壓路機(jī)在高填方路基施工的振動(dòng)特性分析

張慧超

中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500

0 引言

在道路路基的施工過程中，重型壓路機(jī)作為施工的重要組成工具，其對(duì)路基及周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響也越來越受到廣泛關(guān)注［1］。重型壓路機(jī)在施工過程中，會(huì)通過土體將振動(dòng)傳播到周圍，對(duì)周圍結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)危害。這種結(jié)構(gòu)主要分為地上建筑物，地下構(gòu)筑物兩類［2］。對(duì)于地上建筑物，重型壓路機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫，而且會(huì)影響周圍精密儀器的操作。對(duì)于地下構(gòu)筑物，過大的振動(dòng)會(huì)使結(jié)構(gòu)開裂。為了解決這類問題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了許多相關(guān)研究［3］。主要研究方式一般是，測(cè)試壓路機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)幅度，從而確定施工最小安全距離［4］。但目前對(duì)于壓路機(jī)在高填方路基施工中的振動(dòng)特征的研究數(shù)量并不多［5］。

因此，為更好對(duì)高填方路基施工過程中壓路機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行控制，避免對(duì)周圍地上建筑物及地下構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影響，本文結(jié)合新建貴陽樞紐小碧經(jīng)清鎮(zhèn)東至白云聯(lián)絡(luò)線的金陽車站的施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)壓路機(jī)在施工過程中的振動(dòng)頻率、振動(dòng)速度和振動(dòng)波在路基中的傳播衰減規(guī)律進(jìn)行研究，從而為其它同類項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

新建的金陽車站位于貴陽市觀山湖區(qū)上麥村及下麥村，是小碧經(jīng)清鎮(zhèn)東至白云聯(lián)絡(luò)線的重要交通樞紐。金陽車站路基的最大填方高度達(dá)17.9m，屬于高填方路基。AB 組填料7.5 萬m3，過渡段級(jí)級(jí)配碎石6800m3，表層級(jí)配碎石1500m3。

該線路的D1K62+516.82～D1K62+750段左側(cè)為密集民房區(qū)域，而且其中的絕大部分房屋被加蓋了2～3 層，距今時(shí)間較久，采用的是以前的磚墻結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性整體情況較差，因此易被振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)干擾。在進(jìn)行路基填筑壓實(shí)作業(yè)時(shí)，壓路機(jī)在施工期間產(chǎn)生的持續(xù)、高強(qiáng)度振動(dòng)，會(huì)對(duì)地基及周圍建筑物或地下構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。

2 振動(dòng)傳播機(jī)理分析

2.1 振動(dòng)傳播機(jī)理分析

壓路機(jī)對(duì)高填方地基的影響可以近似于由點(diǎn)源激發(fā)的應(yīng)力波場(chǎng)，振動(dòng)壓路機(jī)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的振動(dòng)波會(huì)從路面各層逐步傳遞到土基層，并不斷向四周衰減式傳遞。當(dāng)傳遞至土體表面后，在地表的張力和重力下疊加，形成表面波（振動(dòng)波）。振動(dòng)波是促使地面振動(dòng)的主要來源，以振動(dòng)輪為振動(dòng)源中心，根據(jù)相關(guān)波動(dòng)規(guī)律向四周和下層傳播與衰減。66.7%的振動(dòng)能量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)波長(zhǎng)的范圍的表面波，其余的能量形成在豎向傳播的體積波。應(yīng)力波通過鋪面層和地基，以外部波和表面波的形式連續(xù)擴(kuò)散其能量，并逐漸被所傳遞過的介質(zhì)吸收，形成與介質(zhì)相關(guān)的距離和粘性衰減相關(guān)衰減，隨著振動(dòng)距離的增加，振動(dòng)衰減大幅減小。

2.2 壓路機(jī)參數(shù)

施工現(xiàn)場(chǎng)所用壓路機(jī)為三一重工集團(tuán)生產(chǎn)的SR22M 振動(dòng)壓路機(jī)，其中的主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 壓路機(jī)參數(shù)

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

以壓路機(jī)到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離S 為參數(shù)，來探究距離振源點(diǎn)不同距離的結(jié)構(gòu)物受到振動(dòng)壓路機(jī)的影響。分析施工距離分別為2m（N1）、4 m（N2）、6 m（N3）為和8m（N4）時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)，如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置圖

為了保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用記錄長(zhǎng)度為1.0000s，記錄速率為16000sps 的測(cè)振儀來監(jiān)測(cè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)峰值速度信號(hào)。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，運(yùn)用振動(dòng)分析軟件Blasting vibration analysis 來進(jìn)行對(duì)應(yīng)的運(yùn)算分析。

4 振動(dòng)規(guī)律分析

為了研究在現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)工作產(chǎn)生振動(dòng)波在土體中的傳播規(guī)律，通過測(cè)振儀同時(shí)監(jiān)測(cè)X、Y、Z 三個(gè)方向的振動(dòng)波的速度峰值來保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

經(jīng)監(jiān)測(cè)結(jié)果中質(zhì)點(diǎn)速度峰值曲線分析，振動(dòng)波主要集中在Y 方向上，數(shù)值分析得到徑向Y 方向在壓實(shí)第一、二、三遍的相關(guān)系數(shù)分別為0.9453、0.9545、0.9054。

圖2是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，SR22M振動(dòng)壓路機(jī)分別碾壓三遍時(shí)，徑向Y 的振動(dòng)速度隨距離衰減的回歸分析曲線。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理及回歸分析，得出振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)波在地面的傳播衰減規(guī)律符合負(fù)冪指數(shù)函數(shù)，其中R 為距振動(dòng)輪的距離，α，β 均為系數(shù)。根據(jù)圖2 可以發(fā)現(xiàn)，在第三遍壓實(shí)過程中，震動(dòng)速度大于第一遍壓實(shí)與第二遍壓實(shí)。

圖2 振動(dòng)峰值速度回歸分析曲線圖

利用最小二乘法求解回歸線性方程，如式（1）：

經(jīng)計(jì)算，得到如表2 所示的各曲線的回歸分析結(jié)果。

表2 各曲線回歸分析結(jié)果

5 結(jié)論

本文基于新建貴陽樞紐小碧經(jīng)清鎮(zhèn)東至白云聯(lián)絡(luò)線中金陽車站處高填方路基實(shí)際工程，監(jiān)測(cè)記錄了壓路機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)波情況，并分析了振動(dòng)波在路基中的傳播衰減規(guī)律，得到如下結(jié)論：

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果及對(duì)應(yīng)回歸分析，可認(rèn)為施工過程中振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)傳播符合負(fù)冪指數(shù)函數(shù)衰減規(guī)律。在現(xiàn)場(chǎng)施工條件下，可以用公式a=αR-β 進(jìn)行計(jì)算，其中R 為距振動(dòng)輪的距離，α、β 均為衰減系數(shù)。

（2）通過對(duì)各曲線，回歸分析可以得出：第3 遍的路面震動(dòng)加速度大于第一遍與第二遍的震動(dòng)加速度。顯然，在壓路機(jī)的不斷施工下，路面壓實(shí)度越來越高，即土壤密實(shí)度不斷增大，導(dǎo)致振動(dòng)波在路面?zhèn)鞑r(shí)，能量衰減減緩。因此，在進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)以最終壓實(shí)的結(jié)果作為評(píng)價(jià)對(duì)周圍環(huán)境影響的指標(biāo)。