沖擊碾壓補(bǔ)強(qiáng)土石混填路基的振動(dòng)影響試驗(yàn)研究

陳忠清 江海鴻 呂 越 朱文韜 吳天宇

(1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.浙江省巖石力學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 紹興 312000)

0 引言

沖擊碾壓技術(shù)于20世紀(jì)80年代前后發(fā)展成形，主要利用非圓形沖擊輪對(duì)壓實(shí)對(duì)象進(jìn)行滾動(dòng)沖擊作用，達(dá)到壓實(shí)目的，是一種效率高、造價(jià)低的淺層地基加固技術(shù)[1-2].沖擊輪的滾動(dòng)沖擊通常會(huì)引起地面振動(dòng)，因此沖擊碾壓施工的振動(dòng)影響是工程實(shí)踐中必須關(guān)注的問題.

目前關(guān)于強(qiáng)夯引起的地面振動(dòng)已有不少研究報(bào)道[3-6].針對(duì)沖擊碾壓施工引起的地面振動(dòng)衰減規(guī)律及振動(dòng)影響范圍，也已有相關(guān)學(xué)者開展了相關(guān)研究.胡昌斌和闕云[7]基于三維動(dòng)力有限元分析方法研究了沖擊碾壓破碎舊水泥混凝土路面施工引起的振動(dòng)，得出同一測(cè)點(diǎn)中豎向加速度量值最大，且隨著測(cè)點(diǎn)距振源越遠(yuǎn)，不同方向的振動(dòng)加速度差距逐步減小.盧輝等[8]和吳源青等[9]通過舊水泥砼路面沖擊碾壓現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試，得出了沖壓作用在道路兩側(cè)傳播的衰減規(guī)律以及振動(dòng)影響的安全距離.Xu等[10]對(duì)沖擊碾壓加固軟土地基引起的地面振動(dòng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè).Avalle[11]分析了澳大利亞25個(gè)場(chǎng)地(包括黏土、砂土、填土及垃圾土等)的沖擊碾壓振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出了四邊形沖擊壓路機(jī)振動(dòng)影響范圍的經(jīng)驗(yàn)公式.蘇衛(wèi)國等[12]通過有限元模擬，分析了沖擊碾壓施工對(duì)路面附近不同埋深的光纜產(chǎn)生的振動(dòng)影響.但是，三邊形沖擊壓路機(jī)在土石混填場(chǎng)地沖擊碾壓施工引起的地面振動(dòng)衰減規(guī)律及振動(dòng)影響范圍尚不明確.

本文通過某公路土石混填路基沖擊碾壓補(bǔ)強(qiáng)過程中的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)垂直于沖擊輪滾動(dòng)方向上土石混填路基的振動(dòng)衰減規(guī)律及振動(dòng)影響范圍開展研究.

1 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)場(chǎng)地為分層填筑的3～3.5 m高土石混填路基.原位路基以下3.0～6.5 m深度內(nèi)為飽和軟黏土，采用旋噴注漿法進(jìn)行地基處理后.路基填料采用沿線山體開挖后的土石混合料，填料一般按粒徑大于37.5 mm且含量小于總質(zhì)量30%控制.

2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器及方案

2.1 監(jiān)測(cè)儀器

振動(dòng)信號(hào)量測(cè)采用CA-YD-187C型壓電式加速度計(jì)，測(cè)量范圍為±50 g(g為重力加速度)，靈敏度為100 mV/g±5%，頻率響應(yīng)為1～5 000 Hz；振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)采用YE6231型動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀(見圖1).

圖1 監(jiān)測(cè)儀器實(shí)物圖

2.2 唐小東監(jiān)測(cè)方案

沖碾設(shè)備采用3YCT32型三邊形沖擊式壓路機(jī)(見圖2)，沖擊輪質(zhì)量為16.5 t.加速度傳感器按一定的間距，沿垂直于沖擊輪運(yùn)動(dòng)方向(即橫向)布置，如圖3所示.

圖2 3YCT32沖擊壓路機(jī)

圖3 加速度傳感器平面布置示意圖(單位:m)

試驗(yàn)過程中分別對(duì)8 km/h、10 km/h及12 km/h三種牽引速度下，沖碾補(bǔ)強(qiáng)土石混填路基引起的地面振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè).

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析與討論

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

沖擊式壓路機(jī)分別采用8 km/h、10 km/h、12 km/h三種不同牽引速度對(duì)土石混合物填土路基進(jìn)行沖擊碾壓時(shí)，在垂直沖擊輪運(yùn)動(dòng)方向(即橫向)引起的地面加速度隨距離的變化情況如圖4所示.

從圖4中可以看出：(1)沖擊輪以8 km/h速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫向距離1.5 m以內(nèi)，地表加速度值在19 m/s2～28 m/s2，4 m～6 m之間加速度下降值在1 m/s2左右，至橫向距離10 m左右時(shí)加速度值約為0.2 m/s2；(2)沖擊輪以10 km/h速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫向距離1.5 m內(nèi)加速度值有所增長，最高至31 m/s2，4 m～6 m之間加速度變化值仍在1 m/s2左右，至橫向距離10 m左右時(shí)加速度值約為0.25 m/s2；(3)沖擊輪以12 km/h速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫向距離1.5 m內(nèi)加速度值明顯增大，最高速度可達(dá)64 m/s2，接近10 m加速度值為0.45 m/s2；(4)不同牽引速度下，沖碾施工引起的地表加速度均以負(fù)冪函數(shù)形式發(fā)生衰減.

a.牽引速度為8 km/h

由以上分析可得：(1)沖碾施工引起的地面振動(dòng)與牽引速度密切相關(guān)，沖碾施工在垂直沖擊輪運(yùn)動(dòng)方向(即橫向)產(chǎn)生的地表加速度值隨沖擊輪牽引速度增大而增大；(2)沖碾施工引起的振動(dòng)表現(xiàn)為負(fù)冪函數(shù)形式的衰減，并在橫向4 m距離以內(nèi)衰減最為迅速，在4 m～6 m范圍內(nèi)衰減速率明顯減緩，在10 m左右基本趨于平穩(wěn).

3.2 沖碾施工振動(dòng)影響安全距離確定

目前衡量施工振動(dòng)對(duì)周圍建筑物影響的標(biāo)準(zhǔn)主要有：

(1)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[GB 50011—2010(2016版)]：水平向加速度值小于0.10 g，或者豎向加速度值小于0.20 g[13]；

(2)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)：地面振動(dòng)速度小于1.0 cm/s[14]；

(3)《建筑振動(dòng)工程手冊(cè)》(第二版)：地面振動(dòng)速度小于1.0 cm/s[15].

抗震設(shè)防烈度和基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示.將豎向加速度衰減到0.20 g時(shí)所處位置以外的范圍定義為建筑物安全范圍，得到不同牽引速度下沖碾振動(dòng)的建筑物最小安全距離，如表2所示.

表1 抗震設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本地震加速度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系[13]

表2 不同牽引速度對(duì)應(yīng)的建筑物最小安全距離

3.3 討論

土石混填路基沖碾施工引起的地面振動(dòng)規(guī)律與Xu等[10-11]中的振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果相似，同時(shí)靠近振源(即沖擊輪)一定范圍內(nèi)豎向振動(dòng)加速度大小與牽引速度明顯相關(guān)，也與盧輝等[8]研究的振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致.但是最小安全距離表現(xiàn)出一定的差異，這與沖碾對(duì)象的材料性質(zhì)不同相關(guān).

現(xiàn)有的研究表明強(qiáng)夯引起的地面振動(dòng)以負(fù)冪函數(shù)形式衰減，建筑物最小安全距離為14 m～30 m[3-5].可見，沖碾振動(dòng)與強(qiáng)夯振動(dòng)具有相似的衰減形式，但沖碾振動(dòng)的強(qiáng)度及最小安全距離明顯小于強(qiáng)夯.

4 結(jié)論

(1)沖擊碾壓施工引起的地面振動(dòng)在垂直沖擊輪運(yùn)動(dòng)方向(橫向)上以負(fù)冪函數(shù)形式逐漸衰減，距離振源2.5 m范圍內(nèi)產(chǎn)生的地面振動(dòng)最為強(qiáng)烈，同時(shí)隨著橫向距離增加，振動(dòng)急劇衰減，振動(dòng)衰減規(guī)律與強(qiáng)夯相似，但振動(dòng)強(qiáng)度明顯小于強(qiáng)夯.

(2)沖擊碾壓引起的地面振動(dòng)及其衰減與牽引速度及沖碾對(duì)象的材料性質(zhì)等因素相關(guān)，沖擊壓路機(jī)以8.0 km/h速度工作時(shí)，最小安全距離為8.2 m，以10 km/h速度工作時(shí)的最小安全距離為8.6 m，以12 km/h速度工作時(shí)的最小安全距離為14.6 m.