件，驱动夯板压实地面。 强制落锤式（双

作用）：液压缸将锤体提升至设定高度后快速反向加力，锤体在重力和液

压缸推力的共同作用下加速下落；锤体落下后通过锤垫击打下锤体与夯板

的组件，驱动夯板压实地面。 锤体夯击的是锤垫及下锤体与夯板的组件，

并未夯击地面。夯含砸意，高速液压夯实机的夯板始终压在地面上，对地

面施加的是下压力，没有砸的运动特征，更像按摩师按摩中突然发力重压

一下。 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。

2）压实机理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。 动力

压实是在静力（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。

动力压实是一种介于冲击压实变力碾压段与夯实之间的压实方法。动力压实与冲击压实碾压

段均利用变力和重力的合力压缩土体，但前者变力与重力之比相当大，后者相对较小。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。若用夯实法补强碾压达标桥台背，锤

体对土体的强力剪切破坏了土体结构；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。

动力压实技术用于路基补强时，是在不破坏原有土体结构的前提下适度提高土体强度和密实度。过度必然会破坏原有土体结构，与直接夯击无异。用于路基分层填筑时，会出现较深剪切。铜黄高速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，锤头外伸部分（设计值130mm ） 可将路面砸透；装上夯板后只能分解已经活动断裂的大板块。可见，夯击与动压的效果差异显著。

本文来源《公路交通科技》2012.7期；曹斌、邓杰《高速液压夯实机的开发应用》

《高速液压夯实机的开发应用》的说明

泰安恒大机械有限公司 曹斌 2012年10 月

1、高速液压夯实机的课题是交通运输部交通科学研究院老专家杨世基研究员于本世纪初首先提出的。要求是压实效果不低于25kJ 冲击压路机，能够对冲击压路机不便施工的分层碾压达标部位补强，且不破坏原有土体结构及邻近构筑物。2、高速液压夯实机具有完全的自主知识产权，其第一代产品即显著优于世界王牌英国BSP 夯实机，并将BSP 赶出中国。目前已发展为第三代，筑路用主力机型HC36(36kJ) ，现已在东西南北中的十几个省市区推广应用。夯击补强的主要功能是强制路基加速沉降，消除分层碾压的固有缺陷及人为缺陷，提高土体强度（承载力）及稳定性，减少或消除工后沉降所致病害。3、高速液压夯实机现阶段主要用于碾压达标（96 区）的三背（桥、涵、墙）、填挖结合部及新旧路结合部补强。3 档9 锤时，平均沉降量大多100mm 以上，桥背及挡墙邻近处的沉降量大多150~300mm 。4、目前，桥背邻近处等碾压盲区或弱碾区大多要求用振动平板夯或蛙式夯等小型机具分层处理。普通路基用20t 以上超重型振动碾碾压达标后尚需冲击压路机补强，压实要求更高的桥背过渡区等反而用作用甚微的小型压实机具，于理不通。所以高速液压夯实机3 档9 锤后，该96 区继续沉降150~300mm 甚至更差很正常。5、碾压设备的功能是薄层压实，提高表层或浅层强度，分层碾压路基完成后未经充分沉降即铺路面本身就欠科学。冲击压路机（主要功能是夯击）及高速液压夯实机的大量应用实践已充分证明了这一点。6、大量公开发表的试验数据表明，高速液压夯实机夯实补强后沉降100mm 以上，触探值（重型）显著提高，而压实度仅略有提高或变化不大。以第三代高速液压夯实机为例，有效深度按2m 计，则土体压缩~5% 。换言之，土体的实际密实程度提高了~5%。压实度变化不大，只能证明分层碾压后每层都是上硬下软，均匀性差，路基整体强度低，这是碾压机械的固有特性所决定的。7、高速液压夯实机补强的区域一般超过过渡区1.5~3m （有的仅补强搭板下），以填高6m 计，底宽不小于2m 按3m 计，纵向长度可取11~12m 。分离式桥背可按横向8 点，纵向9 点，~145m，高速液压夯实机用30~40min 可完成补强，熟练机手低于30min 。用于高速公路时，由于各标段进度不同，一般一台高速液压夯实机可兼顾30~50km 。工作总时数中大多是转场及待工。8、以甘肃武灌高速为例，全长130.32km 、桥121 座、涵洞119 道（桥涵大多为分离式），概算投资

1 117.13 亿元，建设总工期四年。单处桥（涵）背处理时间加转场时间按2h 计，处理全部480 处桥（涵）背960h 、部分墙背40h 计1000h ，油耗~12000L 计9.6 万元，人工按2 人各6 个月计6 万元，不可预计及估算偏差等14.4 万元。若业主自购2 台高速液压夯实机整机自行施工时，全部直接费用不超过170 万元，占该路概算投资117.13 亿元的0.0145% ；若业主利用现有装载机时，占概算投资的 2 ；若在条件完全相同的第二条路上继续使用时，含新增备件、维修费及不可预见20 万元后，占概算投资的0.00043% 。租机施工时200~250 万元，占概算投资的0.017~0.021% 。9、圆振动压实机械（现有振动压路机和小型压实机具）工作时产生水平干扰力（破坏力），无论如何改进，不可能在填层厚度及压实均匀度上有所突破。桥背邻近处等碾压盲区及弱碾区应使用压实效果显著优于超重型振动压路机的200~300kN 大振幅垂直振动夯实机。据河南S101 一级路等路段试验，使用300kN 大振幅垂直振动夯实机，松铺300、400 、500mm 时，压实度均可达96%以上（98~99%）。处理边坡后无需削坡。关于垂直振动压实技术的介绍见《公路交通科技应用技术版》2012 年4 期44 页《垂直振动压实技术及主要参数对公路路基压实的影响》。

附：公路路基施工现场照片（见下页）

1、高速公路桥背邻近处（2010 、2012 分别摄于某国道干线南北两端，跨度2000km ）

2

2、高速公路桥涵墙背及填挖结合部（2003~2012 含一、二、三代机）

3、旧路升级改造——新旧路结合部夯实

4、大振幅垂直振动夯实机用于公路路基施工