壓路機(jī)振動對鄰近建筑物的影響分析

繆卓君

(南京威新房地產(chǎn)開發(fā)有限公司第一分公司,江蘇 南京 210000)

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步完善,對環(huán)境保護(hù)及施工影響的控制要求也不斷提高[1]。工程施工往往因場地條件受限,而導(dǎo)致施工產(chǎn)生的荷載波及周圍建筑物,甚至引起不安全事故的發(fā)生。這些施工荷載通常以沖擊、振動、擠壓等形式表現(xiàn)出來。如橋梁樁基沖擊鉆孔施工過程中,沖錘的沖擊會引起地面的低頻振動[2-4]。這種沖擊所產(chǎn)生的振動荷載會使鄰近結(jié)構(gòu)物收到?jīng)_擊振動波的影響,而存在安全隱患。大型交通工具行駛、路基施工等過程中也會產(chǎn)生低頻的環(huán)境振動。低頻振動其振動頻率比較低,但持續(xù)時間比較長,且很難避免。生活中影響較大的低頻振動主要包括兩種即施工過程(如振動壓路機(jī)等振動壓實)中引起的低頻振動和大型交通工具運行過程中產(chǎn)生的低頻振動。其振動所產(chǎn)生的直接和間接的危害較大,引起了人們的密切關(guān)注。為此,本文依托工程實例,在某村莊道路施工時,對壓路機(jī)作業(yè)過程中的振動特性進(jìn)行了現(xiàn)場測試,用以監(jiān)測評價壓路機(jī)振動碾壓作業(yè)對沿線鄰近的建筑物所產(chǎn)生的影響及其影響程度。依據(jù)現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計規(guī)范規(guī)程、現(xiàn)行振動安全規(guī)程,來判斷現(xiàn)場檢測壓路機(jī)碾壓作業(yè)時的主振頻率和振動速度的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)能否滿足要求。同時符合施工質(zhì)量驗收規(guī)范和相關(guān)設(shè)計資料的要求。并確定壓路機(jī)碾壓鎖業(yè)形成的振動波的傳播范圍,指導(dǎo)施工作業(yè)時設(shè)置合理的安全紅線,確保鄰近建筑物不至受振動波及而產(chǎn)生破壞。

1 依托工程概況

某工程在修路時,20 噸壓路機(jī)運行過程中,距離路邊5米處的房屋出現(xiàn)地基下沉、墻體裂縫等病害。針對裂縫病害這一現(xiàn)狀,對壓路機(jī)運行過程中的振動特性進(jìn)行測試,評價壓路機(jī)運行是否對房屋產(chǎn)生影響及影響程度。該建筑物為磚混結(jié)構(gòu)(磚砌木屋架結(jié)構(gòu))。

2 測試內(nèi)容與方法

根據(jù)該工程的特點,擬確定以下檢測內(nèi)容:(1)現(xiàn)場有關(guān)資料的調(diào)查,包括建筑結(jié)構(gòu)形式、類型、距離等；(2)壓路機(jī)運行工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動速度的檢測；(3)壓路機(jī)運行房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動頻率的檢測。旨在采取國內(nèi)較成熟的快速、準(zhǔn)確、可靠測試手段,對壓路機(jī)運行振動對建筑物安全影響范圍進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

采用常林YZ20J-5 型號的壓路機(jī),開啟高速震蕩的前行或后退,每一條測線前經(jīng)過3 次,以利于測試值的準(zhǔn)確性。為了避免引發(fā)二次災(zāi)害,在不影響測試結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下,對壓路機(jī)的運行路線及運行時間進(jìn)行了適當(dāng)限制。測試中,儀器的觸發(fā)頻率為0.2Hz,采樣時間為10～40s。依據(jù)爆破安全規(guī)程可以得出,當(dāng)測試主頻范圍小于10Hz 時,一般磚房的振動安全容許振速為20mm/s～25mm/s,在10～20Hz 時,一般磚房的振動安全容許振速為23mm/s～24.25mm/s,當(dāng)測試主頻范圍在20～50Hz 時,一般磚房的振動安全容許振速為24.25mm/s～28mm/s。

3 現(xiàn)場監(jiān)控量測

3.1 測點布置

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的情況,選擇垂直于道路方向房屋的地面振動范圍的測試,設(shè)一處測線,測線上布5 個測點,測點間的距離分別為2m,2.0m,2.0m,2.5m,即距離路緣分別為0m,3m,5m,7m,9.0m。共設(shè)5 個測點,分3 個車次來測試。另在房屋內(nèi)地面上設(shè)置3 個測點,對房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動進(jìn)行測試,亦分3 個車次來測試。

3.2 測試結(jié)果分析

垂直于道路方向房屋的地面測線上5 個測點的測試結(jié)果分別如表1 至表3 所列。

表1 第1 車次院落的振動效應(yīng)

表3 第3 車次院落的振動效應(yīng)

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為 X 通道,其值由4.14cm/s 逐漸衰減到0.31cm/s,即距離壓路機(jī)最近的1 號測點其值最大,到2 號測點(距離壓路機(jī)3m) 時衰減至0.70cm/s,而到3 號點(距離壓路機(jī)5 米)時已衰減至0.33 cm/s,主頻率在15～20 Hz 之間。依據(jù)爆破震動規(guī)范,可以得出,測試房屋屬于一般磚房,主頻范圍在10～50 Hz 時,依據(jù)振動速度對房屋的安全控制標(biāo)準(zhǔn)為2.3～2.8 cm/s,而在距離壓路機(jī)3m 以外的地方,地表質(zhì)點振動速度為0.7 cm/s,故壓路機(jī)的振動波速傳播至房屋基礎(chǔ)時(距離壓路機(jī)4.7m)遠(yuǎn)未達(dá)到安全允許振速。

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為X 通道,其值由3.47cm/s 逐漸衰減到0.3cm/s,即距離壓路機(jī)最近的1 號測點其值最大,到2 號測點時已衰減至0.63cm/s,2 號測點距離壓路機(jī)的距離為3m,而到5 米的地方已衰減至0.31 cm/s,主頻率在15～20 Hz 之間。依據(jù)爆破震動規(guī)范,可以得出,測試房屋屬于一般磚房,主頻范圍在10～50 Hz 時,依據(jù)振動速度對房屋的安全控制標(biāo)準(zhǔn)為2.3～2.8 cm/s,而在距離壓路機(jī)3m 以外的地方,地表質(zhì)點振動速度為0.67 cm/s,故壓路機(jī)的振動波速傳播至房屋基礎(chǔ)時(距離壓路機(jī)4.7m)遠(yuǎn)未達(dá)到安全允許振速。

表2 第2 車次院落的振動效應(yīng)

表3 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為 X 通道,其值由3.79cm/s 逐漸衰減到0.32cm/s,即距離壓路機(jī)最近的1 號測點其值最大為3.79cm/s,到2 號測點時(距離壓路機(jī)的距離為3m)衰減至0.82cm/s,而到3 號點(距離壓路機(jī)5 米的地方)時已衰減至0.29 cm/s,主頻率在15～20 Hz 之間。依據(jù)爆破震動規(guī)范,可以得出,測試房屋屬于一般磚房,主頻范圍在10～50 Hz 時,依據(jù)振動速度對房屋的安全控制標(biāo)準(zhǔn)為2.3～2.8 cm/s,而在距離壓路機(jī)3m 以外的地方,地表質(zhì)點振動速度為0.82 cm/s,故壓路機(jī)的振動波速傳播至房屋基礎(chǔ)時(距離壓路機(jī)4.7m)遠(yuǎn)未達(dá)到安全允許振速。

綜上,通過對垂直測線上的五個測點三個車次的測試,在20 噸的壓路機(jī)車開啟高速振動運行時,其振速衰減很快,至房屋側(cè)墻時,波速遠(yuǎn)未達(dá)到安全允許振速,說明所測壓路機(jī)運行時引起的民房該測點的振動速度尚未超出民宅類房屋的地質(zhì)點振動速度限值。房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動進(jìn)行測試時,7個測點的測試結(jié)果如表4 所列。表4 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,1 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為X 通道,其值為0.11cm/s,其主頻為13.75Hz。2 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為Z 通道,其值為0.28cm/s,其主頻為14.34Hz。3 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為Z 通道,其值為0.31cm/s,其主頻為16.53Hz.。4 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為Z通道,其值為0.5cm/s,其主頻為15.27Hz。5 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為Y 通道,其值為0.34cm/s,其主頻為16.74Hz。6 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為Z通道,其值為0.41cm/s,其主頻為16.95Hz。7 號測點在3 車次的振動中,振速最大值為Z 通道,其值為0.31cm/s,其主頻為16.61Hz。監(jiān)測數(shù)據(jù)均表明所測20 噸的壓路機(jī)行進(jìn)時引起的民房該測點的振動速度尚未超出一般磚房的地質(zhì)點振動速度限值2.3～2.8cm/s。

表4 不同車次測點的振動效應(yīng)

4 結(jié)論

4.1 在壓路機(jī)行進(jìn)作業(yè)過程中,所產(chǎn)生的振動振速沿測線方向依次衰減,當(dāng)壓路機(jī)的振動波速傳播至房屋基礎(chǔ)時(距離壓路機(jī)4.7m)遠(yuǎn)未達(dá)到安全允許振速。表明臨近鄰近建筑物在壓路機(jī)施工時,所受振動波的影響能夠滿足有關(guān)安全的規(guī)定要求。

4.2 試驗監(jiān)測結(jié)果表明振速在傳至距壓路機(jī)3m 的2 號測點時,振動波速已小于規(guī)定的安全允許限值,也可認(rèn)為安全距離大體在3m 左右,進(jìn)而設(shè)置安全紅線。

4.3 測試儀器的通道顯示數(shù)據(jù)與其設(shè)置方向有關(guān),在壓路機(jī)行進(jìn)作業(yè)過程中,垂直指向壓路機(jī)方向的通道數(shù)值為最大值,與振動波的傳播特性有關(guān)。當(dāng)壓路機(jī)振動產(chǎn)生的振動頻率在10Hz～20Hz 范圍時,屬于低頻振動范疇,在沿測線方向上,也可能出現(xiàn)振動速度反彈的現(xiàn)象。