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摘要:為了某礦區礦產的便捷運輸及周邊居民的出行方便,近年來礦區公路建設發展迅速,建設過程中,路基碾壓作業產生的振動對周邊房屋結構安全產生一定的影響,本文通過某礦區公路建設中路基碾壓對沿線房屋的調查檢測,就路基碾壓對房屋的影響進行了分析。...

 路基碾壓對周邊房屋的影響

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產生的持續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查與檢測,單鋼輪振動壓路機對路基振動碾壓過程中,當地村民反映受施工振動影響,房屋墻體、屋頂出現裂縫,存在安全隱患,阻礙正常施工。住戶要求對其房屋進行調查、檢測,確定房屋受損情況。

一、工程概況

本項目設計路線區域,總體地勢中部最高,西部略低,東部最低,沿途經過地形起伏較大的河流侵蝕區、地形平坦的河流淤積區。沿線下伏基巖層位基本穩定,承載力能夠滿足公路路基和構造物基礎的設計要求。經現場調查,沿線房屋結構形式分為磚混結構、磚木結構、土坯房、土坯與磚墻結合木屋架房屋、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。房屋結構形式簡單,建筑風格基本一致,無正規勘察設計及相關施工資料,基本未按現行規范采取相應的抗震構造措施。當地房屋均是自籌自建,依據當地風俗習慣及傳統文化,在沿線房主擁有的宅基地處自行建造。為了防止室內低洼,而常在新填筑的地基上建造。鑒于房房屋結構形式、構造措施、施工質量、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件受振前,在靜力作用下已經接近臨界穩定狀態,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,建筑結構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構影響在時域范圍內的允許振動值見表1,強夯施工振動對建筑結構影響在時域范圍內的允許振動值見表2。

表1   打樁等基礎施工對建筑結構影響的允許振動值

    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    強夯施工對建筑結構影響的允許振動值

     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)

1~50Hz

1~10Hz

50Hz

     工業建筑、公共建筑

24.0

12.0

24.0

     居住建筑

12.0

5.0

12.0

對振動敏感、具有保護價值、不能劃歸上述兩類的建筑

6.0

3.0

6.0

震源產生的振動通過土壤等介質向周圍傳播,會對周圍環境產生各種影響,振動傳至建筑物內,會干擾建筑物內人們的正常工作、學習和生活等。冶金部有關標準規定工作和生活環境的允許振動:宿舍生活區允許振動速度為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。振動對房屋內人群的生理或心理健康產生不同程度的影響,房屋調查時,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,其工作質量22000kg、振動頻率28Hz、名義振幅2.0/1.0mm、激振力390/220kN。根據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。根據實測數據和測試系統的標定結果,將截取各時段的包含水平向最大振幅的事件記錄數據分別經過處理,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果見表3、4。

表3    測線1各測點三分向最大速度測試結果表

測點編號

測點與振源的斜距(m)

 X(mm/s)

Y(mm/s)

Z(mm/s)

三分向最大速度(mm/s)

 測點1

5

2.548

3.144

3.189

3.189

 測點2

20

0.737

0.679

0.683

0.737

 測點3

40

0.548

0.607

0.648

0.648

 測點4

民房屋頂

0.570

0.606

0.631

0.631

表4     測線2各測點三分向最大速度測試結果表

測點編號

測點與振源的斜距(m)

X(mm/s)

Y(mm/s)

Z(mm/s)

三分向最大速度(mm/s)

 測點1

5

3.326

2.434

2.897

3.326

 測點2

20

0.482

0.563

0.575

0.575

 測點3

35

0.521

0.539

0.498

0.539

 測點4

52

0.232

0.250

0.271

0.271

通過對測試數據進行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(鄉)村未經正規設計自行建造的房屋未達到國家現行抗震設防標準,又考慮實際地質差異、房屋的差異及結合其他工程實例,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筑物的振動效應是難以反映出結構的真實受力狀態和破壞機理的。根據結構動力學原理,在施工振動的作用下,結構的動力響應與震源能量、頻率、持續時間等特性以及結構本身的固有頻率、阻尼比等因素有關。僅用質點振動速度來評價建構筑物的振動效應只是一種實用的近視方法。

四、沿線住戶房屋調查、檢測

由于當地鄉村民居未經正規設計且由住戶自行建造,難以達到國家現行標準、規范的設計、抗震設防及施工質量要求,考慮到實際地質、房屋的差異及當地群眾反應的實際情況,應甲方要求對沿線公路兩側30m范圍內民房進行調查檢測。民房本身結構及施工質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,會由于墻體結構受壓、受拉強度較小而產生裂縫;門窗洞口處為產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:砌體結構砌筑過程中連接處磚未咬槎,無可靠的拉結措施;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澆板且設置方式因施工人員經驗而形式多樣。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。挑檐屬靜定結構,沒有內力重分布問題可以減少(調整)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,磚拱頂易產生裂縫。

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

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為混凝土線膨脹系數的一半。磚女兒墻與屋蓋混凝土界面部位容易出現水平裂縫(縱墻的兩端尤為明顯)。

壓路機作業過程中,與振動波傳播方向平行的墻體可產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生水平裂縫。縱橫墻交接處易出現豎向裂縫。墻角部出現受剪斜裂縫,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,在壓路機作業過程中的持續振動,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,產生脫落現象;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。振動對房屋內人群的生理或心理健康產生不同程度的影響,房屋調查時,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,但檢測過程中未發現由于壓路機振動影響到房屋結構安全的情況。

結論

隨著整個社會經濟的快速發展,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,但未產生結構性破壞。

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

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