爆破振動對周邊建筑物的影響和分析

吳 波，朱靖林，2

（1.云南建投第一勘察設(shè)計有限公司，云南 昆明 650102；2.云南昊昇工程檢測技術(shù)有限公司，云南 昆明 650102）

0 引言

在城區(qū)進行工程爆破時，對周邊房屋造成影響的幾率非常大，為此產(chǎn)生的訴訟糾紛案件也逐漸增多。為了解決并減少該類糾紛，本文研究了爆破振動對相鄰房屋影響分析，一方面為類似爆破施工具有指導(dǎo)意義；另一方面為此類訴訟案件的解決提供公正、客觀、準確的參考依據(jù)。

爆破施工對房屋造成破壞的基本原理是爆破中釋放的能量轉(zhuǎn)為沖擊波和地震波，再通過介質(zhì)的傳播，從爆源到達受損房屋，使房屋基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)發(fā)生沖擊和振動而產(chǎn)生破壞。

1 爆破振動影響因素

爆破振動對周邊房屋影響比較復(fù)雜，振動頻率、振動持續(xù)時間、頻次和爆破地震波的疊加等是影響周邊房屋的主要因素。當爆破地震波的頻率越接近房屋自振頻率，爆破振動對房屋的影響也越大；爆破質(zhì)點速度小于安全振動速度時，一般對房屋不會造成損壞；當質(zhì)點振動速度不小于安全振動速度時，房屋會因此出現(xiàn)疲勞損傷；對爆破地震波進行傅立葉理論分析可知，在兩個波形相互疊加的相位相差為T時，疊加后的幅值也就最大，對房屋的影響也就最大。

2 爆破振動破壞機理

2.1 砌體結(jié)構(gòu)

史秀志等［1］作者的研究結(jié)果表明，砌體結(jié)構(gòu)房屋爆破振動破壞機理主要包括沖擊振動破壞、振動破壞、累計振動荷載。沖擊振動破壞是指在爆源附近，砌體房屋所受到地震作用一般由爆炸應(yīng)力波、高頻地震波、爆炸風(fēng)沖擊綜合引起的破壞；振動破壞是指砌體房屋受低頻長周期的地震波作用，房屋主頻接近結(jié)構(gòu)自振頻率，結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的局部和整體振動效應(yīng)，由地震慣性力產(chǎn)生的剪力作用于墻體而引起房屋的振動破壞；累計振動荷載是指房屋在反復(fù)大量受震作用下，由最大荷載和重復(fù)循環(huán)效應(yīng)聯(lián)合作用引起房屋破壞。

2.2 框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)爆破理論及代樹紅等［2］作者的研究成果，框架結(jié)構(gòu)房屋填充墻和結(jié)構(gòu)主體在固有頻率上存在差異性是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)在爆破地震波作用下沿填充墻和結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)開裂的主要原因。減小填充墻和結(jié)構(gòu)主體在固有頻率上的差異性，能夠有效減弱填充墻的振動強度；加強填充墻和結(jié)構(gòu)主體在梁、柱、板的粘結(jié)性能，能夠減小填充墻在爆破地震波作用下沿同建筑框架的接觸面發(fā)生開裂或脫離的危險性。

3 工程實例

3.1 工程概況

本工程為某縣城一處加油站，其中站房為兩層砌體結(jié)構(gòu)，輔房為單層砌體結(jié)構(gòu)，加油區(qū)下部為混凝土柱，上部為網(wǎng)架。與其相鄰是一處待建場地，施工單位在場地平整過程中采用了露天爆破的方式進行巖石爆破。加油站業(yè)主認為施工單位的爆破施工對其房屋造成了影響，導(dǎo)致基礎(chǔ)和主體部分出現(xiàn)開裂等損害，雙方因此產(chǎn)生糾紛。為解決糾紛，需對加油站房屋受損是否與施工單位爆破施工存在因果關(guān)系等事項進行檢測鑒定。

因施工單位爆破施工已經(jīng)完成，不具備現(xiàn)場測試相關(guān)振動參數(shù)的條件，因此僅能從爆破施工方案等相關(guān)資料入手，結(jié)合相關(guān)標準規(guī)范和現(xiàn)場實際檢測結(jié)果進行綜合分析，給出檢測鑒定結(jié)論。加油站與爆破區(qū)位置關(guān)系如圖 1 所示，現(xiàn)場位置關(guān)系如圖 2 所示。

圖1 加油站與爆區(qū)位置關(guān)系（單位：m）

圖2 現(xiàn)場位置關(guān)系

3.2 影響分析

3.2.1 安全允許距離［3］

根據(jù)現(xiàn)行國家標準 GB 6722－2014《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，炮孔直徑小于或等于 50 mm，深度小于或等于 5 m 的爆破作業(yè)為淺孔爆破。根據(jù)爆破施工方案，該項目采用的爆破方式為淺孔爆破，f=40～100 Hz。國家標準 GB 6722－2014《爆破安全規(guī)程》中爆破振動安全允許距離R的計算公式如式（1）所示。

式中：R為爆破振動安全允許距離，m；Q為炸藥量，kg；V為保護對象所在地安全允許質(zhì)點振速，cm/s，按表 1 選?。籏、α為與爆破點至對象間的地形及地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，按表 2 選取。

表1 爆區(qū)振動安全允許標準

表2 爆區(qū)不同巖性的 K、α 值

根據(jù)爆破施工方案中的炸藥量Q，依據(jù)現(xiàn)行國家標準 GB 6722－2014《爆破安全規(guī)程》得到了爆區(qū)不同巖性α及安全允許質(zhì)點振速V。根據(jù)地質(zhì)勘察報告：巖石為中風(fēng)化片巖，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，K取 250，將其帶入式（1）計算出爆破振動安全允許距離R，結(jié)果如表 3 所示。

計算結(jié)果表明，爆區(qū)振動安全允許距離R范圍為15.87～30.37 m，從加油站的平面圖可以看出，加油站站房和加油區(qū)處在爆區(qū)振動安全允許距離之內(nèi)，輔房則在安全允許范圍之外。

表3 振動安全允許距離計算結(jié)果

3.2.2 空氣沖擊波超壓值［3］

現(xiàn)行國家標準 GB 6722－2014《爆破安全規(guī)程》中規(guī)定應(yīng)核算不同保護對象所承受的空氣沖擊波超壓值，采用式（2）進行計算，計算得到 10 個爆破點的 ΔP值如表 4 所示。

表4 空氣沖擊波超壓值

從表 4 可知，空氣沖擊波超壓值范圍為 0.14×105～0.31×105Pa。根據(jù)國家標準，超壓值為0.09×105～0.25×105Pa，對建筑物造成輕度破壞；超壓值為 0.25×105～0.40×105Pa，對建筑物造成中度破壞。顯然，2# 和 3# 爆破點已對房屋造成了中度破壞，其余爆破點對房屋造成了輕度破壞。

3.2.3 水平位移

根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標準 JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》［4］對房屋進行水平位移觀測，檢測結(jié)果如表 5 所示。根據(jù)現(xiàn)行國家標準 GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》［5］計算得出，輔房的允許水平位移為 10.5 mm；站房的允許水平位移為 28.9 mm；加油區(qū)的允許水平位移為 31.6 mm。

表5 水平位移檢測結(jié)果

水平位移觀測結(jié)果表明，離爆破點較近的站房和加油區(qū)的水平位移均超出允許范圍；相對較遠的輔房水平位移在允許范圍內(nèi)。

3.2.4 裂縫

根據(jù)現(xiàn)行國家推薦標準 GB/T 50344－2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》［6］對房屋裂縫檢測檢測，檢測結(jié)果為：站房窗玻璃被震碎，墻體多處開裂，最大裂縫寬度 16 mm；加油區(qū)混凝土柱未見明顯裂縫，上部網(wǎng)架彩鋼瓦局部脫落；輔房踢腳線貼磚部分掉落，少量墻體出現(xiàn)裂縫，最大裂縫寬度 1.5 mm。

4 結(jié)論

1）現(xiàn)場檢測鑒定結(jié)果表明，施工單位爆破振動對周邊加油站建筑物造成了一定的影響。

2）爆破振動對周邊建筑物的影響與爆破方式、藥量、地質(zhì)情況、距離、周邊建筑物的結(jié)構(gòu)形式等多種因素有關(guān)，爆破施工前應(yīng)予以充分的調(diào)查研究，并采取有效的防范措施。

3）為了避免產(chǎn)生糾紛，建議類似項目在爆破施工前，對周邊建筑物進行保全鑒定，必要時建立監(jiān)測系統(tǒng)，確保周邊建筑物的安全。Q