施工振动对周边建筑物安全影响分析

施工振动对周边建筑物安全影响分析

汪洲洋

中铁十局青岛公司 

摘要：通过工程实例阐述施工产生振动值对周边建筑物有无影响，为其他项目解决施工振动对临近建筑物影响的问题提供思路及依据。

关键词：施工振动；建筑结构；安全性

引言：在临近居民区施工过程中多次发生附近居民以施工产生振动对自家房屋造成损坏需进行赔偿为由进行阻工。本文以作者亲身经历青岛新机场连接线、烟台德润路快速路项目为例，通过研究确定施工产生的振动对周边建筑物产生的影响，并向当地住建主管部门及地方政府提供检测报告，平复舆情，为其他项目提供解决类似问题的思路及依据。

正文：

一、工程概况

青岛新机场高速连接线工程位于山东省青岛市城阳区，西起双埠收费站、东至青银高速，承建施工高架桥及地面工程。高架桥、管线、电力管廊、地面道路施工均占用现状道路。作业面距周边建筑物在10m-70m。

烟台快速路项目位于烟台市芝罘区，主要相交的道路有红旗路、芝纬北三街、楚泰街，位于城市道路内，车流量较大，主线高架桥及地面工程施工均占用现状道路。作业面距周边建筑物直线距离在17m-35m。

二．施工振动类型

（一）强夯法地基处理带来的振动

强夯法主要为提高软弱地基承载力进行施工，利用起吊设备，将重锤提升至10~40米高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层同时产生较大施工振动。

（二）工程爆破带来的振动

工程爆破主要在成孔、隧道、基坑、拆除施工中使用，其主要手段为使用炸药爆破施工产生振动。

（三）桩基施工带来的振动

桩基施工一般在支护施工、桥梁施工中采用，大多采用冲击钻、正反循环钻、旋挖钻成孔产生振动。

三．振动分析方法

振动对建筑物影响分析法分为安全距离法、反应谱法、峰值速度法、烈度法。

（一）安全距离法

安全距离法较为简单，主要依据为道路、管线等各类构筑物的安全规范或法律规定标明的安全距离。根据文件要求不同类型施工保持在标定的安全距离外即可，如铁路施工安全距离等。

（二）反应谱法

振动通过波动的方式在四周蔓延，使得周边建筑物基底出现振动响应，这种响应与振动的特点、强度，建筑物自身振动特点及抗震能力有关，可以依据弹性办法对建筑物内力加以分析，可以依据我国《建筑抗震设计规范》有关标准采用正弦波反应谱或者地震影响系数曲线来计算。

（三）峰值速度法

我国有关爆破安全规程中明确指出，振动的判定依据为建筑物所处位置主振频率与质点峰值速度。通常钢混结构安全允许振动速度在0.035-0.045m/s之间，通过现场测定峰值速度与《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）对比可以得出结论。

（四）烈度法

我国建筑物抗震设防在6度及以上的区域其设计应采用抗震设计。在5度以下的地震烈度对一般建筑物不会带来很大影响，其地震安全允许振动速度在0.02-0.04m/s之间，这与《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）要求基本相符。

四． 案例应用

（一）测试原理

本文采用较为简便的峰值速度法通过使用爆破测振仪、振动传感器、采集仪等设备来获取各测点处的时程曲线，并使用专业分析软件对所采集的数据进行分析，得到相关的振动参数。根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)、《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）规定，判断机械施工过程中产生的振动是否满足标准要求。

（二）测试方案

青岛项目采用三一挖掘机破碎锤进行桥梁拆除破碎施工，作业面与建筑物直线距离相距40m，位置关系如图1所示。在建筑物面向施工区域侧水平设置3处监测点。在进行破碎施工时观察施工振动能否引起检测仪器报警。若无报警则判定为未检测到振动信号，若有报警则根据其检测仪记录的振动速度进行判定，只有当振动速度峰值超过规范要求时才能判定为振动对建筑物产生影响。经检测距作业面44.6m处居民楼位置设置的报警器三次测量均未接收到振动信号。检测报告如图2所示。

图 1. 位置关系

图 2. 检测报告

烟台项目采用徐工400E型号旋挖钻进行桩基施工，桩基直径1.2m，钻进深度45m。作业面与建筑物直线距离40-50m，位置关系如图3所示.在施工区域和距离施工区域较近的建筑区域共布设4个测点，其中测点1位于钻机西侧自建砖房区域，测点2位于钻机东侧自建砖房区域，测点3位于钻机西侧自建砖房区域，测点4位于钻机施工区域。每个测点在竖直、东西和南北方向布设一个941B型拾振器，分别采集各测点的竖向、东西和南北方向的振动速度时程曲线。数据采集完成后，对所采集的振动速度时程曲线进行分析，得到各测点的振动参数。根据《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）中的规定，将数据分析所得实测值与规范中的容许值进行比较，以判断旋施工过程中产生的振动是否满足规范中的振动控制要求。

图 3. 位置关系

    测点1                      测点1位置概图

    测点 2                    测点2位置概图

测点3                       测点3位置概图

测点 4                        测点4位置概图

（三）测试设备

振动测试所采用的设备为爆破测震仪（TC-4850） 、941B 型拾振器、COINV 数据采集仪、联想笔记本电脑以及 DASP 数据采集处理系统，测试原理如图4所示。

图 4. 测试原理框图

五．实例振动测试数据分析

根据《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）8.0.2和 8.0.3条规定：“当采用锤击和振动法打桩、振冲法处理地基时，打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的振动容许值，宜按照表2的规定确定”，“对于未达到国家现行抗震设防标准的城市旧房和（镇）乡村未经正规设计自行建造的房屋的振动容许值，宜按表2中居住建筑的 70%确定”，各测点实测振动速度峰值与容许振动速度峰值对比如表3所示。

强夯施工通常将地面的最大振动加速度为0.98m/s²处（认为是7度抗震防烈度）作为设计时振动影响安全距离。因此采用强夯法时通常划定安全距离。据测试，当夯击能为 1000kN·m时，垂直振动加速度为 0.2g，建筑物距夯点保持不小于 15m的距离，一般不会对建筑物造成损害。当夯击能为 5000kN-m 时，其安全距离为 30m。当夯击能为6000kN-m时，其安全距离为40m。当受场地限制，不能避开时，靠建筑物的一例，应考虑采取防振或隔振措施，如开挖深度大于建筑物基础埋深的防振沟等，

目前的爆破振动安全判据是从振动幅值特性、振动频率等相关物理量来证明爆破振动是否符合安全判据的要求的。以不同以参量来描述振动强度可以将安全判据分为两类，第一类是以振动传播介质的质点振动的加速度为参量的安全判据，另一类安全判据是以速度作为质点振动强度的。爆破振动的频率、建筑物自振频率和爆破振动持时都应该是爆破振动安全判据考虑的因素。我国对于民房爆破振动安全标准按《爆破安全规程》(GB6722-2011)执行，这充分考虑了振动速度和频率两个因素具体为：对土坯房和毛石房安全允许振动速度为0.5cm/s,对于一般砖房和砖混结构为1.5cm/s。

表 1 爆破振动允许标准

表 2 打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值

表 3 各测点实测振动速度峰值与容许振动速度峰值对比

由表 3 可以看出，测点1、2、3、4的实测振动速度峰值均远小于规范规定的容许振动速度峰值。

六．结论

根据《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）8.0.2和8.0.3 条的规定，青岛新机场快速路、烟台德润路快速路项目在施工过程中，施工区域及周边建筑物的实测振动速度峰值均远小于规范中的容许振动速度峰值，施工引起的振动满足规范要求，不会引起周边建筑物的结构破坏。

参考文献： 

[1]《城市道路工程设计规范》（CJJ 37-2012,2016年版）

[2]《城市道路工程设计规范》（JTG B01-2014）

[3]《建筑工程容许振动标准》（GB50868-2013）

[4]《爆破安全规程》         (GB6722-2014)

[5]《建筑抗震设计规范》    （GB50011-2019）