土石坝压实机械及其生产能力的计算

由于不同土料的物理力学性质不同，在压实过程中要求作用的外力也不同。

（一）压实机械及压实方法：

         

根据压实作用力来划分,通常有碾压、夯击、震动压实三种机具。碾压和夯击（更适宜砂性土）可适各类土，震动适宜砂性土。随着工程机械的发展,又有震动和碾压同时作用的震动碾, 产生震动和夯击作用的震动夯等。常用的压实机具有以下几种。 

   在羊角碾碾压滚筒表面设有交错排列的截头圆锥体,状如羊脚。钢铁空心滚筒侧面设有加载孔,加载大小根据设计需要确定。碾滚的轴由框架支承,与牵引的拖拉机用杠辕相连。

羊脚碾的羊脚插入土中,不仅使羊脚端部的土料受到压实而且使侧向土料受到挤压,从而达到均匀压实的效果。在压实过程中,羊脚对表层土有翻松作用,无需刨毛就能保证土料良好的层间结合。 

羊角碾的开行方式有两种:进退错距法和圈转套压法。进退错距法操作简便,碾压、铺土和质检等工序协调,便于分段流水作业,压实质量容易保证;国内多采用进退错距法。用这种开行方式,为避免漏压,可在碾压带的两侧先往复压够遍数后,再进行错距碾压。

错距宽度b按下式计算:
b=B/n
    B——碾滚净宽,m;  n ——设计碾压遍数。
圈转套压法要求开行的工作面较大,适合于多碾滚组合碾压。其优点是生产效率较高,但碾压中转弯套压交接处重压过多,易于超压。当转弯半径小时, 容易引起土层扭曲,产生剪力破坏,在转弯的四角容易漏压,质量难以保证。

是一种震动和碾压相结合的压实机械。它是由柴油机带动与机身相连的附有偏心块的轴旋转,迫使碾滚产生高频震动。震动功能以压力波的形式传到土体内。非粘性土料在震动作用下,土粒间的内摩擦力迅速降低,同时由于颗粒大小不均匀,质量有差异,导致惯性力存在差异,从而产生相对位移,使细颗粒填入粗颗粒间的空隙而达到密实。然而,粘性土颗粒间的粘结力是主要的,且土粒相对比较均匀,在震动作用下,不能取得象非粘性土那样的压实效果。 

由于震动作用,震动碾的压实影响深度比一般碾压压机械大 1-3倍,可达1m以上。它的碾压面积比震动夯、震动器压实面积大,生产率很高。震动碾压实效果好,使非粘性土料的相对密度大为提高,坝体的沉陷量大幅度降低,稳定性明显增强,使土工建筑物的抗震性能大为改善。故抗震规范明确规定,对有防震要求的土工建筑物必须用震动碾压实。震动碾结构简单,制作方便, 成本低廉,生产率高,是压实非粘性土石料的高效压实机械。 

   气胎碾有单轴和双轴之分。单轴的主要构造是由装载荷重的金属车箱和装在轴上的4-6个气胎组成。碾压时在金属车箱内加载,并同时将气胎充气至设计压力。为防止气胎损坏,停 工时用千斤顶将金属箱支托起来,并把胎内的气放掉。 

气胎碾在碾压土料时,气胎随土体的变形而变形。随着土体压实密度的增加,气胎的变形也相应增加,从而使气胎与土体的接触面积随之增大,始终能保持较为均匀的压实效果。它与刚性碾比较,气胎不仅对土体的接触压力分布均匀而且作用时间长,压实效果好,压实土料厚度大,生产效率高。 

气胎碾可根据压实土料的特性调整其内压力,使气胎对土体的压力始终保持在土料的极限强度内。平碾碾滚是刚性的,不能适应土体的变形,荷载过大就会使碾滚的接触应力超过土体极限强度。而气胎碾随着荷载的增加,气胎与土体的接触面增大,接触应力仍不致超过土体的极限强度。气胎碾适宜朝重型高效方向发展。由于气胎碾既适宜于压实粘性土料,又适宜于压实非粘性土料, 能做到一机多用,有利于防渗土料与坝壳土料平起同时上升,用途广泛。 

         夯实机械是利用冲击力来压实土方,最适于压实碾压机械难于施工的狭窄部位土方.常用的有：蛙式打夯机、夯板、强夯机等，
①夯板及其压实方法
夯板可以吊装在去掉土斗的挖掘机的臂杆上,借助卷扬机操纵绳索系统使夯板上升。夯击土料时将索具放松,使夯板自由下落,夯实土料,其压实铺土厚度可达1m,生产效率较高。对于大颗粒填料可用夯板穷实,其破碎率比用碾压机械压实大得多。为了提高穷实效果,适应夯实土料特性,在夯击粘性土料或略受冰冻的土料时,尚可将夯板装上羊脚,即成羊脚夯。
夯板的尺寸与铺土厚度h密切相关。在夯击作用下,土层沿垂直方向应力的分布随夯板短边的尺寸而变化。若夯板尺寸不变,表层和底层的应力差值,随铺土厚度增加而增加。差值越大,压实后的土层竖向密度越不均匀。故选择夯板尺寸时,尽可能使夯板的短边尺寸接近或略大于铺土厚度。 
夯板工作时,机身在压实地段中部后退移动,随夯板臂杆的回转, 土料被夯实的夯迹呈扇形。为避免漏夯,夯迹与夯迹之间要套夯,其重迭宽度为10-15cm,夯迹排与排之间也要搭接相同的宽度。为充分发挥夯板的工作效率,避免前后排套压过多,夯板的工作转角以不大于80°-90°为宜。 

（二）压实机械的生产率

         

1、碾压机械的生产率计算

2、夯击机械的生产率计算

( 三 ) 压实机械的选择

1)施工队伍现有装备和施工经验等;
2) 能够满足设计压实标准;
3) 与压实土料的物理力学性质相适应;
4) 满足施工强度要求;
5) 设备类型、规格与工作面的大小、压实部位相应。

气胎碾适宜碾压粘性土、砾质土, 压实含水量略高于最优含水量的土料。羊脚碾适用压实粘性土,重型羊脚碾宜用于含水量低于最优含水量的重粘性土；震动碾适用压实堆石与砂砾料。夯板适用夯实砂砾料、砂土、粘性土和狭窄场面的填土，对与刚性建筑物、岸坡等的接触带, 边角、拐角等部位可用轻便夯夯实。