MHB碎石化施工对临近构筑物振动影响试验与数值模拟研究

摘要

碎石化技术因能有效防止反射裂缝，节约资源，降低路面修复成本等优点，近年来被广泛应用于旧水泥混凝土路面改建工程中。但由于碎石化破碎机械冲击能量大，施工过程中巨大的冲击波会对沿线建筑物产生振动影响甚至破坏作用，如何判定碎石化施工的影响范围和程度，避免对周边环境的不利影响，是安全顺利使用这项技术的难点。
　　本文首先基于波动理论研究冲击引起的振动波在土体中的传播特性和衰减规律，通过对埋地管涵承受振动荷载能力的计算，确定冲击荷载作用下管涵的安全埋深；然后以山东省 S245改建工程为依托进行现场振动监测，分析碎石化施工对邻近建筑物、埋地管涵、边坡的振动影响，提出邻近构筑物碎石化施工振动的控制标准和保护措施；最后采用 ANSYS/LS-DYNA有限元程序开展冲击振源位置、冲击能量变化对旧路面板破碎程度影响的研究，分别从振源位置、冲击能量、与振源水平间距、埋置深度的变化四个方面分析埋地管道在冲击荷载作用下的动力响应，为MHB碎石化施工提供参考。主要结论如下：
　　（1）碎石化施工冲击和响应具有瞬态振动的特点，是一种低频高幅振动，与地震作用下持续强迫振动有本质区别。不同冲程下的振动响应衰减规律相同，在振源附近以竖向振动为主。
　　（2）碎石化施工振动会影响邻近建筑物的安全和居民的舒适度，当冲程分别为0.8m、1.0m、1.2m时，临近建筑物水平安全距离分别为14m、18m、20m，居民可以接受的振动距离为24m、29m、31m；冲程1.0m时道路下埋混凝土管涵安全埋深为2.4m，路堤边坡上的建筑物水平安全距离为12m。
　　（3）锤击位置对路面结构振动影响较大，当作用于板角时对路面结构的冲击效果最明显，路面板最容易破碎，所以在施工过程中通常先从板角进行破碎，逐步向板中推进。在影响管涵振动速度的四个因素中，参数敏感性由大到小依次为：管道与振源水平距离、管涵埋深、荷载作用位置和冲程。实际施工过程中采取避让、减小锤击频率、降低冲程等方法来降低对邻近结构的振动影响。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与技术路线

第二章 碎石化施工冲击荷载对邻近结构的影响分析

2.1 碎石化施工冲击荷载特征及其分析模型

2.2 冲击荷载作用下路面结构振动分析

2.3 冲击引起的振动波在土体中的传播理论

2.4 冲击荷载对埋地管涵的作用

2.5 算例分析

2.6 本章小结

第三章 碎石化施工现场振动监测试验与评价

3.1 工程概况

3.2 振动监测系统

3.3 地表振动监测结果与分析

3.4 管涵振动监测结果与分析

3.5 边坡振动监测结果与分析

3.6 本章小结

第四章 碎石化施工振动影响的数值模拟研究

4.1 ANSYS/LS-DYNA动力有限元方法

4.2 计算模型与参数

4.3 路面结构动力响应分析

4.4 埋地管涵动力响应分析

4.5 本章小结

结论与展望

主要结论

研究展望

参考文献

致谢

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