大廣高速S30標壓路機施工振動監測案例分析

劉亞強

摘 要：大廣高速S30標壓路機施工過程中對臨近施工現場的建筑物的質點振動速度及振動頻率的進行監測，以監測數據為依據確定壓路機施施工時振動的影響程度，并根據我國現行有關規范標準，判別施工振動對周邊建筑物的影響程度。

關鍵詞：大廣高速；施工振動；全程監測

前言：根據標準《中國地震烈度表》和《建筑工程容許振動標準》中的相關規定的要求，振動強烈的工程施工區域周邊存在工業或民用建筑物及其它可能受工程振動影響的建（構）筑物時，必須邀請有資質的第三方單位對施工振動進行全程監測，以達到保障建（構）筑物結構安全的目的。

大廣高速S30標壓路機施工檢測場地位于從化市城郊街塘下村十社門口埔附近，為保障施工過程中不對周圍建（構）筑物的結構安全產生不利的影響，受中鐵十二集團有限公司大廣高速S30標項目經理部委托對該施工場地進行全程監測，以確定施工振動對周邊村莊民房建筑結構安全的影響程度，以監測數據為依據確定壓路機施施工時振動的影響程度，為預防糾紛保留法律依據，對不利影響做出相應的處理措施。

一、振動監測環境及監測儀器介紹

（一）振動監測環境介紹。大廣高速S30標壓路機施工檢測場地位于從化市城郊街塘下村十社門口埔，檢測區域道路一側最近8-50米距離上零散分布著眾多民居，多為2至3層磚混結構。

（二）監測儀器介紹。監測儀器使用TC-4850型工程振動監測儀，該儀器系統由振動速度傳感器、4850采集記錄儀、筆記本電腦以及專用的分析處理軟件、供電系統及其它附屬設施組成，可同時測量多個分向的振動速度量及振動頻率。該型儀器性能優良，靈敏度高，廣泛應用在公路、鐵路、橋梁、大壩、建筑、隧道、石場、礦場、定向拆除等有工程振動監測需要的現場，同時也被國內各大專院校、科研院所和監理方用于科研教學和工程振動環境監理評估，儀器使用前經過嚴格標定計量。儀器系統性能指標如下。

通道數：3通道并行采集；采樣率：1kHz～50KHz ，多檔可調；直流精度：誤差小于0.5%；讀數精度：達到1‰；振動速度傳感器性能指標：轉換靈敏度：270、600（mv/cm/s），橫向靈敏度：10%，頻帶范圍：5-500Hz，最大位移：4mm，最大速度：35 cm/s，輸出阻抗：0.4/2.7 kΩ

進行壓路機施工時將儀器架設在預先布設好的監測點上，施工引起的振動由振源經過地下介質傳播到地面，振動傳感器監測到振動信號后，將其轉換成電信號送入數據采集器中完成放大、采集等一系列工作。手提電腦通過通訊接口與數據采集器相連接，可監控儀器的工作狀況，記錄實時測量數據，完成數據處理工作。

二、監測實施過程

振動監測布置的監測點選取在有代表性的受保護建筑物內振動感覺較明顯且受外界干擾較少（人員車輛流動較少或遠離附近非爆破工程造成的振動源）位置上進行監測，確保了整個監測過程真實可信、科學嚴謹、合理有序。

經過施工現場周邊環境調查分析后確定此次施工8個監測點進行監測（圖1），每個監測點布置振動測量儀器系統一套，均進行垂直向、水平徑向和水平切向三個分向振動速度量及振動頻率的監測。

三、振動監測及計算

振動監測的考慮重點是保障周邊臨近壓路機施工位置的建（構）筑物結構安全。監測伴隨施工同步進行，做到了慎密細致，所有參數均經現場確認并有據可查。

本次壓路機施工振動檢測共布置8個檢測點，每個檢測點均檢測了2015年4月17日09：30至11：00時間段內壓路機施工振動數據，每個檢測點各選取了12組典型的振動數據，8個檢測點共計選取了96組壓路機施工振動數據，每組振動數據包括三個分向的振動速度量以及主振頻率，一共得到576個與壓路機施工振動影響有關的振動參數。通過振動速度計算公式

公式中：Vt為塌落引起的地面振動速度，單位cm/s；M為下落構件的質量，單位為T（噸）；g是重力加速度，9.8m/s2；H是構件的高度，單位為m（米）；δ為地面介質的破壞強度，一般取10Mpa；R為觀測點至沖擊地面中心的距離，單位為m（米）；K、β為塌落振動速度衰減系數和指數（通常K取3.37～4.09；β取-1.66～-1.80），其值是在地面沒有開挖溝槽、不壘筑土墻減振措施的條件下。當在地面開挖溝槽、壘筑土墻改變構件觸地狀況時，塌落振動將明顯減小，塌落振動速度公式中衰減系數K僅為原狀地面的1/3～1/4。）

四、數據處理

本次振動控制標準的確定，本次該施工區所處位置特殊，為避免壓路機施工對施工區域周圍的建筑結構造成損害，必須將壓路機施工引起的振動控制在允許的范圍內，以防引起不必要的糾紛，施工區域周圍的建筑結構情況不同，再加上考慮到本次施工是一個長期重復的作業過程、該區域施工環境的復雜性以及周邊建筑的地基情況等因素，本次需要進行檢測區域周圍的建筑結構大部分屬于居住建筑，小部分屬于工業建筑與公共建筑，按照“就低不就高”的原則，應選定《建筑工程容許振動標準》（GB50868-2013）居住建筑作為下限基礎容許振動速度峰值控制標準，即建筑物的安全允許振速不超過0.2cm/s—0.7cm/s，但下列因素必須加以考慮：①施工區域周圍的住宅建筑沒有經過詳細的安全抗震設計，多數民居建筑的地基采用天然基礎；②該施工場地的壓路機施工是一個重復持續的過程，振動效應的累積疊加可能導致較小的振速產生較大的地震效應；③根據記錄波形的頻譜分析結果可以看出，此次檢測的壓路機施工振動其主頻最高的達到64.51Hz，最低的僅為10.36Hz，主振頻率大多數還是集中在10Hz到20Hz之間，其中以15Hz上下最為常見。

根據以上因素，結合本次檢測區域的各種情況綜合考量后，根據記錄波形的頻譜分析結果，此次檢測采用頂層樓面容許振動速度峰值（1 Hz～50 Hz）為0.5cm/s與基礎容許振動速度峰值（10 Hz～50 Hz）為0.5cm/s安全標準進行評價，對于未達到國家現行抗震設防標準的城市舊房和鎮（鄉）村未經過正規設計自行建造的房屋的容許振動值，計算為0.5cm/s×70﹪=0.35cm/s，即本次檢測安全允許振動速度為V≤0.35cm/s。

五、結論

根據以上控制標準的規定，結合檢測數據處理結果，對于本次大廣高速S30標壓路機施工產生振動對從化市城郊街塘下村等周邊建筑結構影響進行的振動檢測而言，2015年4月17日的大廣高速S30標K167+875至K168+000段壓路機施工檢測到的所有與壓路機施工振動相關的數據均低于安全控制標準，從化市城郊街塘下村布設的八個檢測點記錄到的最大振動數據0.19cm/s，約相當于安全控制標準0.35cm/s的百分之五十四。可以認為，該種工況條件下大廣高速S30標壓路機施工產生振動符合國家相關安全規范的要求，不會對從化市城郊街塘下村內施工區域周邊的村民房屋與其他建（構）筑物的主體建筑結構安全造成破壞。