基础施工振动对相邻建筑物影响评价及检测方法

基础施工振动对相邻建筑物影响评价及检测方法

张新

深圳市太科检测有限公司

摘要：近年来房地产市场不断发展，国内城市建筑的规模和数量也不断增加，其作业过程中对周围建筑物的影响也越来越明显。本文通过对建筑施工振动的分类、特性以及对周边建筑物的影响等方面进行理论论述，并以建筑工地为实例进行实地检测，总结出桩基施工振动的影响特性，从而帮助规范建筑工地的施工行为，尽量减少对周围居民的影响。

关键词：建筑施工振动；振动测试；建筑物；打桩

引言

在施工现场，由于强夯、桩基、振冲、爆破以及重型货车和压路机碾压作业会在土地中产生弹性波，波动影响土体，引发地表震动。中国城市化进程的日益加速，城市人口愈加密集，城市内可用的建筑土地越来越少。施工现场与周围建筑物之间的距离也越来越小。施工现场产生的振动对周围建筑物的影响越来越大，不仅成为了干扰周围居民工作和生活的噪音，更有甚者会对周围建筑物形成破坏。所以研究对施工振动对相邻建筑物的影响并建立检测方法具有必要性。

1基础施工振动的分类

1.1爆破振动

爆破振动是通过爆破的行为产生的振动，在能量急剧释放之后，以波动的形式向外传播，形成震波，引发建筑物的振动。

1.2强夯振动

在面对软土地基的时候，一般采用强夯法。强夯法主要是使用夯锤通过敲击，在重力作用下产生波动，促使波动周围的土体发生移动。这种足以改变土体位置的波动会对一定范围内的建筑物的安全产生不利影响。

1.3沉桩施工振动

沉桩施工振动是现在建筑施工振动中最主要也是最常见的一种形式。在打桩施工的过程中，桩尖冲击的振动会向土层传播，随着沉桩的不断深入，桩尖面对的土质结构也会越来越坚硬，土层越坚硬产生的振动速度也随之增大，周围土体会因为振动而发生变化。此外，沉桩的不断深入，还会产生挤土效应，使得周围的土体受到挤压而产生变化。

2沉桩施工振动的特性

打桩产生的振动属于冲击型振动，其波动形态就像是圈形涟漪，在石子投入书水中之后，水面上就会形成涟漪，以石子投入的位置为中心向四周散开。打桩点就相当于石头的投入点，产生的振动波会向四周辐射，形成封闭环形的振动场，它有以下几点特性：

（1）沉桩施工引起的振动是脉冲衰减型振动，是在瞬间的锤击中产生的强迫振动，而每一锤的冲击时间在0.4-1s之间，一般柴油打桩机产生的振动频率域为20-30Hz。这与周围建筑物的频率差异比较大，不会形成共振。

（2）锤击能量是引起土体及其上的物体振动的能量来源，在打桩过程中，锤击产生的能量绝大部分会传递到桩尖，并在桩尖处以弹性波的形态向桩体周边土地和地表进行传播，而这些波形能量在向土体扩散的过程中会由于阻尼作用而消散。

3沉桩振动对临近建筑物的影响

打桩作业产生的振源会通过地面向四周传播，对周围的建筑物造成不同程度的影响，我们常见的房屋内漏水、墙体有裂缝、墙体粉刷层龟裂或者剥落等现象都有可能是受到了振动影响后产生的，严重的还会导致房屋倾斜；房屋沉降；房屋坍塌等，其危害具体可以分为以下三种形式：

（1）对建筑物的破坏产生直接影响，强烈的振动直接损坏建筑物的形态；

（2）加速了建筑物的破坏，很大一部分的建筑物是在软基上搭建起来的，土体本身沉降、温度的变化会对房屋造成损伤，而振动则会成为这类损伤的加速度。

（3）对建筑物的破坏产生间接影响，强烈的振动会让土体软化或者液化，还有边缘土体的崩塌都会对建筑物的地基位造成影响，从而对房屋形成破坏。

4建筑施工振动对周围房屋影响的评判标准

有关爆破施工作业产生的振动影响研究较为成熟，由于损伤性大，国际上对此也较为重视，所以国家拟定了《爆破安全规程》GB6722作为爆破施工的要求标准。

我国地域广阔、历史悠久，所以自然地理环境与历史遗迹建筑都存在着不同的组合形态，这直接增加了建筑施工现场的复杂性，我们暂行的《建筑工程容许振动标准》GB50868-2013标准是以一般民用建筑和一般工业建筑为参考标准的，且必须是在正常的自然环境中，飓风、地震等极端恶劣灾害并不在标准的制定范围，所以依据标准，建筑工地上的振动频率需保持在1-100Hz之间，才能保证对周围建筑物的影响在安全范围内。

在《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292的报告中指出，在评定振动对其上部称重结构的安全影响等级时，宜采用现场测量法获取结构振动强度的幅值、频率等参数，参考《结构振动速度安全限值表》进行安全性等级评定。

5工程实例检测及评价

5.1施工项目概述

拟建的城市中心广场项目，位于城区东部，项目规划面积约130亩。下沉式广场和地下车库的规划需要，该工程项目的大部分区域需要进行基地开挖，深度约6-10m，基坑主要采用支护桩进行支护，护坡孔径约900mm，采用机械冲击空心锤进行开孔。本项目周围的居民居住楼是本次测试的重点监测对象。

在地质勘探方面，项目的报告中显示，施工范围内的土质上层主要有新统碎石及黏土层组成，下层土体则主要为白云岩，部分的白云岩表层还会有些许大理岩。根据桩体下沉的高度我们可以推算出，本次检测点周围的土体大多为白云岩。

5.2测试原理

利用891型拾振器进行信号转换，当检测点信号传输过来后，891型拾振器把振动信号进行放大，随后通过滤波过滤，最终通过阻抗变化后形成电信信号，运输至G01通用数据采集仪，采集仪通过USB接口与电脑连接，将采集到的振动数据和时间参数同期拷贝至电脑，在各测点的拾振器上都设定标准值，最终将各测点振动数据以及采集系统的设定参数进行数据存储。

5.3测试仪器

5.3.1测试仪

利用VC63B测振仪器的高灵敏度，施工现场的某个影响面上的质点的振动速度可以被科学地记录。同时，振源的强度、振动时间等因素会成为质点振幅的变化因素，三者之间也存在着一定规律，这些规律都可以利用VC63B测振仪器上编写的公式计算出来。高灵敏度的891-2型拾振器也是VC63B测振仪器的最佳拍档组合。

5.3.2数据采集仪和分析系统

数据采集、数据触发采集、时域滤波、波形编辑、数据微分、积分和统计、频域分析、自动判断结构固有频率、结构振型分析、多通道信号失真度测量、虚拟电压表和示波器等11个模块构成了分析系统软件。该系统的数据分析方法丰富、采集方式多样，甚至能对频率进行精准分析，是梁桥、大坝、爆破等高难度作业的专用仪器，也是结构型建筑工程最常用的分析系统。

5.4测试方案

由于施工现场的情况较为复杂，所以现场数据测试点应该针对性地、科学性地选定不同的地形、物体作为实验点。通过检测不同布置点在打桩时产生的振动数据记录起来。由于振动强度存在随着距离衰减的规律，所以在沿着桩心方向需要布置一条多测点，用来监测在同样环境下，距离桩心不同位置的振动幅度。

为了保证实验数据的真实性，本次检测将直接采用工地项目的打桩设备。

本次测试共布置了5个测试点，测点1距离桩心最近，相隔约3m；测点2距离A栋目标建筑物最近，距离桩心8m；测点3与测点2在同一建筑物A中，但是测点3在建筑物中层；测点4则位于A栋建筑物的顶层；测点5位于B栋建筑物的顶层，而B栋建筑物比A栋建筑物距离桩心更远。

5.5注意事项

（1）在整个检测过程中，都需要使用符合系统标定的仪器。

（2）由于各测点并不密集，所以在各测点的振动幅度是本次检测的主要数据。

（3）若要对场地的衰减性进行研究，则需要采用多点测定法，测点的布置以及测点间的间隔是检测的关键。

5.6数据处理与分析

在数据采集后，对数据进行处理和分析显得尤为重要，本次测试的主要目的就是计算测点的最大振动速度值，《地基动力特性测试规范》（GB/T50269-97）是本次测试数据的参订标准值。通过利用实际检测到的数据和测试系统的计算结果，将截取各个时段各个测点的最大振动幅度进行记录和处理，得到的各个测点在不同时间段不同桩体深度的最大振幅。

通过数据分析发现，在打桩深度5m左右的砂石土层周围获得的振动幅度是最大的，而后随着振源和各测点间斜距的增加，各个测点的振动幅度也随之减少。

5.7测试的影响评价

在分析了各测点数据的功率谱后发现，不同测点所得到的振幅的频带较宽，从5Hz到60Hz均有。假设建筑物处于最不利因素中，居住建筑物的基础处容许振动的平均峰值为3.0mm/s，最高峰值是7.0mm/s。

本次检测结果显示，在测点1获取到的最大速度峰值为2.86mm/s，而在测点2检测到的数据仅为0.87mm/s，测点5最终体现的数据为2.32mm/s，均小于建筑物的基础处容许振幅，所以本工地的打桩施工作业并不会对其周围的建筑物形成损坏影响。

结语

通过现场的振动进行测试，在精准的数据分析后，我们可以得出以下结论：

楼层高度的不同，表现的出来的数据也不同。楼层越高受到打桩振动的影响也越大，整体呈现出放大效应，所以在日常的施工过程中，应该以最高楼层的影响程度作为对周边建筑物影响度的标准；在同一高度，不同距离的楼层观测数据来看，打桩所产生的振动随着距离的拉长也在不断缩减，距离桩体越远，受到的影响越小，且衰减幅度较为明显；从最受影响的顶楼的检测数据来看，打桩所能产生的振动的能量较小，而且随着距离逐渐减少，且顶楼的振动值依旧处于容许范围内，所以打桩所形成的振动对房屋结构的影响并不是很大。

参考文献：

[1]杨光强.基于免共振液压振动锤系统沉桩施工对周围环境的影响分析[J].建筑施工，2017，39（06）：888-889.

[2]姜锐.爆破振动对邻近埋地管道安全影响的测试与分析[D].西南科技大学，2017.

[3]林卫超.钢弹簧浮置板道床力学特性研究[D].华东交通大学，2016.

[4]张雅莉.MHB碎石化施工对临近构筑物振动影响试验与数值模拟研究[D].兰州理工大学，2016.

[5]刘雅梦.房屋结构环境振动影响分析及ERA方法应用[D].中国地震局工程力学研究所，2016.