重車運(yùn)行振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物振動(dòng)影響監(jiān)測(cè)分析

王孟君 王玉華 謝宇杰

(南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210000)

路橋施工作業(yè)中,沖擊、碾壓、夯實(shí)、打樁、爆破等工藝往往會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)能,引起鄰近建筑物及地面產(chǎn)生振動(dòng),進(jìn)一步給周邊的環(huán)境帶來(lái)不利的影響[1-3]。目前,我國(guó)基建施工活動(dòng)一直向密集的市中心及環(huán)境要求較高的區(qū)域進(jìn)行延伸,施工振動(dòng)對(duì)臨近建筑物的影響日益突出[4-5]。大型交通工具行駛、路基施工、橋梁施工等過(guò)程中都會(huì)引起周圍土層產(chǎn)生低頻的振動(dòng)。低頻振動(dòng)其振動(dòng)頻率比較低,但持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng),危害較大,且很難避免[6]。其中,重型施工車輛(重載工況)行駛過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能,將會(huì)以應(yīng)力波的形式逐漸向周圍地層進(jìn)行擴(kuò)散,迫使鄰近的建筑物、結(jié)構(gòu)物及地面產(chǎn)生相應(yīng)地振動(dòng)。在描述振動(dòng)強(qiáng)度的各物理量中,速度與建(構(gòu))筑物破壞相關(guān)性最好,經(jīng)常被用來(lái)表示振動(dòng)強(qiáng)度,這是因?yàn)檎駝?dòng)對(duì)于人體和建筑物的作用強(qiáng)度是與振動(dòng)能量相對(duì)應(yīng)的,因此用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來(lái)表示振動(dòng)強(qiáng)度是合適的,已逐漸被國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)可使用。在我國(guó)有關(guān)振動(dòng)安全的標(biāo)準(zhǔn)中,有許多行業(yè)采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為破壞判據(jù)。一旦振速超過(guò)限值,鄰近建筑物會(huì)因振動(dòng)作用而失去穩(wěn)定性,情節(jié)嚴(yán)重時(shí),甚至?xí)＜敖Y(jié)構(gòu)的安全性能[7-8]?；诖?本文以蘭新第二雙線蘭州樞紐引入工程為例,在其施工時(shí),對(duì)工程重型施工車輛行進(jìn)過(guò)程中鄰近建筑物及地面的振動(dòng)特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)重型施工車輛運(yùn)行時(shí)的主振頻率和振動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè),提供現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù),進(jìn)而評(píng)價(jià)重型施工車輛運(yùn)行對(duì)沿線鄰近建筑物產(chǎn)生的影響及影響程度。

1 依托工程概況

某鐵路線路樞紐工程引入重型施工車輛(重載工況)行駛過(guò)程中,線路鄰近房屋存在不同程度的地基下沉,出現(xiàn)了墻體裂縫等病害。針對(duì)裂縫病害這一現(xiàn)狀,對(duì)蘭新第二雙線蘭州樞紐引入工程重型施工車輛(重載工況)行駛過(guò)程中的振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試,評(píng)價(jià)載重車輛行駛是否對(duì)房屋產(chǎn)生影響及影響程度。鄰近建筑物均分布于村中混凝土道路兩側(cè),大部分為磚混結(jié)構(gòu)(磚砌木屋架結(jié)構(gòu))。

2 測(cè)試內(nèi)容與方法

根據(jù)該工程的特點(diǎn),擬確定以下檢測(cè)內(nèi)容:(1)現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)資料的調(diào)查,包括村莊的建筑結(jié)構(gòu)形式、類型、距離等；(2)車輛空載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的檢測(cè)；(3)車輛空載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率的檢測(cè)；(4)車輛重載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的檢測(cè)；(5)車輛重載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率的檢測(cè)。后因車輛空載情況下的振動(dòng)較小,其振動(dòng)效應(yīng)由于現(xiàn)有儀器采集不到,故只對(duì)車輛重載情況進(jìn)行了檢測(cè)。旨在采取國(guó)內(nèi)較成熟的快速、準(zhǔn)確、可靠測(cè)試手段,對(duì)重載車輛運(yùn)行振動(dòng)對(duì)建筑物安全影響范圍進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

選擇重載車輛運(yùn)行振動(dòng)速度觀測(cè)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況預(yù)估被測(cè)信號(hào)的幅值范圍和頻率分布范圍,選擇的觀測(cè)系統(tǒng)幅值范圍上限應(yīng)高于被測(cè)信號(hào)幅值上限的20%,頻響范圍應(yīng)包含被測(cè)信號(hào)的頻率分布范圍,依據(jù)這個(gè)原則選擇的觀測(cè)系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)削波、平臺(tái)等情況。根據(jù)這個(gè)選擇觀測(cè)系統(tǒng)原則,選擇TCS-B3 型三向振動(dòng)速度型傳感器、低噪聲屏蔽電纜、TC-4850 振動(dòng)記錄儀和計(jì)算機(jī)組成的觀測(cè)系統(tǒng)作為本次重載車輛運(yùn)行振動(dòng)效應(yīng)觀測(cè)系統(tǒng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的情況,選擇道路兩側(cè)的某座房屋的院落做振動(dòng)范圍的測(cè)試,該座院落位于道路的中段處,在其院落設(shè)一處測(cè)線,測(cè)線上布5 個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)間的距離分別為2.5m,5.0m,5.0m,7.5m, 即 距 離 路 緣 分 別 為0m,2.5m,7.5m,12.5m,20.0m。采用前四后八的大卡車,毛重為79640kg,以20～40km/h 的速度前行,每一條測(cè)線前經(jīng)過(guò)5 次,以利于測(cè)試值的準(zhǔn)確性。測(cè)試中,儀器的觸發(fā)頻率為0.01Hz,采樣時(shí)間為10～40s。

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)線上5 個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果分別如表1 至表5 所列。依據(jù)爆破安全規(guī)程可以得出,當(dāng)測(cè)試主頻范圍小于10Hz 時(shí),一般磚房的振動(dòng)安全容許振速為20mm/s～25mm/s,在10～20Hz 時(shí),一般磚房的振動(dòng)安全容許振速為23mm/s ～24.25mm/s,當(dāng)測(cè)試主頻范圍在20～50Hz時(shí),一般磚房的振動(dòng)安全容許振速為24.25mm/s～28mm/s[9-10]。

表1 第1 車次院落的振動(dòng)效應(yīng)

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1號(hào)機(jī)的Z 通道,其值為0.022cm/s,即0.22mm/s,其主頻為22.22Hz。表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號(hào)機(jī)的Z 通道,其值為0.047cm/s,即0.47mm/s,其主頻為27.03Hz。表3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號(hào)機(jī)的Z 通道,其值為0.045cm/s,即0.45mm/s,其主頻為22.99Hz。表4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號(hào)機(jī)的Z 通道,其值為0.036cm/s,即0.36mm/s,其主頻為12.82Hz。表5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號(hào)機(jī)的Z 通道,其值為0.040cm/s,即0.40mm/s,其主頻為4.484Hz。上述結(jié)果表明,測(cè)試所用80 噸的前四后八的重車行進(jìn)時(shí)引起的路邊民房各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度尚未超出民宅類房屋的地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度限值。

表2 第2 車次院落的振動(dòng)效應(yīng)

表3 第3 車次院落的振動(dòng)效應(yīng)

表4 第4 車次院落的振動(dòng)效應(yīng)

表5 第5 車次院落的振動(dòng)效應(yīng)

其中,1 號(hào)儀器監(jiān)測(cè)過(guò)程中第一次典型波形圖如圖1 所示。

從圖1 中可以看出,從接收到波的時(shí)刻起,第2s～6s 時(shí),波速達(dá)到最大,隨后即衰減,說(shuō)明車輛只有在經(jīng)過(guò)所測(cè)點(diǎn)4 秒的時(shí)間內(nèi)對(duì)房屋有震動(dòng)影響,而車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的平均速度為30km/h,即8.3m/s,現(xiàn)實(shí)中每?jī)奢v重車經(jīng)過(guò)時(shí)的間距都為20m 以上,在這個(gè)速度及時(shí)間段內(nèi)波速不會(huì)疊加,即使疊加,最大可為現(xiàn)在所測(cè)波速的2 倍,即0.44mm/s,亦未超出民宅類房屋的地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度限值。

圖1 重載卡車經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)效應(yīng)

4 結(jié)論

4.1 測(cè)試所用80 噸的前四后八的重車行進(jìn)過(guò)程中,產(chǎn)生的振速沿測(cè)線方向衰減很快,傳至路邊民房各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度均未超出民宅類房屋的地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度限值。

4.2 重型施工車輛行進(jìn)過(guò)程中,測(cè)點(diǎn)受振動(dòng)影響,一般在前6s 會(huì)接收到較大的振動(dòng)波,振速衰減較快,但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),頻率較低。

4.3 盡管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)符合《爆破安全規(guī)程》相關(guān)要求,但重型施工車輛行進(jìn)路段周圍建筑物墻體依然出現(xiàn)沉降、裂縫等病害?？赡苁且?yàn)榻ㄖ飰w本身存在裂縫缺陷,在重型施工車輛行進(jìn)過(guò)程中受振動(dòng)作用的影響,原有一些細(xì)微裂縫進(jìn)一步發(fā)展,裂縫寬度逐漸變大,成為了裂縫病害。