重型壓路機碾壓作業(yè)產(chǎn)生振動對周邊房屋的影響

楊海斌

陜西省建筑科學研究院

引言

交通基礎設施建設中，重型壓路機碾壓作業(yè)產(chǎn)生的持續(xù)振動對周邊房屋的影響問題日益突出，通過對某公路施工前后周邊民房的調(diào)查與檢測，單鋼輪振動壓路機對路基振動碾壓過程中，當?shù)卮迕穹从呈苁┕ふ駝佑绊懀�房屋墻體、屋頂出現(xiàn)裂縫，存在安全隱患，阻礙正常施工。住戶要求對其房屋進行調(diào)查、檢測，確定房屋受損情況。

一、工程概況

本項目設計路線區(qū)域，總體地勢中部最高，西部略低，東部最低，沿途經(jīng)過地形起伏較大的河流侵蝕區(qū)、地形平坦的河流淤積區(qū)。沿線下伏基巖層位基本穩(wěn)定，承載力能夠滿足公路路基和構(gòu)造物基礎的設計要求。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，沿線房屋結(jié)構(gòu)形式分為磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、土坯房、土坯與磚墻結(jié)合木屋架房屋、土窯洞、磚石窯洞，絕大部分為單層建筑，少部分為二層及二層以上建筑，磚墻砌筑砂漿普遍較低。房屋結(jié)構(gòu)形式簡單，建筑風格基本一致，無正規(guī)勘察設計及相關施工資料，基本未按現(xiàn)行規(guī)范采取相應的抗震構(gòu)造措施。當?shù)胤课菥�是自籌自建，依據(jù)當?shù)仫L俗習慣及傳統(tǒng)文化，在沿線房主擁有的宅基地處自行建造。為了防止室內(nèi)低洼，而常在新填筑的地基上建造。鑒于房房屋結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造措施、施工質(zhì)量、地基的不均勻沉降及在長期的使用過程中由于溫度引起的收縮和變形等已有缺陷，如果建筑物及相關構(gòu)件受振前，在靜力作用下已經(jīng)接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)，即使較小的振動也能造成相當嚴重的破壞，直接影響到房屋及相關構(gòu)件的抗震及安全性能。

    二、振動對建筑物和人的影響

    國家標準《建筑工程容許振動標準》GB50868-2013，施工振動對建筑物的影響頻率為1-100Hz，建筑結(jié)構(gòu)基礎及頂層樓面的振動速度時域信號測試應取豎向和水平向兩個主軸方向，評價指標應取三者峰值的最大值及其對應的振動頻率。打樁等基礎施工振動對建筑結(jié)構(gòu)影響在時域范圍內(nèi)的允許振動值見表1，強夯施工振動對建筑結(jié)構(gòu)影響在時域范圍內(nèi)的允許振動值見表2。

表1   打樁等基礎施工對建筑結(jié)構(gòu)影響的允許振動值

建筑物類型	頂層樓面處容許振動速度峰值（mm/s）	基礎處容許振動速度峰值（mm/s）
	1～100Hz	1～10Hz	50Hz	100Hz
工業(yè)建筑、公共建筑	12.0	6.0	12.0	15.0
居住建筑	6.0	3.0	6.0	8.0
對振動敏感、具有保護價值、不能劃歸上述兩類的建筑	3.0	1.5	3.0	4.0

表2    強夯施工對建筑結(jié)構(gòu)影響的允許振動值

震源產(chǎn)生的振動通過土壤等介質(zhì)向周圍傳播，會對周圍環(huán)境產(chǎn)生各種影響，振動傳至建筑物內(nèi)，會干擾建筑物內(nèi)人們的正常工作、學習和生活等。冶金部有關標準規(guī)定工作和生活環(huán)境的允許振動：宿舍生活區(qū)允許振動速度為0.50（mm/s）。相關研究測試資料表明，振動頻率在10-100HZ之間，振動速度大于0.65 mm/s時，人在生理上就會感覺到振動。振動對房屋內(nèi)人群的生理或心理健康產(chǎn)生不同程度的影響，房屋調(diào)查時，沿線群眾對壓路機振動反應強烈，壓路機碾壓過程中，會感到房屋在震動，引發(fā)生理煩躁不安等不良反應，影響到正常的生活與休息。

三、振動測試

壓路機為徐工XSM222型單鋼輪振動壓路機，其工作質(zhì)量22000kg、振動頻率28Hz、名義振幅2.0/1.0mm、激振力390/220kN。根據(jù)沿線所處地形及工程進度，布置兩次多測點測線，了解振動強度隨距離的衰減規(guī)律。測線1為沿垂直公路方向向民房布置，共布置4個測點，每個測點有X、Y、Z三個分向，各測點距振源斜距離分別為5m、20m、40m（民房外墻處）、民房屋頂處；測線2為沿公路斜方向向遠處布置，共布置4個測點，每個測點有X、Y、Z三個分向，各測點距振源斜距離分別為5m、20m、35m、52m。根據(jù)實測數(shù)據(jù)和測試系統(tǒng)的標定結(jié)果，將截取各時段的包含水平向最大振幅的事件記錄數(shù)據(jù)分別經(jīng)過處理，得到各測點的最大速度分量（X、Y、Z）。各測點的三分向最大速度結(jié)果見表3、4。

表3    測線1各測點三分向最大速度測試結(jié)果表

表4     測線2各測點三分向最大速度測試結(jié)果表

通過對測試數(shù)據(jù)進行FFT譜分析可知，振動測點處的振動頻率主要為13.8Hz、27.4Hz。按最不利因素考慮其容許振速，對于居住建筑基礎處容許振動速度峰值為3.0mm/s。考慮到城市舊房和鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村未經(jīng)正規(guī)設計自行建造的房屋未達到國家現(xiàn)行抗震設防標準，又考慮實際地質(zhì)差異、房屋的差異及結(jié)合其他工程實例，由實際振動測試的回歸公式，確定其安全距離為10.2m。應當指出采用振動速度來評價建構(gòu)筑物的振動效應是難以反映出結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)和破壞機理的。根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學原理，在施工振動的作用下，結(jié)構(gòu)的動力響應與震源能量、頻率、持續(xù)時間等特性以及結(jié)構(gòu)本身的固有頻率、阻尼比等因素有關。僅用質(zhì)點振動速度來評價建構(gòu)筑物的振動效應只是一種實用的近視方法。

四、沿線住戶房屋調(diào)查、檢測

由于當?shù)剜l(xiāng)村民居未經(jīng)正規(guī)設計且由住戶自行建造，難以達到國家現(xiàn)行標準、規(guī)范的設計、抗震設防及施工質(zhì)量要求，考慮到實際地質(zhì)、房屋的差異及當?shù)厝罕姺磻�的實際情況，應甲方要求對沿線公路兩側(cè)30m范圍內(nèi)民房進行調(diào)查檢測。民房本身結(jié)構(gòu)及施工質(zhì)量存在不同程度的缺陷和問題，加之在長期的使用過程中由于溫度引起的收縮和變形，地基的不均勻沉降等原因形成各種裂縫，輕度的非受力裂縫是民房的常見現(xiàn)象，具體有如下幾種情況：

1、門窗洞口角部裂縫：沿線民房門、窗洞口處多為磚平拱，會由于墻體結(jié)構(gòu)受壓、受拉強度較小而產(chǎn)生裂縫；門窗洞口處為產(chǎn)生溫度應力的集中部位，溫度的變化會引起裂縫。

2、縱橫墻連接處及隔墻與主體墻連接處豎向裂縫：砌體結(jié)構(gòu)砌筑過程中連接處磚未咬槎，無可靠的拉結(jié)措施；夯土墻體自身強度很低，受條件限制，許多房屋在砌筑墻體時，粘土磚、砌塊、夯土、片石等各種材料混用，由于塊材尺寸模數(shù)不同，不能有效地咬槎連接；或者材料屬性不同，脹縮不一，難以有效地結(jié)合成一體，連接處墻體會因材料的收縮及溫度應力的影響產(chǎn)生豎向裂縫。

3、預制板拼接處裂縫及板縫引起的墻縫：安裝預制板時，預制板拼接處的板縫不灌漿或灌漿不密實，由于預制板與灌縫材料不一致導致產(chǎn)生不同的收縮，在溫度應力影響下，在使用一、二年后就易導致預制板拼接處開裂，無設圈梁時造成墻體沿板縫開裂。

4、屋面挑檐板根部墻縫及板縫：沿線民宅挑檐板為預制板或現(xiàn)澆板且設置方式因施工人員經(jīng)驗而形式多樣。挑檐承受上部傳來的荷載，并將荷載傳遞給與之相連的墻體。挑檐屬靜定結(jié)構(gòu)，沒有內(nèi)力重分布問題可以減少（調(diào)整）板端的彎矩。如果上部荷載較大，而墻體的受壓強度較低，就會因壓力而產(chǎn)生局部受壓的墻體裂縫，并使其與相鄰預制板之間原有縫隙發(fā)展。

5、窯洞拱頂處裂縫：公路沿線的窯洞頂部多為磚箍拱頂，在磚塊材的干縮變形及長期溫度、濕度變化的影響下，磚拱頂易產(chǎn)生裂縫。

6、地基不均勻沉降引起墻體不均勻變形，使墻體產(chǎn)生附加彎、剪應力和主拉應力。當墻體內(nèi)的應力超過砌體的復合受力抗拉強度時，便在墻體產(chǎn)生相應部位產(chǎn)生裂縫。

7、女兒墻根部、挑檐處墻體與屋面板或挑板連接處裂縫：粘土磚砌體的線膨脹系數(shù)為混凝土線膨脹系數(shù)的一半。磚女兒墻與屋蓋混凝土界面部位容易出現(xiàn)水平裂縫（縱墻的兩端尤為明顯）。

壓路機作業(yè)過程中，與振動波傳播方向平行的墻體可產(chǎn)生斜裂縫或交叉斜裂縫，與振動波傳播方向垂直的墻體易產(chǎn)生水平裂縫。縱橫墻交接處易出現(xiàn)豎向裂縫。墻角部出現(xiàn)受剪斜裂縫，受壓豎裂縫，及墻角脫落。由于部分房屋明顯存在“先天不足”和陳舊性裂縫，在壓路機作業(yè)過程中的持續(xù)振動，引起房屋裂縫加寬加長；預制板拼接裂縫處掉灰，一些房屋預制板屋面漏雨、粉刷層脫落；個別外墻瓷磚粘貼的施工質(zhì)量較差時，粘接力不足，在外界溫度變化、振動及房屋自身變形等性影響下，產(chǎn)生脫落現(xiàn)象；個別燈具懸掛飾品零件共振，飾品、零件移位脫落，也同時造成電子元件損壞。振動對房屋內(nèi)人群的生理或心理健康產(chǎn)生不同程度的影響，房屋調(diào)查時，沿線群眾對壓路機振動反應強烈，壓路機碾壓過程中，會感到房屋在震動，但檢測過程中未發(fā)現(xiàn)由于壓路機振動影響到房屋結(jié)構(gòu)安全的情況。

結(jié)論

隨著整個社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通建設近年來突飛猛進，施工過程中對周邊房屋及居民生活帶來不同程度的影響。本工程壓路機的長時間持續(xù)振動和噪音，使沿線居民感覺到明顯不適，對建筑物造成了不同程度的影響，但未產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網(wǎng)絡設計項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)