重車運行振動對鄰近建筑物振動影響監(jiān)測分析

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、打樁、爆破等工藝往往會產(chǎn)生較大的動能,引起鄰近建筑物及地面產(chǎn)生振動,進一步給周邊的環(huán)境帶來不利的影響[1-3]。目前,我國基建施工活動一直向密集的市中心及環(huán)境要求較高的區(qū)域進行延伸,施工振動對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、橋梁施工等過程中都會引起周圍土層產(chǎn)生低頻的振動。低頻振動其振動頻率比較低,但持續(xù)時間比較長,危害較大,且很難避免[6]。其中,重型施工車輛(重載工況)行駛過程中會產(chǎn)生動能,將會以應(yīng)力波的形式逐漸向周圍地層進行擴散,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。在描述振動強度的各物理量中,速度與建(構(gòu))筑物破壞相關(guān)性最好,經(jīng)常被用來表示振動強度,這是因為振動對于人體和建筑物的作用強度是與振動能量相對應(yīng)的,因此用質(zhì)點振動速度來表示振動強度是合適的,已逐漸被國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)可使用。在我國有關(guān)振動安全的標(biāo)準(zhǔn)中,有許多行業(yè)采用質(zhì)點振動速度作為破壞判據(jù)。一旦振速超過限值,鄰近建筑物會因振動作用而失去穩(wěn)定性,情節(jié)嚴(yán)重時,甚至?xí)＜敖Y(jié)構(gòu)的安全性能[7-8]。基于此,本文以蘭新第二雙線蘭州樞紐引入工程為例,在其施工時,對工程重型施工車輛行進過程中鄰近建筑物及地面的振動特性進行了現(xiàn)場監(jiān)測。通過對重型施工車輛運行時的主振頻率和振動速度進行監(jiān)測,提供現(xiàn)場檢測的實際數(shù)據(jù),進而評價重型施工車輛運行對沿線鄰近建筑物產(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。針對裂縫病害這一現(xiàn)狀,對蘭新第二雙線蘭州樞紐引入工程重型施工車輛(重載工況)行駛過程中的振動特性進行測試,評價載重車輛行駛是否對房屋產(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)點振動速度的檢測；(3)車輛空載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動頻率的檢測；(4)車輛重載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動速度的檢測；(5)車輛重載工況下房屋基礎(chǔ)質(zhì)點振動頻率的檢測。后因車輛空載情況下的振動較小,其振動效應(yīng)由于現(xiàn)有儀器采集不到,故只對車輛重載情況進行了檢測。旨在采取國內(nèi)較成熟的快速、準(zhǔn)確、可靠測試手段,對重載車輛運行振動對建筑物安全影響范圍進行跟蹤監(jiān)測。

選擇重載車輛運行振動速度觀測系統(tǒng)時,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況預(yù)估被測信號的幅值范圍和頻率分布范圍,選擇的觀測系統(tǒng)幅值范圍上限應(yīng)高于被測信號幅值上限的20%,頻響范圍應(yīng)包含被測信號的頻率分布范圍,依據(jù)這個原則選擇的觀測系統(tǒng)就不會出現(xiàn)削波、平臺等情況。根據(jù)這個選擇觀測系統(tǒng)原則,選擇TCS-B3 型三向振動速度型傳感器、低噪聲屏蔽電纜、TC-4850 振動記錄儀和計算機組成的觀測系統(tǒng)作為本次重載車輛運行振動效應(yīng)觀測系統(tǒng)。

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,選擇道路兩側(cè)的某座房屋的院落做振動范圍的測試,該座院落位于道路的中段處,在其院落設(shè)一處測線,測線上布5 個測點,測點間的距離分別為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,每一條測線前經(jīng)過5 次,以利于測試值的準(zhǔn)確性。測試中,儀器的觸發(fā)頻率為0.01Hz,采樣時間為10～40s。

3.2 測試結(jié)果分析

測線上5 個測點的測試結(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[9-10]。

表1 第1 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1號機的Z 通道,其值為0.022cm/s,即0.22mm/s,其主頻為22.22Hz。表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號機的Z 通道,其值為0.047cm/s,即0.47mm/s,其主頻為27.03Hz。表3 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號機的Z 通道,其值為0.045cm/s,即0.45mm/s,其主頻為22.99Hz。表4 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號機的Z 通道,其值為0.036cm/s,即0.36mm/s,其主頻為12.82Hz。表5 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,振速最大值為1 號機的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,測試所用80 噸的前四后八的重車行進時引起的路邊民房各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。

表2 第2 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4 第4 車次院落的振動效應(yīng)

表5 第5 車次院落的振動效應(yīng)

其中,1 號儀器監(jiān)測過程中第一次典型波形圖如圖1 所示。

從圖1 中可以看出,從接收到波的時刻起,第2s～6s 時,波速達到最大,隨后即衰減,說明車輛只有在經(jīng)過所測點4 秒的時間內(nèi)對房屋有震動影響,而車輛經(jīng)過時的平均速度為30km/h,即8.3m/s,現(xiàn)實中每兩輛重車經(jīng)過時的間距都為20m 以上,在這個速度及時間段內(nèi)波速不會疊加,即使疊加,最大可為現(xiàn)在所測波速的2 倍,即0.44mm/s,亦未超出民宅類房屋的地質(zhì)點振動速度限值。

圖1 重載卡車經(jīng)過測點時的振動效應(yīng)

4 結(jié)論

4.1 測試所用80 噸的前四后八的重車行進過程中,產(chǎn)生的振速沿測線方向衰減很快,傳至路邊民房各測點的振動速度均未超出民宅類房屋的地質(zhì)點振動速度限值。

4.2 重型施工車輛行進過程中,測點受振動影響,一般在前6s 會接收到較大的振動波,振速衰減較快,但持續(xù)時間較長,頻率較低。

4.3 盡管監(jiān)測數(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路段周圍建筑物墻體依然出現(xiàn)沉降、裂縫等病害。可能是因為建筑物墻體本身存在裂縫缺陷,在重型施工車輛行進過程中受振動作用的影響,原有一些細微裂縫進一步發(fā)展,裂縫寬度逐漸變大,成為了裂縫病害。