道路施工振動對周邊既有建筑物影響分析

吳 軍 （黃山市祁門縣建設工程質量監督站，安徽 黃山 245400）

1 引言

近年我縣出現了多起因道路施工中碾壓振動、樁基施工、爆破施工引起的周邊既有建筑受損的事件。施工企業在開工建設初期未能對周邊房屋的裂縫進行有效公正的排查，無法排除房屋裂縫與施工振動的因果關系。委托多家檢測機構均因無法區分既有裂縫及損傷與振動的因果關系，裂縫及損傷成因分析過程中無法區分溫度應力、材料收縮裂縫、裝飾層裂縫，從而使問題無法有效解決。后期經多方溝通協調采用了復原模擬施工振動的方式，對相關振動損傷問題進行了解決，獲得雙方認可。

2 施工振動初步調查

振動損傷最大特征是群眾的對施工振動心理恐慌。此時去了解與聽取群眾的問題反應是初步了解振動危害的基本方法。經對多個振動損傷投訴信問題梳理，了解群眾反應振動影響基本內容如下：房屋門窗顫響，桌面物體及燈具晃動或掉落，室內吊頂開裂、掉落，墻體出現裂縫，檐口瓷磚、煙囪磚塊掉落，心理不安全感。

以上內容都為振動損傷投訴件中的表象，關鍵問題是人體感受引起心理恐慌，相關的裂縫及房屋損傷加劇了恐慌情緒。在沒有有效證明的情況下，將其房屋出現的各類裂縫及損傷都歸結為振動影響。多數群眾將所感受的振動描述為V 級或更高級的地震。《中國地震烈度表》(GB/T 17742 -2020)[1]中對各級地震作用下人、物及建筑反映進行了詳細的描述。

3 振損檢測依據梳理

目前尚無某個標準能涵蓋所有建筑物、其狀態和暴露持續時間的所有種類，相關研究樣本及數理統計存在一定局限性。但許多國家的法規及研究成果將建筑物的基礎上每秒幾毫米峰值點速度作為有明顯效應的界限。質點速度峰值為每秒幾百毫米時產生損傷的可能性很大。

3.1 地震參數與規范安全限值比對

日常投訴中群眾地震感受去描述施工及爆破振動影響，因此相關檢測和處理中對地震參數進行了解及解釋，可以一定程度緩解群眾的恐慌。本文引用《中國地震烈度表》(GB/T 17742 -2020)中各烈度下水平向地震動參數，具體詳見表1所示。

表1 《中國地震烈度表》地震加速度與速度

本文對現行有關振動對建筑物安全及影響的規范標準：《爆破安全規程》(GB 6722-2014)、《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)、《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)進行梳理歸納，對各類建筑物在不同類型振動下得安全及影響振動速度限值進行統計歸納，詳見表2所示。

表3 《民用建筑可靠性鑒定標準》振動速度安全限值

表4 交通振動對建筑結構影響在時域范圍內的容許振動容許值

表5 打樁、振沖基礎施工對建筑結構影響在時域范圍內的容許振動容許值

表6 強夯施工對建筑物結構影響在時域范圍內的容許振動容許值

《爆破安全規程》(GB 6722-2014)與《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)安全允許值或限值表中頻率為主振頻率，振動速度為質點振動相互垂直的三個分量的最大值。

3.2 振動影響限值說明

《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)總結了國內建筑工程振動領域的科研成果，比較和借鑒了先進標準、基本儀器和設備、動力機器基礎、交通振動、建筑施工振動等。

①容許振動值應按頻率線性插值確定；

②當無法在基礎處評價時，評價位置可取最底層主要承重外墻的底部。

《爆破安全規程》(GB 6722-2014)中的一般民用建筑物、工業商業建筑安全允許質點振動速度與《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)中的砌體結構及鋼筋混凝土結構房屋振動速度安全限值與《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2020）V 及烈度速度范圍接近。依據《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2020）中V 級烈度損傷特征描述，《爆破安全規程》(GB 6722-2014)《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)安全限值下可能在房屋門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，個別房屋墻體抹灰層出現細微裂縫。因此《爆破安全規程》(GB 6722-2014)《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)相關限值較為安全可靠。

《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2020）相關各級烈度峰值及范圍均為水平向地震參數。《爆破安全規程》(GB 6722-2014)與《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)在判定方法中都選取振動相互垂直的三個分量最大值。在設計規范中僅對8 度大跨度及大懸挑構件考慮豎向地震作用。建筑物抵御豎向振動能力高于水平向。在人為振動中除爆破產生徑向縱波為水平作用，其余設備類振動多為豎向振動。因此以振動三向分量最大值作為安全限值偏安全。

《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)所列“影響”允許值均嚴于《爆破安全規程》(GB 6722-2014)與《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)中“安全”限值。規范中將限值分為基礎及頂部樓面兩個部分獨立評價。由數據可知隨頻率降低影響允許值強度降低。

《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)對于未達到國家現行抗震設防標準的城市舊房和鎮(鄉)村未經正規設計自行建造的房屋的容許振動值，宜按表限值70%確定。考慮到了村民自建房屋的特殊性，該規范使用起來更為便利。

3.3 振動對既有建筑的影響

振動對既有建筑的影響與安全及檢測評估實施最大難點是損傷已產生后進行，原始現場條件往往無法重現，此時需要的是現場模擬復原，在這個過程中雙方對相關模擬復原條件會產生較大爭議，主要有以下幾點：

①震源設備不一致（壓力機、打樁機、爆破藥量）；

②振動實施人員及操作對振動強度影響較大，如設備啟動功率、運行速度、爆破單孔藥量、起爆方式；

③自然環境及震源發生點無法再次實施；

④評判標準無法科學反應各類建筑物的差異，對規范限值選取存在認知差異。

對待爭議問題目前僅能通過調閱資料，調回原有設備盡可能讓雙方協調達成一致，并在雙方監督見證下完成現場復原振動采集工作。關于規范限值無法全面反映各類建筑物差異，依據《建筑工程容許振動標準》（GB 50868-20136）8.0.3 中對于未達到國家現行抗震設防標準的城市舊房和鎮(鄉)村未經正規設計自行建造的房屋的容許振動值，按表居住建筑限值的70%確定。

4 案例分析

本文案例為新建道路與相鄰既有房屋振損案件，經過多次協商后，雙方達成具體復原試驗條件，在雙方見證監督下完成試驗。

圖1 新建道路與相鄰既有房屋(1)

圖2 新建道路與相鄰既有房屋(2)

4.1 復原振動試驗數據

2022年9月20 日，檢測現場調用原施工碾壓振動設備，在房屋旁便道上進行模擬碾壓施工。振動采集設備測點依據規范要求布置在一層地面及樓面處，對相關復原施工振動進行數據采集分析，具體檢測結果、波形圖及部分測點位置詳見表7及圖3-圖20。

圖3 （通道1）水平向振動時域波形全圖

圖4 （通道1）水平向振動時域局部（放大）波形圖

圖5 （通道1）振動頻域波形圖屋面振動測試波形圖

圖6 （通道2）水平向振動時域波形全圖

圖9 （通道3）豎向振動時域波形全圖

圖10 （通道3）豎向振動時域局部（放大）波形圖

圖11 （通道3）振動頻域波形圖

圖12 （通道1）水平向振動時域波形全圖

圖13 （通道1）水平向振動時域局部（放大）波形

圖14 （通道1）振動頻域波形圖

圖15 （通道2）水平向振動時域波形全圖

圖16 （通道2）水平向振動時域局部（放大）波形圖

圖17 （通道2）振動頻域波形圖

圖18 （通道3）豎向振動時域波形全圖

圖19 （通道3）水平向振動時域局部（放大）波形圖

圖20 （通道3）振動頻域波形圖

表7 振動檢測結果及波形圖

一層振動數據波形圖。

4.2 數據分析

依據《建筑工程容許振動標準》(GB 50868-2013)振沖等基礎施工建筑結構影響在時域范圍內的容許振動值并考慮未達到國家現行抗震設防標準的城市舊房和鎮(鄉)村未經正規設計自行建造的房屋限值70%折減后進行分析判定。

①一層地面振動頻域波形分析結果在31 Hz 時，居民建筑基礎振動速度峰值為插值計算為6.41 mm/s，實測4.9 mm/s，未超出標準限值；

②屋面振動頻域波形分析結果在33 Hz 時，居民建筑基礎振動速度峰值計算為4.2 mm/s，實測最大振動速度7.5 mm/s，超出規范“影響”限值；

③一層及屋面測量結果均低于《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)，未超出安全限值。

5 結論及研究展望

①本文羅列了各級地震下人體感受及房屋損傷概況及日常投訴中群眾反映現象，通過規范內容羅列，便于疏導相關人員恐慌及抑制輿情發展。

②現有規范中振動強度安全限值與V 級地震烈度強度峰值及范圍數值接近。但其取值為振動三向分量中最大值，而非水平向振動量值，因此該類限值較為安全。

③本文梳理現行規范中關于振動對房屋安全及影響的評判標準及依據，為實際檢測評定提供一定支持。振動損傷與振動參數間聯系，應通過持續性觀測進一步驗證。因此該類方法尚待加強研究。