沖擊壓實(shí)機(jī)工作振動影響的評價與分析

摘要:基于沖擊壓實(shí)處理舊水泥混凝土路面施工時現(xiàn)場振動測試試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，對沖擊壓實(shí)施工振動的特點(diǎn)、影響范圍等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，沖擊壓實(shí)施工振動單次沖擊衰減很快，具有沖擊和瞬態(tài)振動的特點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)沖擊壓實(shí)機(jī)行駛速度對振動的影響不大，施工振動對15m之外建筑物的影響符合有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞:沖擊壓實(shí);振動影響;振幅;加速度

舊水泥混凝土路面常用的修復(fù)方法有:面層直接加鋪法、破碎灌漿法、破碎換板法等幾種常用方法，但不同程度存在基板難以穩(wěn)固或路基壓實(shí)不徹底，承載層軟弱，造成新鋪面層仍易損壞。并且因施工設(shè)備落后造成勞動強(qiáng)度大，施工作業(yè)速度緩慢、費(fèi)用高、影響交通時間長等弊端，而沖擊壓實(shí)機(jī)能夠很好地解決這個問題。

沖擊壓實(shí)機(jī)是一種新型的具有高沖擊能量的壓實(shí)機(jī)械。它一改傳統(tǒng)的拖式光輪壓路機(jī)的圓形鋼輪為多邊形，當(dāng)機(jī)器行走時，在輪面與地面阻力的作用下，輪軸反復(fù)抬升和落下進(jìn)而使鋼輪沖擊夯壓地面。將沖擊壓實(shí)技術(shù)引入到舊水泥混凝土路面修復(fù)工程中，主要是利用其高沖擊能量和作用深度大的特點(diǎn)，在把舊水泥混凝土板快速打裂的同時，將破裂板塊穩(wěn)固到舊基層或土基上，為加鋪層提供均勻穩(wěn)定的支承體系。沖擊壓實(shí)機(jī)施工過程中，其強(qiáng)大的沖擊能量必然會影響到路面周圍構(gòu)造物，影響范圍多大，有無破壞作用等，目前還沒有這方面的研究。

一、沖擊壓實(shí)施工的特點(diǎn)

沖擊壓實(shí)機(jī)的動力特征與傳統(tǒng)振動式壓路機(jī)的高頻低振幅相反，而是低頻高振幅(約每秒兩擊，落距約10～20cm)，沖擊能量可達(dá)15～30kJ，沖擊荷載達(dá)2500～3500kN。它的工作原不同于傳統(tǒng)的振動或靜碾壓路機(jī)械，而是兼有強(qiáng)夯和振動壓實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)。施工時牽引機(jī)帶動壓實(shí)機(jī)的多邊弧形沖擊輪，當(dāng)沖擊輪向前滾動時，集動能和勢能于一體，產(chǎn)生集中的沖擊能量，通過多邊弧形碾邊順序周期性地沖擊路面。當(dāng)沖擊壓實(shí)機(jī)作用于舊水泥混凝土路面時，巨大的沖擊波大部分向地下深層傳播，同時沿水平方向向四周傳播，具有地震波的特征。

一般沖壓輪的質(zhì)量約為10～12t(單輪)，動態(tài)沖擊力達(dá)1600～3600kN，有效沖擊能量達(dá)22kJ，但與強(qiáng)夯施工的沖擊能量(大于1000kJ)相比，還是很小的，因此它對環(huán)境的振動影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于強(qiáng)夯施工對環(huán)境的影響。與強(qiáng)夯施工振動另一不同點(diǎn)是沖擊壓實(shí)施工振動的頻率較高。

二、施工振動影響的評價方法

沖擊壓實(shí)施工振動的影響主要有兩個方面，一是對周圍建筑物的影響。對建筑物影響的評價方法國內(nèi)外有一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)，如國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ISO2631，聯(lián)邦德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4150，中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB6722-86等，但它們大多數(shù)是對實(shí)際工作狀態(tài)的振動進(jìn)行測量或做調(diào)查統(tǒng)計分析的結(jié)果，并不是通過較為嚴(yán)格的理論分析而得出的人或物體的真正的允許振動，由于對建筑物動力響應(yīng)及其破損機(jī)理的認(rèn)識較為膚淺，各國或不同行業(yè)在施工振害的評價指標(biāo)及量化方面尚存在較大差異。國內(nèi)有關(guān)施工振動對建筑物影響方面的文章和資料中有用質(zhì)點(diǎn)的最大振動速度、或加速度、或位移，也有用譜烈度和能量比等地震指標(biāo)作為評價指標(biāo)的。本文擬以最大加速度<0.1g作為對建筑物影響的評價指標(biāo)。沖擊壓實(shí)施工振動的另一個方面是對環(huán)境的影響。有關(guān)振動對環(huán)境的影響通常采用國家標(biāo)準(zhǔn)《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070-88)和《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》(GB10071-88)，以Z振級作為相應(yīng)的評價指標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于連續(xù)發(fā)生的穩(wěn)態(tài)振動、沖擊振動和無規(guī)振動。對于每日發(fā)生幾次的沖擊振動，其最大值晝間不允許超過標(biāo)準(zhǔn)值10dB，夜間不超過3dB;對交通干線道路兩側(cè)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定晝間小于75dB，夜間小于72dB。

三、沖擊壓實(shí)施工振動影響分析

1、沖擊壓實(shí)施工振動的特點(diǎn)

沖擊壓實(shí)機(jī)以一定速度駛過路面時，對路面、路肩和周圍環(huán)境都有振動影響。各測點(diǎn)的加速度時程曲線表明，單次沖擊的振動衰減都很快。在下次沖擊振動發(fā)生之前，早已衰減到零，衰減周期約為0.06～0.2s(隨測點(diǎn)位置不同)，而沖擊周期約為0.5s(12km/h)～0.7s(8km/h)。由此可以認(rèn)為振動和響應(yīng)具有瞬態(tài)振動的特點(diǎn)。

2、沖擊壓實(shí)機(jī)行駛速度對振動的影響

本次測試進(jìn)行了時速為8、12km/h的對比測試，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，加速度峰值差別不大，考慮到振源(沖擊壓實(shí)作用位置)的隨機(jī)性、路面剛度的改變以及瞬態(tài)振動的特點(diǎn)，可以認(rèn)為沖擊壓實(shí)機(jī)行駛速度在一定范圍內(nèi)對振動的大小(幅值)沒有影響。但由于速度不同，沖擊周期和頻率也不同。8km/h速度行進(jìn)時沖擊周期約為0.69s、沖擊頻率為1.45Hz;12km/h速度時，周期為0.49s、沖擊頻率為2.04Hz。

3、垂直向和水平徑向振動的比較

相同測點(diǎn)垂直向的振動大于水平徑向振動，距振源越近，差別越大，隨著離振源距離的增大，由于振動衰減的因素，差別逐步縮小。

4、振動衰減及對建筑物的影響

各測試斷面的振動加速度衰減程度隨地面表層和土質(zhì)情況的不同而不同。本試驗(yàn)路段由于測試斷面地表層為水泥地面，測量振幅較大。本試驗(yàn)測試斷面地表層為原狀土地表，振幅相對小一些，但在15m之外，最大加速度振幅基本上都衰減至1.0m/s2以下。如圖2所示，圖中系列1、2為試驗(yàn)A1、A2路段測試斷面的振動衰減曲線，系列3為試驗(yàn)A3路段測試斷面的振動衰減曲線。振動衰減曲線的差別是因?yàn)椴ㄔ诓煌橘|(zhì)中以不同的速度傳播。在土質(zhì)介質(zhì)中，由波源向外輻射的振動波，除了幾何阻尼衰減之外，還存在著由于土體對振動波的能量吸收而引起的土體材料阻尼衰減。幾何阻尼衰減在近振源處起主導(dǎo)作用，遠(yuǎn)處則以土介質(zhì)能量吸收衰減為主。而且土體越松散，振動波衰減越快。

根據(jù)《建筑振動工程手冊》有關(guān)振動的影響及允許振動標(biāo)準(zhǔn)的建議，若以振動加速度小于0.1g(約1m/s2)，作為結(jié)構(gòu)安全的評價指標(biāo)，則沖壓施工振動對15m之外的建筑物不構(gòu)成有害影響。實(shí)際測試過程中也未發(fā)現(xiàn)這3處建筑物有任何損傷。但是按《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070-88)，測試結(jié)果表明對建筑物內(nèi)的環(huán)境還是有一些影響。

本文結(jié)合施工現(xiàn)場的測試工作，對沖壓施工振動的影響程度、范圍等進(jìn)行了初步的分析。通過現(xiàn)場測試，可以得出如下結(jié)論。

(1)沖擊壓實(shí)施工振動響應(yīng)具有瞬態(tài)振動特點(diǎn)。

(2)沖擊壓實(shí)機(jī)行駛速度在一定范圍內(nèi)對振動的大小(幅值)沒有影響。

(3)施工振動對15m之外的建筑物的影響符合有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

振動傳播不僅與振源特性有關(guān)，而且與傳播介質(zhì)密切相關(guān)，本文所得到的試驗(yàn)結(jié)果具有一定的特殊性和局限性，沖擊壓實(shí)施工振動對環(huán)境和建筑物的影響還有待于進(jìn)一步的理論分析和試驗(yàn)研究。

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