寇應(yīng)霞,謝 齊
(中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心有限公司,北京 100142)
地鐵具有便捷、快速、準(zhǔn)時(shí)、安全、大運(yùn)量等優(yōu)點(diǎn),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(yíng)后能夠極大地緩解城市與日俱增的交通壓力,同時(shí)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(yíng)階段,其引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)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(dòng),通過(guò)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(duì)地鐵線路運(yùn)行引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)及對(duì)鄰近建筑的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
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(jì)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(guò)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(duì)獨(dú)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(yíng)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(cè)繪圖及和地鐵線路的相對(duì)位置如圖1 所示。

圖1 住宅樓平面布置測(cè)繪及和地鐵線路相對(duì)位置圖(單位:mm)
由于該樓住戶反映地鐵線路施工或運(yùn)營(yíng)對(duì)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(yíng)的影響情況及程度,需對(duì)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(cè)鑒定工作。
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(cè)鑒定工作路線如圖2 所示,本工程檢測(cè)鑒定的工作思路如下:
1)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(duì)居民反映及現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析,確定檢測(cè)鑒定項(xiàng)目并制定相應(yīng)的檢測(cè)方案;
3)開(kāi)展具體的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作,并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總及分析;
4)得出檢測(cè)鑒定結(jié)論,并給出相關(guān)處理建議。
1)樓體外觀局部損傷。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及踏勘,本工程住宅樓室外周邊存在散水開(kāi)裂、局部抹灰開(kāi)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(dòng)。據(jù)該住宅樓住戶反映,在地鐵線路運(yùn)營(yíng)期間,樓內(nèi)局部會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)情況。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)情況,其余樓門附近未發(fā)現(xiàn)明顯振動(dòng)情況,具體還需采用專業(yè)的振動(dòng)測(cè)試設(shè)備做進(jìn)一步的采樣測(cè)量及分析。
根據(jù)本工程的問(wèn)題分析,確定開(kāi)展以下 3 方面檢測(cè)鑒定工作。
1)對(duì)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(duì)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(duì)房屋的影響特性,主要對(duì)可能存在的外觀損傷進(jìn)行檢查:①墻體開(kāi)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(dòng)問(wèn)題,需要進(jìn)一步對(duì)樓體進(jìn)行結(jié)構(gòu)主體沉降觀測(cè)和結(jié)構(gòu)變形檢測(cè),以確定樓體結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患。
3)針對(duì)地鐵線路運(yùn)營(yíng)引起樓內(nèi)局部振動(dòng)的問(wèn)題,還需要對(duì)樓內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試,以評(píng)估地鐵線路運(yùn)營(yíng)對(duì)建筑振動(dòng)環(huán)境的影響。
因此本工程的檢測(cè)鑒定項(xiàng)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(cè);③結(jié)構(gòu)變形檢測(cè);④地鐵振動(dòng)影響測(cè)試。

圖2 檢測(cè)鑒定工作路線
通過(guò)對(duì)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(kāi)裂、部分與結(jié)構(gòu)脫開(kāi),建筑底商及部分單元樓門室外臺(tái)階存在不同程度破損及抹灰層開(kāi)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(yáng)臺(tái)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(kāi)裂。
依據(jù) JGJ 8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》[4],采用水準(zhǔn)儀對(duì)本工程主體結(jié)構(gòu)的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),在結(jié)構(gòu)平面變化(角部、端部、中部)等位置布置觀測(cè)點(diǎn),按規(guī)范要求觀測(cè) 3 次確定沉降量和沉降速率,綜合沉降觀測(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(shì)時(shí),應(yīng)立即停止地下工程施工,并對(duì)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(cè)量規(guī)范》最大沉降速率小于 0.01~0.04 mm/d 時(shí),可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
本工程對(duì)住宅樓結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行了 3 次沉降觀測(cè),每次觀測(cè)間隔約一個(gè)月,在全部觀測(cè)周期內(nèi),主體結(jié)構(gòu)所布設(shè)的全部 38 處測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖3)均未見(jiàn)沉降變化,現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
依據(jù) JGJ 8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》,采用全站儀、鋼直尺對(duì)住宅樓進(jìn)行變形觀測(cè)。結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)主要觀測(cè)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(cè)為地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)結(jié)構(gòu)影響觀測(cè),水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)選在建筑的墻角、基礎(chǔ)以及一些重要位置,觀測(cè) 3 次。
傾斜觀測(cè)根據(jù)傾斜速率每 1~3 個(gè)月觀測(cè) 1 次,共觀測(cè) 3 次。主體傾斜檢測(cè)通過(guò)測(cè)定建筑頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部固定點(diǎn)或上層相對(duì)于下層觀測(cè)點(diǎn)的傾斜度、傾斜方向?qū)崿F(xiàn)。將所測(cè)得的結(jié)構(gòu)主體變形量與規(guī)范限值進(jìn)行比較,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)變形是否在可控范圍之內(nèi)。
本工程對(duì)住宅樓布設(shè)的 14 個(gè)結(jié)構(gòu)平面內(nèi)變形檢測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖4),最小傾斜值為 2 mm(位于 A1 測(cè)點(diǎn)、F1 測(cè)點(diǎn)、G2 測(cè)點(diǎn)、K 測(cè)點(diǎn)),測(cè)點(diǎn)最大傾斜值為 33 mm(位于 F2 測(cè)點(diǎn)),所設(shè)各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)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(diǎn)高度),該建筑所布設(shè)測(cè)點(diǎn)的側(cè)向位移均滿足規(guī)范要求(傾斜值檢測(cè)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)。
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(duì)在地鐵運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和非運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試量以豎向振動(dòng)為主[7],同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的振級(jí)、頻譜的分析結(jié)果判斷地鐵運(yùn)營(yíng)對(duì)建筑振動(dòng)環(huán)境的影響。測(cè)試工作依據(jù) GB/T 50355-2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]、GB 10070-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》[9]和GB 10071-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)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(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)單值評(píng)價(jià)量為 Z振級(jí),分頻振動(dòng)測(cè)量評(píng)價(jià)量為 1/3 倍頻程鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí),頻率范圍為1~80Hz。GB 10070-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》和 GB 10071-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》給出了城市區(qū)域場(chǎng)地環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值及適用地帶范圍和測(cè)試方法。選擇對(duì)比點(diǎn)的原則如下所述。
1)空間對(duì)比:空?qǐng)龅亍⒔Y(jié)構(gòu)主要樓層和部位;
2)時(shí)間對(duì)比:運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、非運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。
本工程采用動(dòng)態(tài)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)住宅樓進(jìn)行振動(dòng)時(shí)域信號(hào)采樣測(cè)量,測(cè)試時(shí)間段分別選取晝間及夜間,測(cè)試選取地鐵車輛運(yùn)營(yíng)及非運(yùn)營(yíng)兩種工況進(jìn)行,共布置12 個(gè)建筑內(nèi)測(cè)點(diǎn)和 3 個(gè)場(chǎng)地測(cè)點(diǎn)。1~12 # 測(cè)點(diǎn)分別位于相應(yīng)樓梯間的 1 層和 6 層樓面中央處(振動(dòng)較敏感,且測(cè)點(diǎn)應(yīng)避免梁、柱附近);13~15 # 測(cè)點(diǎn)位于建筑周邊場(chǎng)地處,測(cè)點(diǎn)布置如圖5 所示。
5.4.1 Z 振級(jí)測(cè)試結(jié)果分析
依據(jù) GB/T 50355-2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:住宅建筑室內(nèi)臥室晝間Z振級(jí)的一級(jí)限值為 73 dB,夜間 Z 振級(jí)的一級(jí)限值為70 dB。GB 10070-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:交通干線兩側(cè)晝間 Z 振級(jí)的限值為 75 dB,夜間 Z 振級(jí)的限值為 72 dB。
在地鐵車輛運(yùn)營(yíng)及非運(yùn)營(yíng)時(shí)段均采樣測(cè)量,測(cè)試結(jié)果表明:
1)本工程所測(cè)住宅樓內(nèi) 1# 測(cè)點(diǎn)~12# 測(cè)點(diǎn)樓面結(jié)構(gòu)振動(dòng)Z振級(jí)評(píng)價(jià)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(guò) GB/T 50355-2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)建筑室內(nèi) Z 振級(jí)一級(jí)限值的要求;

圖4 結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)點(diǎn)布置圖及測(cè)點(diǎn)變形檢測(cè)結(jié)果

圖5 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置圖
2)本工程所測(cè) 13#、14# 和 15# 場(chǎng)地測(cè)點(diǎn)振動(dòng) Z 振級(jí)評(píng)價(jià)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(guò) GB 10070-88《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)交通干線兩側(cè) Z 振級(jí)限值的要求。
5.4.2 1/3 倍頻程鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí)測(cè)試結(jié)果分析
依據(jù) GB/T 50355-2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)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(dòng)加速度一級(jí)限值應(yīng)符合表1 的規(guī)定。
在地鐵車輛運(yùn)營(yíng)及非運(yùn)營(yíng)時(shí)段均采樣測(cè)量,測(cè)試結(jié)果表明:
本工程所測(cè)住宅樓內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)各測(cè)點(diǎn)在 1~80 Hz 頻率范圍內(nèi)的 1/3 倍頻程鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí)未超過(guò) GB/T 50355-2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》中建筑室內(nèi)一級(jí)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(cè)點(diǎn)分析,在晝間及夜間的地鐵車輛運(yùn)營(yíng)時(shí)段和非地鐵車輛運(yùn)營(yíng)時(shí)段,Z 振級(jí)時(shí)域曲線如圖6 所示,1/3 倍頻程中心頻率鉛垂向振動(dòng)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(guò)產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)使 3# 測(cè)點(diǎn) Z 振級(jí)幅值產(chǎn)生較大波動(dòng),約持續(xù) 20 s,測(cè)點(diǎn) Z 振級(jí)最大值均未超過(guò)規(guī)范中臥室一級(jí)限值;

圖6 9 門樓梯間一層樓面 Z 振級(jí)時(shí)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(dòng)加速度級(jí)

表1 建筑室內(nèi) 1/3 倍頻程鉛垂向振動(dòng)加速度-級(jí)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(dòng)加速度級(jí)
2)3# 測(cè)點(diǎn)的 1/3 倍頻程鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí)未超過(guò)規(guī)范中建筑室內(nèi)臥室一級(jí)限值。在除 3.15 Hz、4 Hz頻點(diǎn)外,晝間及夜間地鐵車輛通過(guò)時(shí)段各 1/3 倍頻程中心頻率處的鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí)均大于非地鐵車輛通過(guò)時(shí)段的值。在 10~80 Hz 頻率范圍內(nèi),地鐵車輛通過(guò)時(shí)段的鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí)增加較大,且更接近規(guī)范中建筑室內(nèi)臥室一級(jí)限值。因此該頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境振動(dòng)的影響更為明顯。
本工程對(duì)住宅樓開(kāi)展了相關(guān)調(diào)查和測(cè)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(cè)、變形檢測(cè)及地鐵運(yùn)營(yíng)振動(dòng)影響測(cè)試結(jié)果,得出如下結(jié)論:
1)住宅樓主體結(jié)構(gòu)沉降點(diǎn)均無(wú)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(cè)測(cè)點(diǎn)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(duì)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(guò)時(shí),該住宅樓樓面結(jié)構(gòu)和場(chǎng)地振動(dòng)的 Z 振級(jí),以及樓面結(jié)構(gòu) 1/3 倍頻程中心頻率鉛垂向振動(dòng)加速度級(jí)均未超過(guò)國(guó)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(jiàn)明顯變形和開(kāi)裂。該樓室外地面臺(tái)階及散水年久劣化嚴(yán)重,外墻立面(含檐口、陽(yáng)臺(tái)板、結(jié)構(gòu)縫蓋板等)劣化嚴(yán)重而未修繕,局部(個(gè)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(cè)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(yíng)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響符合國(guó)家國(guó)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(wèn)題。結(jié)合本工程住宅樓的鑒定結(jié)論給出如下建議:1)對(duì)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(duì)該建筑的日常維護(hù)。
本文通過(guò)對(duì)住宅樓進(jìn)行外觀損傷檢查、沉降觀測(cè)、變形檢測(cè)以及地鐵振動(dòng)影響測(cè)試,綜合評(píng)估得出當(dāng)前地鐵運(yùn)營(yíng)振動(dòng)對(duì)住宅樓的結(jié)構(gòu)安全及建筑振動(dòng)環(huán)境的影響符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限值要求,并對(duì)建筑存在的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件劣化問(wèn)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(guò)時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性,并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析,為地鐵沿線建筑的檢測(cè)鑒定及振動(dòng)環(huán)境評(píng)估提供更全面的參考依據(jù)。