振动与冲击对建筑物影响的鉴定方法及工程应用

３８　福建建设科技２０１０．Ｎｏ．１　■建筑结构　振动与冲击对建筑物影响的鉴定方法及工程应用　吴小波（福建省建筑科学研究院［摘福州３５００２５）　要］　由于振动与冲击可能引起周边建筑物损坏，并因此产生的纠纷屡见不鲜。对一冲孔桩施工产生的地面振动进行　了现场的振动测试，调查分析了房屋结构的损伤，得出了振动影响的评估鉴定结论。说明了对象所在地的振动量和房屋自身结构　的整体性是振动与冲击对建筑物影响鉴定中两个重要因素。　［关键词］振动与冲击建筑物鉴定振动测试　Ａｐｐｒａｉｓａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｈｏｃｋ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃａｒｌ　ｃａｕｓｅ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．Ｃｌａｉｍｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌａｉｎｔｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｎｏｔ　ｒａｒｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｅ　ｅｘ—　ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ｏｆ　ａ　ｐｉｌｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｎｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ａ　ｎｅａｒｂｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｄｕｒ－　ｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｊ　ｅｃｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ｍａｉｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇ—　ｒｉｔｙ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｔＷＯ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ａｐｐｒａｉｓａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｕｌｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｈｏｃｋ；ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ａｐｐｒａｉｓａｌ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　引言　用方向的不同而异，在人体的最敏感频率范围，界限最低。对　于ａｚ振动，其范围在４￣８Ｈｚ对应于暴露２４小时的界限数值　为０．０４ｍ／ｓ　；对于ａｘ、ａｙ振动，在范围为１～２Ｈｚ对应于暴露　２４小时的界限数值为０．０３ｍ／ｓ　；针对城市各类区域的铅垂　随着现代工业的发展及城市规模的扩大，振动对城市生　活环境和工作的影响日益引起人们的关注，国际上已把振动　列为七大环境公害之一，并着手研究振动污染规律、振动产生　的原因、传播路径与控制方法以及对人体的危害等等。　在建设工程和采矿工程等行业中的爆破、打桩施工，工厂　向ｚ振级允许标准值为６５￣８０ｄＢ，对于每日发生几次的冲击　振动，其最大值昼间不允许超过标准值１０ｄＢ，夜间不超过　３ｄ　。　中大型风机、空压机、锻锤、压力机等可能产生强度较大的振　动，为此，有时要考虑隔震措施或其他防护措施。交通振动，　现行的相关国家规范对具体建筑物的振动冲击影响尚无　对周围建筑的振动影响也不容忽视。建筑物受到振动的影响　有大有小，其表现形式为抹灰层龟裂或脱落、墙体和楼板开　完整、明确的评价准则。《爆破安全规程》对不同类型建（构）　筑物和其它保护对象的振动影响，采用不同的峰质点振动速　度和主振频率作为安全判据和允许标准，这一标准主要针对　结构的安全影响，在对建筑振动损伤这一层次尚无规范界定；　裂、地基基础下沉和变形等，严重者甚至导致倒塌。　１振动与冲击对建筑物影响的研究现状　振动与冲击对建筑的影响主要涉及室内振敏设备的影　《机械振动与冲击对建筑物振动影响的测量和评价基本方法　及使用导则》适用于各种振源引起的振动对建筑物影响的评　响、人体振动的舒适性影响及建筑物自身的损伤影响三个方　面。目前在以上三个方面国家制定了不同的评价标准规范，　价，该评价主要针对建筑物的结构响应，但该标准只能用于评　价建筑物的相对烈度，而不能作为容许与否的振动量级。许　主要有：《振动与冲击对室内振敏设备影响的测量与数据呈报　方法》（ＧＢ／Ｔ　１４１２５～１９９３）、《多层厂房楼盖抗微振设计规　范》（ＧＢ　５０１９０－－９３）、《人体全身振动暴露的舒适性降低界限　和评价准则》（ＧＢ／Ｔ　１３４４２—９２）、《机械振动与冲击对建筑物　振动影响的测量和评价基本方法及使用导则》（ＧＢ／Ｔ１４１２４—　多国家的法规将建筑物基础尚几个毫米每秒的峰质点速度作　为有明显效应的界限，峰质点速度为几百毫米每秒时，产生损　坏的可能性很大，低于人们感觉界限的振动量级在精密的工　业生产过程中可能要予以重视＿３Ｊ。　振动与冲击在建筑范畴的影响按照建筑物自身的损伤影　响一人体振动的舒适性影响一室内振敏设备的影响这三个层　次的限制准则是逐级严格的，同时后两方面的限制准则在现　９３）、《城市区域环境振动标准》（ＧＢ１００７０－－８８）、《住宅建筑室　内振动限值及其测量方法标准》（ＧＢ／Ｔ５０３５５—２００５）、《爆破　安全规程》（ＧＢ６７２２～２００３）。　行国家标准中是相对较明确的，而振动与冲击对建筑物振动　影响的评价仅有评价建筑物的相对烈度。也就是说，相对于　室内振敏设备的振动限值主要以竖向的位移和速度作为　控制指标，对于精密机床、精密天平等振敏设备较为严格的竖　向振动允许值为ｌ＿】］：４．８ｔＬｍ（０．３ｒａｍ／ｓ）。　人体全身振动暴露的舒适性降低界限（加速度均方根值）　按振动频率（或１／３倍频程的中心频率）、暴露时间和振动作　室内振敏设备及人体振动暴露的舒适性，目前国内尚无针对　性明确的允许标准作为评价依据，这也反映了对于建筑物的　振动影响尚缺乏振害特征的宏观调查资料及其相对应的振动　的观测值，来确定建筑物或构筑物较为可靠的破坏标准。　■建筑结构　２工程应用一打桩振动影响鉴定实例　（１）工程概况　福建建设科技２０１０．Ｎｏ．１　３９　根桩的冲孔进尺约１８ｍ￣２０ｍ，数据采集时间约１小时。　在两冲孔桩之间设置地面测点Ａ（距离两桩位分别为　８．５ｍ、８．３ｍ），在房屋底层地面靠近桩位的墙边设置测点Ｂ，　某变电线工程线塔桩基础采用冲孑Ｌ成桩工艺，施工产生　地基土的振动波及邻近的居民房屋，该线塔平面尺寸为８．５ｍ　×８．５ｍ，每个塔脚设４根直径１．２ｍ的灌注桩，桩长约２１ｍ。　与塔基相邻的民房为单层（局部两层）砖混结构，其中（１　采集冲孔引起的地质点振动约１个小时，两个测点振动幅值　及主频统计结果详表１，冲孔桩施工产生的测点振动波形及　频谱如图４所示。　日　Ｐ　瓣　＊　一－；船ｇ　Ｅ　０　｝一一０ｍ……一ａ一’　２）轴两层部分为现浇混凝土楼屋盖，设圈梁，未设构造柱，　该部分底层层高约２．５ｍ，二层层高约３．４ｍ；（３—６）轴单层部　∞Ⅲ　………　一　一　分为木屋架，水泥波纤瓦屋盖，设砖壁柱，未设圈梁；房屋采用　条石基础，未设地圈梁；房屋外墙未抹灰，（１—２）轴二层内墙　抹灰装修。房屋平面布置及与塔基的平面分布如图１、２所　示，房屋现状如图３所示。　、　ｌ　Ｌ民房一层平面示意图　　，图２振动测试的测点布置示意图　图３房屋现状照片　（２）打桩振动测试结果　为采用确切的数据说明冲孔桩施工对相邻民房的振动　量，对冲孔桩施工进行现场的振动测试。根据现场的桩位及　房屋的平面分布情况，现场测试时分别在同时施工的两根桩　位之间及房屋底层的地面设置两个测点，具体布置示意如图　２所示；根据评估振动烈度及建（构）筑物振动损伤较直接的　物理参量，选取质点振动速度作为测试参量；现场测试采用　３００Ｈｚ采样频率，４０Ｈｚ低通滤波频率。现场振动测试时，两　崔　一　’　｛　毪　一　０　…　一　图４测点振动波形及频谱图　表１　冲孑Ｌ桩施工振动测试统计结果　＿１ｌ　如　由现场的测试结果可以看出：在两台冲孔桩机器同时施　工时进行振动测试，所测设在两冲孔桩之间设置地面测点Ａ　（距离两桩位分别为８．５ｍ、８．３ｍ）的水平向峰值振动速度最　大值为４．１８　ｍｍ／ｓ（振动主频为１３．５Ｈｚ），竖向峰值振动速度　最大值为２．４６ｍｍ／ｓ（振动主频为１３．２Ｈｚ），三方向速度拟矢　量和最大值为６．１３ｍｍ／ｓ；所测设在房屋底层地面测点Ｂ的　水平向峰值振动速度最大值为０．２１　ｍｍ／ｓ（振动主频为　４．４Ｈｚ），竖向峰值振动速度最大值为０．３３ｍｍ／ｓ（振动主频为　５．９Ｈｚ），三方向速度拟矢量和最大值为０．４４ｍｍ／ｓ。各测点　的峰值振动速度尚未超出民宅类房屋的地基振动速度限　值【４　】，所测冲孔桩施工引起的房屋地质点振速未对该民房　构成结构安全影响，　（３）房屋损伤调查及鉴定　该房屋建于水塘边的软土地基上，基础采用浅埋的条石　砌筑且未设地圈梁，单层厂房部分的纵墙上未设置圈梁，木屋　架直接搁置在纵墙上，无可靠连接，房屋的整体性差，单层厂　房的纵墙高厚比不满足现行国家标准要求；（１—２）轴住宅部　分的二层部分墙体直接砌筑在楼板上，多处墙体未落地，承重　结构竖向不连续，房屋自身存在明显的薄弱环节。　（下转第２Ｏ页）　一　２０　福建建设科技２ＯｌＯ．Ｎｏ．１　■地基基础工程　５沉降监测结果　桩，桩的沉降很小而且在负摩阻力产生的附加荷载作用下出　现附加沉降也很小，桩土之间的相对位移关系基本不会变化，　在土体固结沉降完成过程中桩土共同作用而造成的中性点的　位置变动不大，负摩阻力的不良影响很难减少或消除，因此设　计时单桩竖向承载力取值必须考桩侧虑负摩阻力的影响，作　者认为可取设计之前２根试验桩测试结果的单桩承载力特征　值（极限承载力之半）扣除理论计算的下拉荷载作为其设计的　本工程平面上布置了１２处的永久沉降观测点，从２００５　年竣工使用以来，沉降整体稳定，没有发现异常，建筑物使用　情况良好。３年多以来该工程最大累计沉降值为１５ｍｍ，最大　沉降差为３ｒｎｍ，沉降基本均匀，均在规范＿＿４］允许值的范围内。　６结语　（１）在对软土地区进行桩基设计时，如果地面存在大面积　新近填土或堆载，应先根据桩的持力层情况确定所设计的桩　型是属于摩擦型桩还是端承型桩，根据桩型的不同来考虑负　摩阻力的影响。　单桩承载力特征值。本工程根据理论公式计算结果，并综合　静载试验情况和当地工程经验，确定取１０００　ｋＮ作为设计的　单桩承载力特征值。　４检测结果分析　（２）对存在负摩阻力的场地桩进行单桩竖向静载试验时，　对于端承型桩不能直接采用静载试验的单桩竖向极限承载力　桩基工程施工完成后，随机抽取３根桩进行竖向承载力　静载试验，在考虑负摩阻力产生的下拉力后，试验最大加载取　２８００　ｋＮ，检测结果详见Ｏ—Ｓ曲线图３。由曲线图得到工程　桩的单桩竖向极限承载力值均大于２８００　ｋＮ，满足设计要求。　设计值作为该场地工程桩的竖向极限承载力设计值，建议设　计取值时扣除桩侧负摩阻力产生的下拉力后作为工程桩的单　桩竖向承载力设计值。　参考文献　ｆ－１］中国建筑科学研究院．ＪＧＪ　９４～２００８建筑桩基技术规范［Ｓ］．北　京：中国建筑工业出版社，２００８．　０　［２］中国建筑科学研究院．ＧＢ　５０００７—２００２建筑地基基础设计规范　０　Ｅｓ３．北京：中国建筑工业出版社，２００２．　ｉ０　皇　＼［３］《桩基工程手册》编写委员会．桩基工程手册［Ｍ］．北京：中国建　筑＿Ｙ－业出版社，１９９５．　暑　ｌ５　　∞　２０　［４］中国建筑科学研究院．ＪＧＪ　１０６—２００３建筑基桩检测技术规范　［ｓ］．北京：中国建筑＿Ｔ－业出版社，２００３．　２５　ＥｓＪ廖红建．岩土工程数值分析［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．　３Ｏ　作者简介：彭惠菁（１９６５一），女，工程师，国家一级注册　图３　Ｔ程桩静载试验Ｑ—ｓ曲线　结构工程师，从事建筑结构设计专业。　（上接第３９页】　该房屋单层部分的１Ｑ一（Ａ）一（２—３）、１Ｑ一（Ｄ）一（３～　环节等）。关于建筑结构振动损坏影响的评价，目前较为普遍　采用的是质点的峰值振动速度及主频，主要因为速度参量与　振动的能量相关性较为密切，同时现有的宏观调查资料及其　相对应的振动的观测值较多的是速度。　参考文献　Ｅ１３中华人民共和国机械工业部．ＧＢ　５０１９０—９３多层厂房楼盖抗微　振设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，１９９４．　４）沿砖壁柱边产生贯穿裂缝，局部砖块断裂，现场所检最大裂　缝宽度为５．６２ｍｍ，其中１Ｑ～（Ｄ）一（３—４）裂缝沿木屋架搁　置处延伸至窗角，１Ｑ一（Ａ）一（２—３）裂缝沿木屋架搁置处延　伸至墙底，该两处墙体裂缝宽度已超出现行鉴定标准的裂缝　宽度限值５ｍｍ，构成结构性损坏　】。　二层（１～２）轴部分墙体产生裂缝，现场所检墙体最大裂　缝宽度为ｏ．２４ｒａｍ，其中２Ｑ一（２）一（Ａ—Ｃ）、２Ｑ一（Ａ）一（１　—［２］中国工程爆破协会，ＧＢ／Ｔ　１３４４２－－９２人体全身振动暴露的舒适　性降低界限和评价准则ＥＳ３．北京：中国标准出版社，２００４．　［３］全国机械振动与冲击化技术委员会．ＧＢ／Ｔ　１４１２４—９３机械振动　１／１）、２Ｑ一（Ｂ）一（１一；／１）为内墙的粉刷层细小裂缝，该部　３结论　分墙体裂缝属装饰性损伤。　与冲击对建筑物振动影响的测量和评价基本方法及使用导则［ＳＪ．北　京：中国标准出版社，１９９４．　振动与冲击的影响是以应力波的形式向外传播的，由于　人体的振感和房屋的振动损坏混杂在一起，在实际遇到的众　多振动影响工程案例中，一次的振动冲击影响往往涉及的是　一Ｅ４３桩基工程手册编委会．桩基工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业　出版社，ｌ９９５．　［５］中国工程建设标准化协会建筑振动专业委员会．建筑振动工程手　册［Ｍ］．北京：中国建筑＿Ｔ－，ｊｋ出版社，２００２．　ＥＧ３￣，１省建筑科学研究院主编．ＧＢ　２０２９２－－１９９９民用建筑可靠性　鉴定标准［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９９．　片量大面广的建筑物，所以与其影响直接对应的是一个影　响范围的界定，即如何划定振动影响的实际范围是实际工作　中所面对的一个基本问题。这一问题涉及到鉴定评估对象所　作者简介：吴小波（１９７８一），男，硕士，一级注册结构工程　师，从事结构检测鉴定、振动测试研究。　在地的振动量（幅值、频谱、持续时间）和房屋自身结构的抗震　性能（结构类别、整体性、构造的合理性、是否存在明显的薄弱