壓路機在高填方路基施工的振動特性分析

張慧超

中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500

0 引言

在道路路基的施工過程中，重型壓路機作為施工的重要組成工具，其對路基及周圍環境產生的影響也越來越受到廣泛關注［1］。重型壓路機在施工過程中，會通過土體將振動傳播到周圍，對周圍結構產生振動危害。這種結構主要分為地上建筑物，地下構筑物兩類［2］。對于地上建筑物，重型壓路機所產生的振動嚴重時導致建筑物產生裂縫，而且會影響周圍精密儀器的操作。對于地下構筑物，過大的振動會使結構開裂。為了解決這類問題，國內外已經開展了許多相關研究［3］。主要研究方式一般是，測試壓路機工作時的振動幅度，從而確定施工最小安全距離［4］。但目前對于壓路機在高填方路基施工中的振動特征的研究數量并不多［5］。

因此，為更好對高填方路基施工過程中壓路機的振動進行控制，避免對周圍地上建筑物及地下構筑物產生不利影響，本文結合新建貴陽樞紐小碧經清鎮東至白云聯絡線的金陽車站的施工現場，對壓路機在施工過程中的振動頻率、振動速度和振動波在路基中的傳播衰減規律進行研究，從而為其它同類項目提供參考。

1 工程概況

新建的金陽車站位于貴陽市觀山湖區上麥村及下麥村，是小碧經清鎮東至白云聯絡線的重要交通樞紐。金陽車站路基的最大填方高度達17.9m，屬于高填方路基。AB 組填料7.5 萬m3，過渡段級級配碎石6800m3，表層級配碎石1500m3。

該線路的D1K62+516.82～D1K62+750段左側為密集民房區域，而且其中的絕大部分房屋被加蓋了2～3 層，距今時間較久，采用的是以前的磚墻結構，導致房屋結構的穩定性整體情況較差，因此易被振動壓路機工作時所產生的振動干擾。在進行路基填筑壓實作業時，壓路機在施工期間產生的持續、高強度振動，會對地基及周圍建筑物或地下構筑物產生影響。

2 振動傳播機理分析

2.1 振動傳播機理分析

壓路機對高填方地基的影響可以近似于由點源激發的應力波場，振動壓路機在運行過程中，產生的振動波會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（振動波）。振動波是促使地面振動的主要來源，以振動輪為振動源中心，根據相關波動規律向四周和下層傳播與衰減。66.7%的振動能量會產生一個波長的范圍的表面波，其余的能量形成在豎向傳播的體積波。應力波通過鋪面層和地基，以外部波和表面波的形式連續擴散其能量，并逐漸被所傳遞過的介質吸收，形成與介質相關的距離和粘性衰減相關衰減，隨著振動距離的增加，振動衰減大幅減小。

2.2 壓路機參數

施工現場所用壓路機為三一重工集團生產的SR22M 振動壓路機，其中的主要技術參數如表1 所示。

表1 壓路機參數

3 振動監測方案設計

以壓路機到監測點的距離S 為參數，來探究距離振源點不同距離的結構物受到振動壓路機的影響。分析施工距離分別為2m（N1）、4 m（N2）、6 m（N3）為和8m（N4）時監測點的動力響應，如圖1 所示。

圖1 現場監測布置圖

為了保證監測結果的準確性，采用記錄長度為1.0000s，記錄速率為16000sps 的測振儀來監測質點的振動峰值速度信號。

對現場監測數據進行收集整理，運用振動分析軟件Blasting vibration analysis 來進行對應的運算分析。

4 振動規律分析

為了研究在現場壓路機工作產生振動波在土體中的傳播規律，通過測振儀同時監測X、Y、Z 三個方向的振動波的速度峰值來保證實驗結果的準確性。

經監測結果中質點速度峰值曲線分析，振動波主要集中在Y 方向上，數值分析得到徑向Y 方向在壓實第一、二、三遍的相關系數分別為0.9453、0.9545、0.9054。

圖2是根據現場實測，SR22M振動壓路機分別碾壓三遍時，徑向Y 的振動速度隨距離衰減的回歸分析曲線。通過對現場數據的處理及回歸分析，得出振動壓路機的振動波在地面的傳播衰減規律符合負冪指數函數，其中R 為距振動輪的距離，α，β 均為系數。根據圖2 可以發現，在第三遍壓實過程中，震動速度大于第一遍壓實與第二遍壓實。

圖2 振動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）：

經計算，得到如表2 所示的各曲線的回歸分析結果。

表2 各曲線回歸分析結果

5 結論

本文基于新建貴陽樞紐小碧經清鎮東至白云聯絡線中金陽車站處高填方路基實際工程，監測記錄了壓路機工作時產生振動波情況，并分析了振動波在路基中的傳播衰減規律，得到如下結論：

（1）根據現場實測結果及對應回歸分析，可認為施工過程中振動壓路機的振動傳播符合負冪指數函數衰減規律。在現場施工條件下，可以用公式a=αR-β 進行計算，其中R 為距振動輪的距離，α、β 均為衰減系數。

（2）通過對各曲線，回歸分析可以得出：第3 遍的路面震動加速度大于第一遍與第二遍的震動加速度。顯然，在壓路機的不斷施工下，路面壓實度越來越高，即土壤密實度不斷增大，導致振動波在路面傳播時，能量衰減減緩。因此，在進行相關評價時，應以最終壓實的結果作為評價對周圍環境影響的指標。