振动压路机、振动平板夯主要依靠机器重力压实土体,安装在挖掘机上的液压振动夯实机主要依靠挖掘机下压力和机器重力压实土体。振动是往复运动,作用是激励土体颗粒运动,以降低压实阻力,激振力无压实作用。
激振器的振动量对激励效果有直接影响。振幅是振动的强度,振幅越大,影响深度越大;振动频率距离土体固有频率越近激励效果越好(对邻近设施及邻近土体的破坏力也大),一般土体松散时频率低,土体硬实时频率高;激振力能与振幅匹配即可。垂直振动的激振力过大时是浪费,圆振动的激振力过大时不仅浪费,还会破坏已压实土体。可以假设,某压路机的振幅趋于零时,激振力再大又有何用。
对于某一具体压实机械而言,振幅是固定的(双振幅或单振幅),是机器结构所决定的。振动频率和激振力是可变的,频率的提高与供油量的增加成正比,激振力与频率的平方成正比。可见,提高激振力很容易。
用于路基压实的单钢轮重型振动压路机的振幅一般小于2mm,振动频率20 ~24Hz。这种高频小振幅的振动作用在土体中的衰减很快,越往深层压实阻力越大。由此决定了某压实层内土体颗粒必然是上密下疏(静压也是如此)。由若干层上密下疏土体简单合成的路基,层间结合力低、整体均匀性差,对动载荷十分敏感。不经有效补强或充分自然沉降后即铺路面时,分层碾压路基根本不可能具有稳定性。振幅甚微频率极高的小微型平板夯对土体无冲击作用,不属于实际意义的夯类产品。按现行施工标准要求,用振动平板夯、小型振动压路机等机具压实桥台背等重点部位纯属自欺欺人。
为了进一步了解振动对土体的作用,列举众人所知的应用实例。建跨海大桥时,振动桩锤(激振器结构原理完全同垂直振动压实机械)可将数百吨的套筒沉入海底,也可将其拔出。沉桩时主要依靠重力,拔桩时主要依靠起重机,振动仅起松土作用,降低打拔桩阻力。振动打拔桩的理论基础是“土体液化理论”。倘若振动对土体具有密实作用时,前人不可能发明振动桩锤这种打拔桩机械,地震也不可能将房屋堤坝震垮。
大振幅垂直振动夯实机是振动压实机械中的特例之一。土体松散时,同常规振动压实;土体密实后,机器跳起高频夯击土体。因此,在影响深度、压实强度、工作效率等方面显著高于常规振动压实。