沖擊壓實機工作振動影響的評價與分析

摘要:基于沖擊壓實處理舊水泥混凝土路面施工時現(xiàn)場振動測試試驗的數(shù)據(jù)，對沖擊壓實施工振動的特點、影響范圍等進行了分析。結(jié)果表明，沖擊壓實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，在一定范圍內(nèi)沖擊壓實機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)安全標準。

關(guān)鍵詞:沖擊壓實;振動影響;振幅;加速度

舊水泥混凝土路面常用的修復方法有: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)固或路基壓實不徹底，承載層軟弱，造成新鋪面層仍易損壞。并且因施工設備落后造成勞動強度大，施工作業(yè)速度緩慢、費用高、影響交通時間長等弊端，而沖擊壓實機能夠很好地解決這個問題。

沖擊壓實機是一種新型的具有高沖擊能量的壓實機械。它一改傳統(tǒng)的拖式光輪壓路機的圓形鋼輪為多邊形，當機器行走時，在輪面與地面阻力的作用下，輪軸反復抬升和落下進而使鋼輪沖擊夯壓地面。將沖擊壓實技術(shù)引入到舊水泥混凝土路面修復工程中，主要是利用其高沖擊能量和作用深度大的特點，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。沖擊壓實機施工過程中，其強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、沖擊壓實施工的特點

沖擊壓實機的動力特征與傳統(tǒng)振動式壓路機的高頻低振幅相反，而是低頻高振幅(約每秒兩擊，落距約10～20cm)，沖擊能量可達15～30kJ，沖擊荷載達2500～3500kN。它的工作原不同于傳統(tǒng)的振動或靜碾壓路機械，而是兼有強夯和振動壓實技術(shù)的特點。施工時牽引機帶動壓實機的多邊弧形沖擊輪，當沖擊輪向前滾動時，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。當沖擊壓實機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1600～3600kN，有效沖擊能量達22kJ，但與強夯施工的沖擊能量(大于1000kJ)相比，還是很小的，因此它對環(huán)境的振動影響遠遠小于強夯施工對環(huán)境的影響。與強夯施工振動另一不同點是沖擊壓實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)標準或法規(guī)，如國際標準化協(xié)會標準ISO2631，聯(lián)邦德國標準DIN4150，中國國家標準GB6722-86等，但它們大多數(shù)是對實際工作狀態(tài)的振動進行測量或做調(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及其破損機理的認識較為膚淺，各國或不同行業(yè)在施工振害的評價指標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作為評價指標的。本文擬以最大加速度<0.1g作為對建筑物影響的評價指標。沖擊壓實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準《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》(GB10070-88)和《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》(GB10071-88)，以Z振級作為相應的評價指標，該標準適用于連續(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準值10dB，夜間不超過3dB;對交通干線道路兩側(cè)，標準規(guī)定晝間小于75dB，夜間小于72dB。

三、沖擊壓實施工振動影響分析

1、沖擊壓實施工振動的特點

沖擊壓實機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(隨測點位置不同)，而沖擊周期約為0.5s(12km/h)～0.7s(8km/h)。由此可以認為振動和響應具有瞬態(tài)振動的特點。

2、沖擊壓實機行駛速度對振動的影響

本次測試進行了時速為8、12km/h的對比測試，從試驗數(shù)據(jù)看，加速度峰值差別不大，考慮到振源(沖擊壓實作用位置)的隨機性、路面剛度的改變以及瞬態(tài)振動的特點，可以認為沖擊壓實機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A1、A2路段測試斷面的振動衰減曲線，系列3為試驗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為波在不同介質(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作用，遠處則以土介質(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準的建議，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，則沖壓施工振動對15m之外的建筑物不構(gòu)成有害影響。實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)境振動標準》(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)沖擊壓實施工振動響應具有瞬態(tài)振動特點。

(2)沖擊壓實機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)的安全標準。

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)，本文所得到的試驗結(jié)果具有一定的特殊性和局限性，沖擊壓實施工振動對環(huán)境和建筑物的影響還有待于進一步的理論分析和試驗研究。

參考文獻:

[1]蘇衛(wèi)國，汪益敏.沖擊壓實技術(shù)在修復舊水泥混凝土路面工程中的應用[J].華南理工大學學報，2000(6).

[2]中國工程建設標準化協(xié)會建筑振動專業(yè)委員會.建筑振動工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.