某住宅樓受鄰近地鐵線路運(yùn)行影響的檢測鑒定分析

寇應(yīng)霞，謝 齊

（中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100142）

0 引言

地鐵具有便捷、快速、準(zhǔn)時、安全、大運(yùn)量等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代化城市重要的公共交通工具［1］。地鐵的建設(shè)能高效利用城市地下空間，投入運(yùn)營后能夠極大地緩解城市與日俱增的交通壓力，同時為人們提供良好舒適的出行環(huán)境。然而在地鐵線路施工和運(yùn)營階段，其引發(fā)的環(huán)境振動問題逐漸凸顯，尤其是隨著城市建筑密度逐年提高，地鐵列車與軌道間相互作用產(chǎn)生的振動，通過隧道及周邊土層傳遞至鄰近的建筑內(nèi)［2］，進(jìn)而影響到鄰近建筑的居住、工作環(huán)境，降低了建筑的舒適性［3］，甚至使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。因此，工程人員有必要對地鐵線路運(yùn)行引發(fā)的環(huán)境振動及對鄰近建筑的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

1 工程概況

某住宅樓為地上 6 層混合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為底層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架、上部砌體結(jié)構(gòu)，設(shè)計建造年代約為 20 世紀(jì) 90 年代。該住宅樓平面布局近似呈“U”字型，整棟建筑通過設(shè)置兩條結(jié)構(gòu)縫（3 門與 4 門之間、8 門與 9 門之間）分隔成為相對獨立的三部分，總建筑面積約12 462 m2，占地面積約 2 190 m2。在運(yùn)營地鐵線路的盾構(gòu)隧道下穿該住宅樓，下穿隧道頂面距離住宅樓基礎(chǔ)底面的覆土厚約 15.2 m，該住宅樓平面布置測繪圖及和地鐵線路的相對位置如圖1 所示。

圖1 住宅樓平面布置測繪及和地鐵線路相對位置圖（單位：mm）

由于該樓住戶反映地鐵線路施工或運(yùn)營對樓體結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響，為了解該住宅樓結(jié)構(gòu)受地鐵施工或運(yùn)營的影響情況及程度，需對住宅樓樓體結(jié)構(gòu)影響及變化情況進(jìn)行相關(guān)的檢測鑒定工作。

2 檢測鑒定工作思路

為了解住宅樓受地鐵線路運(yùn)行或施工影響的情況及程度，本工程檢測鑒定工作路線如圖2 所示，本工程檢測鑒定的工作思路如下：

1）進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查踏勘，結(jié)合該住宅樓的相關(guān)圖紙資料與地鐵規(guī)劃圖，校核該樓結(jié)構(gòu)體系，明確地鐵布置情況，查明樓體與地鐵布置平面與空間位置關(guān)系；

2）針對居民反映及現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，確定檢測鑒定項目并制定相應(yīng)的檢測方案；

3）開展具體的現(xiàn)場檢測工作，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總及分析；

4）得出檢測鑒定結(jié)論，并給出相關(guān)處理建議。

3 問題分析

1）樓體外觀局部損傷。通過現(xiàn)場調(diào)查及踏勘，本工程住宅樓室外周邊存在散水開裂、局部抹灰開裂破損現(xiàn)象；建筑主體及外墻存在局部鋼筋外露銹蝕現(xiàn)象、局部構(gòu)件表面風(fēng)化、漏水現(xiàn)象；建筑公共區(qū)域存在局部抹灰層龜裂起皮現(xiàn)象。

2）樓體局部振動。據(jù)該住宅樓住戶反映，在地鐵線路運(yùn)營期間，樓內(nèi)局部會出現(xiàn)振動情況。通過現(xiàn)場勘察，在距離地鐵線路較近的 8 門、9 門樓內(nèi)，發(fā)現(xiàn)樓板存在振動情況，其余樓門附近未發(fā)現(xiàn)明顯振動情況，具體還需采用專業(yè)的振動測試設(shè)備做進(jìn)一步的采樣測量及分析。

4 檢測鑒定項目確定

根據(jù)本工程的問題分析，確定開展以下 3 方面檢測鑒定工作。

1）對住宅樓結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量和損傷進(jìn)行詳細(xì)檢查，主要對樓體內(nèi)外立面、墻體、樓梯間、窗戶、結(jié)構(gòu)分隔縫進(jìn)行檢查。根據(jù)地鐵對房屋的影響特性，主要對可能存在的外觀損傷進(jìn)行檢查：①墻體開裂；②墻面脫落；③懸挑或邊緣構(gòu)件歪閃；④不均勻沉降裂縫等。

2）鑒于住宅樓已出現(xiàn)的損傷及振動問題，需要進(jìn)一步對樓體進(jìn)行結(jié)構(gòu)主體沉降觀測和結(jié)構(gòu)變形檢測，以確定樓體結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患。

3）針對地鐵線路運(yùn)營引起樓內(nèi)局部振動的問題，還需要對樓內(nèi)關(guān)鍵點進(jìn)行振動測試，以評估地鐵線路運(yùn)營對建筑振動環(huán)境的影響。

因此本工程的檢測鑒定項目為：①結(jié)構(gòu)外觀損傷調(diào)查；②結(jié)構(gòu)主體沉降觀測；③結(jié)構(gòu)變形檢測；④地鐵振動影響測試。

圖2 檢測鑒定工作路線

5 檢測項目實施及結(jié)果

5.1 結(jié)構(gòu)外觀損傷調(diào)查

通過對住宅樓建筑室外周邊、主體、外墻立面及公共區(qū)域（樓梯間）的外觀損傷進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果如下。

1）建筑室外周邊。建筑室外散水開裂、部分與結(jié)構(gòu)脫開，建筑底商及部分單元樓門室外臺階存在不同程度破損及抹灰層開裂、剝離。

2）建筑主體及外墻立面。建筑女兒墻檐口有明顯破損脫落、混凝土壓頂鋼筋外露銹蝕現(xiàn)象；建筑結(jié)構(gòu)縫處蓋板均有不同程度的脫落、缺失；建筑部分墻體砌筑用磚表面風(fēng)化、砌筑用砂漿粉化現(xiàn)象；建筑部分陽臺板板底有明顯漏水痕跡。

3）建筑公共區(qū)域（樓梯間）。建筑各樓梯間墻面抹灰層均存在不同程度的龜裂、起皮；建筑各樓梯間屋蓋預(yù)制板板底拼接縫建筑面層開裂。

5.2 結(jié)構(gòu)主體沉降觀測

依據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》［4］，采用水準(zhǔn)儀對本工程主體結(jié)構(gòu)的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測，在結(jié)構(gòu)平面變化（角部、端部、中部）等位置布置觀測點，按規(guī)范要求觀測 3 次確定沉降量和沉降速率，綜合沉降觀測結(jié)果判斷結(jié)構(gòu)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)和穩(wěn)定程度。沉降結(jié)果判斷依據(jù)以下規(guī)范。

1）GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［5］附錄 H 受地下工程施工影響的建筑安全性鑒定 H.0.6 第 4 條：當(dāng)建筑的不均勻沉降已大于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》［6］規(guī)定的允許沉降差，或沉降速率已連續(xù) 3 d 大于 1 mm/d，且有變快趨勢時，應(yīng)立即停止地下工程施工，并對地下工程結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)采取應(yīng)急措施。

2）JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》最大沉降速率小于 0.01～0.04 mm/d 時，可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

本工程對住宅樓結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行了 3 次沉降觀測，每次觀測間隔約一個月，在全部觀測周期內(nèi)，主體結(jié)構(gòu)所布設(shè)的全部 38 處測點（見圖3）均未見沉降變化，現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5.3 結(jié)構(gòu)變形觀測

依據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》，采用全站儀、鋼直尺對住宅樓進(jìn)行變形觀測。結(jié)構(gòu)變形觀測主要觀測建筑物是否存在橫向、縱向水平位移以及是否存在傾斜。本觀測為地鐵運(yùn)營對結(jié)構(gòu)影響觀測，水平位移監(jiān)測點選在建筑的墻角、基礎(chǔ)以及一些重要位置，觀測 3 次。

傾斜觀測根據(jù)傾斜速率每 1～3 個月觀測 1 次，共觀測 3 次。主體傾斜檢測通過測定建筑頂部觀測點相對于底部固定點或上層相對于下層觀測點的傾斜度、傾斜方向?qū)崿F(xiàn)。將所測得的結(jié)構(gòu)主體變形量與規(guī)范限值進(jìn)行比較，驗證結(jié)構(gòu)變形是否在可控范圍之內(nèi)。

本工程對住宅樓布設(shè)的 14 個結(jié)構(gòu)平面內(nèi)變形檢測點（見圖4），最小傾斜值為 2 mm（位于 A1 測點、F1 測點、G2 測點、K 測點），測點最大傾斜值為 33 mm（位于 F2 測點），所設(shè)各測點頂點位移方向及傾斜值如圖4 所示。

依據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，砌體結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的側(cè)向位移限值為≤H/330（H 為結(jié)構(gòu)頂點高度），該建筑所布設(shè)測點的側(cè)向位移均滿足規(guī)范要求（傾斜值檢測結(jié)果均包含墻體砌筑垂直度施工偏差及建筑外墻裝修層施工誤差）。

5.4 地鐵振動影響測試

根據(jù)地鐵走線的方向，選擇住宅樓的關(guān)鍵樓層和位置對在地鐵運(yùn)營狀態(tài)和非運(yùn)營狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)進(jìn)行測試，測試量以豎向振動為主［7］，同時根據(jù)結(jié)構(gòu)振動的振級、頻譜的分析結(jié)果判斷地鐵運(yùn)營對建筑振動環(huán)境的影響。測試工作依據(jù) GB/T 50355－2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》［8］、GB 10070－1988《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》［9］和GB 10071－1988《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》［10］的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

GB/T 50355－2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定住宅建筑室內(nèi)振動單值評價量為 Z振級，分頻振動測量評價量為 1/3 倍頻程鉛垂向振動加速度級，頻率范圍為1～80Hz。GB 10070－1988《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》和 GB 10071－1988《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》給出了城市區(qū)域場地環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)值及適用地帶范圍和測試方法。選擇對比點的原則如下所述。

1）空間對比：空場地、結(jié)構(gòu)主要樓層和部位；

2）時間對比：運(yùn)營狀態(tài)、非運(yùn)營狀態(tài)。

本工程采用動態(tài)振動測試系統(tǒng)對住宅樓進(jìn)行振動時域信號采樣測量，測試時間段分別選取晝間及夜間，測試選取地鐵車輛運(yùn)營及非運(yùn)營兩種工況進(jìn)行，共布置12 個建筑內(nèi)測點和 3 個場地測點。1～12 # 測點分別位于相應(yīng)樓梯間的 1 層和 6 層樓面中央處（振動較敏感，且測點應(yīng)避免梁、柱附近）；13～15 # 測點位于建筑周邊場地處，測點布置如圖5 所示。

5.4.1 Z 振級測試結(jié)果分析

依據(jù) GB/T 50355－2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：住宅建筑室內(nèi)臥室晝間Z振級的一級限值為 73 dB，夜間 Z 振級的一級限值為70 dB。GB 10070－1988《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：交通干線兩側(cè)晝間 Z 振級的限值為 75 dB，夜間 Z 振級的限值為 72 dB。

在地鐵車輛運(yùn)營及非運(yùn)營時段均采樣測量，測試結(jié)果表明：

1）本工程所測住宅樓內(nèi) 1# 測點～12# 測點樓面結(jié)構(gòu)振動Z振級評價量晝間最大值為 63.54 dB＜73dB，夜間最大值為 59.24 dB＜70 dB，未超過 GB/T 50355－2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》中對建筑室內(nèi) Z 振級一級限值的要求；

圖4 結(jié)構(gòu)變形觀測點布置圖及測點變形檢測結(jié)果

圖5 振動測點布置圖

2）本工程所測 13#、14# 和 15# 場地測點振動 Z 振級評價量晝間最大值為 73.31 dB＜75 dB，夜間最大值為 70.58 dB＜72 dB，未超過 GB 10070－88《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》中對交通干線兩側(cè) Z 振級限值的要求。

5.4.2 1/3 倍頻程鉛垂向振動加速度級測試結(jié)果分析

依據(jù) GB/T 50355－2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：住宅建筑室內(nèi) 1/3 倍頻程鉛垂向振動加速度一級限值應(yīng)符合表1 的規(guī)定。

在地鐵車輛運(yùn)營及非運(yùn)營時段均采樣測量，測試結(jié)果表明：

本工程所測住宅樓內(nèi)結(jié)構(gòu)振動各測點在 1～80 Hz 頻率范圍內(nèi)的 1/3 倍頻程鉛垂向振動加速度級未超過 GB/T 50355－2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》中建筑室內(nèi)一級限值的規(guī)定。

取距離地鐵線路最近的 3 #（9 門樓梯間 1 層樓面）測點分析，在晝間及夜間的地鐵車輛運(yùn)營時段和非地鐵車輛運(yùn)營時段，Z 振級時域曲線如圖6 所示，1/3 倍頻程中心頻率鉛垂向振動加速度柱狀圖如圖7～8 所示。由圖6～8 得出如下結(jié)論。

1）地鐵車輛經(jīng)過產(chǎn)生的沖擊振動使 3# 測點 Z 振級幅值產(chǎn)生較大波動，約持續(xù) 20 s，測點 Z 振級最大值均未超過規(guī)范中臥室一級限值；

圖6 9 門樓梯間一層樓面 Z 振級時域曲線

圖7 9 門樓梯間一層樓面晝間 1/3 倍頻程中心頻率鉛垂向振動加速度級

表1 建筑室內(nèi) 1/3 倍頻程鉛垂向振動加速度-級限值

圖8 9 門樓梯間一層樓面夜間 1/3 倍頻程中心頻率鉛垂向振動加速度級

2）3# 測點的 1/3 倍頻程鉛垂向振動加速度級未超過規(guī)范中建筑室內(nèi)臥室一級限值。在除 3.15 Hz、4 Hz頻點外，晝間及夜間地鐵車輛通過時段各 1/3 倍頻程中心頻率處的鉛垂向振動加速度級均大于非地鐵車輛通過時段的值。在 10～80 Hz 頻率范圍內(nèi)，地鐵車輛通過時段的鉛垂向振動加速度級增加較大，且更接近規(guī)范中建筑室內(nèi)臥室一級限值。因此該頻率范圍內(nèi)的振動對室內(nèi)環(huán)境振動的影響更為明顯。

6 結(jié)論

本工程對住宅樓開展了相關(guān)調(diào)查和測試等鑒定工作，依據(jù)樓體體系及地鐵整體布置調(diào)查情況，結(jié)合結(jié)構(gòu)外觀損傷調(diào)查、結(jié)構(gòu)主體沉降觀測、變形檢測及地鐵運(yùn)營振動影響測試結(jié)果，得出如下結(jié)論：

1）住宅樓主體結(jié)構(gòu)沉降點均無沉降變化，現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)；

2）住宅樓結(jié)構(gòu)平面內(nèi)變形最小傾斜值為 2 mm，最大傾斜值為 33 mm；所測測點的側(cè)向位移均滿足GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對砌體結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的側(cè)向位移限值的要求；

3）地鐵經(jīng)過時，該住宅樓樓面結(jié)構(gòu)和場地振動的 Z 振級，以及樓面結(jié)構(gòu) 1/3 倍頻程中心頻率鉛垂向振動加速度級均未超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的限值要求；

4）住宅樓結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件未見明顯變形和開裂。該樓室外地面臺階及散水年久劣化嚴(yán)重，外墻立面（含檐口、陽臺板、結(jié)構(gòu)縫蓋板等）劣化嚴(yán)重而未修繕，局部（個別）未抹灰外墻存在磚表面和砂漿表面風(fēng)化現(xiàn)象。樓梯間墻面抹灰層劣化，均存在不同程度的龜裂、起皮現(xiàn)象。

綜上所述，本工程所測住宅樓結(jié)構(gòu)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)前地鐵運(yùn)營振動對結(jié)構(gòu)安全的影響符合國家國標(biāo)規(guī)范的限值要求，該建筑年久失修存在較多的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件劣化問題。結(jié)合本工程住宅樓的鑒定結(jié)論給出如下建議：1）對建筑室外周邊、主體、外墻立面及公共區(qū)域（樓梯間）存在的外觀損傷進(jìn)行修復(fù)處理；2）加強(qiáng)對該建筑的日常維護(hù)。

7 結(jié)語

本文通過對住宅樓進(jìn)行外觀損傷檢查、沉降觀測、變形檢測以及地鐵振動影響測試，綜合評估得出當(dāng)前地鐵運(yùn)營振動對住宅樓的結(jié)構(gòu)安全及建筑振動環(huán)境的影響符合國家標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，并對建筑存在的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件劣化問題給出了相關(guān)處理建議。在本文研究成果基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步采用有限元軟件建模分析地鐵車輛通過時建筑結(jié)構(gòu)的振動特性，并與實測數(shù)據(jù)對比分析，為地鐵沿線建筑的檢測鑒定及振動環(huán)境評估提供更全面的參考依據(jù)。