壓路機振動對鄰近建筑物的影響分析

繆卓君

(南京威新房地產開發有限公司第一分公司,江蘇 南京 210000)

隨著我國基礎設施建設的逐步完善,對環境保護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,而導致施工產生的荷載波及周圍建筑物,甚至引起不安全事故的發生。這些施工荷載通常以沖擊、振動、擠壓等形式表現出來。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]。這種沖擊所產生的振動荷載會使鄰近結構物收到沖擊振動波的影響,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生低頻的環境振動。低頻振動其振動頻率比較低,但持續時間比較長,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生的低頻振動。其振動所產生的直接和間接的危害較大,引起了人們的密切關注。為此,本文依托工程實例,在某村莊道路施工時,對壓路機作業過程中的振動特性進行了現場測試,用以監測評價壓路機振動碾壓作業對沿線鄰近的建筑物所產生的影響及其影響程度。依據現行的相關設計規范規程、現行振動安全規程,來判斷現場檢測壓路機碾壓作業時的主振頻率和振動速度的實際監測數據能否滿足要求。同時符合施工質量驗收規范和相關設計資料的要求。并確定壓路機碾壓鎖業形成的振動波的傳播范圍,指導施工作業時設置合理的安全紅線,確保鄰近建筑物不至受振動波及而產生破壞。

1 依托工程概況

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

2 測試內容與方法

根據該工程的特點,擬確定以下檢測內容:(1)現場有關資料的調查,包括建筑結構形式、類型、距離等；(2)壓路機運行工況下房屋基礎質點振動速度的檢測；(3)壓路機運行房屋基礎質點振動頻率的檢測。旨在采取國內較成熟的快速、準確、可靠測試手段,對壓路機運行振動對建筑物安全影響范圍進行跟蹤監測。

采用常林YZ20J-5 型號的壓路機,開啟高速震蕩的前行或后退,每一條測線前經過3 次,以利于測試值的準確性。為了避免引發二次災害,在不影響測試結果準確性的前提下,對壓路機的運行路線及運行時間進行了適當限制。測試中,儀器的觸發頻率為0.2Hz,采樣時間為10～40s。依據爆破安全規程可以得出,當測試主頻范圍小于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 現場監控量測

3.1 測點布置

根據現場調查的情況,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5 個測點,分3 個車次來測試。另在房屋內地面上設置3 個測點,對房屋基礎質點振動進行測試,亦分3 個車次來測試。

3.2 測試結果分析

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

表1 第1 車次院落的振動效應

表3 第3 車次院落的振動效應

表1 監測數據表明,振速最大值為 X 通道,其值由4.14cm/s 逐漸衰減到0.31cm/s,即距離壓路機最近的1 號測點其值最大,到2 號測點(距離壓路機3m) 時衰減至0.70cm/s,而到3 號點(距離壓路機5 米)時已衰減至0.33 cm/s,主頻率在15～20 Hz 之間。依據爆破震動規范,可以得出,測試房屋屬于一般磚房,主頻范圍在10～50 Hz 時,依據振動速度對房屋的安全控制標準為2.3～2.8 cm/s,而在距離壓路機3m 以外的地方,地表質點振動速度為0.7 cm/s,故壓路機的振動波速傳播至房屋基礎時(距離壓路機4.7m)遠未達到安全允許振速。

表2 監測數據表明,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。依據爆破震動規范,可以得出,測試房屋屬于一般磚房,主頻范圍在10～50 Hz 時,依據振動速度對房屋的安全控制標準為2.3～2.8 cm/s,而在距離壓路機3m 以外的地方,地表質點振動速度為0.67 cm/s,故壓路機的振動波速傳播至房屋基礎時(距離壓路機4.7m)遠未達到安全允許振速。

表2 第2 車次院落的振動效應

表3 監測數據表明,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(距離壓路機的距離為3m)衰減至0.82cm/s,而到3 號點(距離壓路機5 米的地方)時已衰減至0.29 cm/s,主頻率在15～20 Hz 之間。依據爆破震動規范,可以得出,測試房屋屬于一般磚房,主頻范圍在10～50 Hz 時,依據振動速度對房屋的安全控制標準為2.3～2.8 cm/s,而在距離壓路機3m 以外的地方,地表質點振動速度為0.82 cm/s,故壓路機的振動波速傳播至房屋基礎時(距離壓路機4.7m)遠未達到安全允許振速。

綜上,通過對垂直測線上的五個測點三個車次的測試,在20 噸的壓路機車開啟高速振動運行時,其振速衰減很快,至房屋側墻時,波速遠未達到安全允許振速,說明所測壓路機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點振動速度限值。房屋基礎質點振動進行測試時,7個測點的測試結果如表4 所列。表4 監測數據表明,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。監測數據均表明所測20 噸的壓路機行進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

4 結論

4.1 在壓路機行進作業過程中,所產生的振動振速沿測線方向依次衰減,當壓路機的振動波速傳播至房屋基礎時(距離壓路機4.7m)遠未達到安全允許振速。表明臨近鄰近建筑物在壓路機施工時,所受振動波的影響能夠滿足有關安全的規定要求。

4.2 試驗監測結果表明振速在傳至距壓路機3m 的2 號測點時,振動波速已小于規定的安全允許限值,也可認為安全距離大體在3m 左右,進而設置安全紅線。

4.3 測試儀器的通道顯示數據與其設置方向有關,在壓路機行進作業過程中,垂直指向壓路機方向的通道數值為最大值,與振動波的傳播特性有關。當壓路機振動產生的振動頻率在10Hz～20Hz 范圍時,屬于低頻振動范疇,在沿測線方向上,也可能出現振動速度反彈的現象。