施工振動(dòng)造成房屋損壞初探

   一、施工振動(dòng)與房屋破損之間相關(guān)性的幾個(gè)主要方面：    

   1. 振動(dòng)歷時(shí)及振源的幅頻特性； 

   2. 振源至房屋的距離及振源與受振房屋間介質(zhì)中波的傳播特性；    

   3. 房屋的基礎(chǔ)條件； 

    二、施工振動(dòng)對(duì)鄰近房屋造成破損的三種主要形式：     

1. 直接造成損壞：指房屋在受振前完好無損且無異常應(yīng)力變化，房屋損壞是由于強(qiáng)烈振動(dòng)的作用造成的。     

2. 加大房屋的破損程度：對(duì)于大多數(shù)建在軟弱地基上的房屋，在使用期內(nèi)會(huì)或多或少地因某種原因（如基礎(chǔ)不均勻沉降、溫差變化）受過損傷，而振動(dòng)引起的附加動(dòng)應(yīng)力會(huì)加大損傷的程度。     

3. 間接造成房屋破損：對(duì)完好且無異常應(yīng)力變化的房屋，其破損是由于振動(dòng)導(dǎo)致較大的地基位移或失穩(wěn)（如飽和土軟化或液化、邊坡坍塌）所造成的。 

在以上三種施工振動(dòng)對(duì)房屋的損壞形式中，第二種最為常見。但有時(shí)施工振動(dòng)雖然不會(huì)造成房屋破損，但它可能已超出了人的承受范圍或儀器設(shè)備的正常工作條件，這在實(shí)際工程中也是應(yīng)該避免的。

必須看到，當(dāng)房屋基礎(chǔ)的整體剛度較小或其平面尺寸與施工振動(dòng)波的波長相當(dāng)時(shí)（如多跨框架），在施工振動(dòng)波的作用下，基礎(chǔ)在不同位臵處的運(yùn)動(dòng)將各不相同，同一樓層上質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)往往不能忽略。在這種情況下，即使由施工振動(dòng)波引起的慣性力很小，房屋結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力也可能使房屋損壞。 
    三、施工振動(dòng)危害的評(píng)價(jià)指標(biāo)： 
    1．允許振動(dòng)值：在控制建筑施工振動(dòng)的影響時(shí)，人們首先應(yīng)該知道保護(hù)對(duì)象（房屋、室內(nèi)人員和儀器設(shè)備）的允許振動(dòng)值。目前，國內(nèi)外已經(jīng)頒布實(shí)施了一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)（如國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ISO2631和中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB6722—86），但他們大多是對(duì)實(shí)際工作狀態(tài)的振動(dòng)進(jìn)行測量或做調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，并不是通過較為嚴(yán)密的理論分析而得出的人或物體的真正的允許振動(dòng)。與人和儀器設(shè)備承受簡諧振動(dòng)能力的研究成果相比，在打樁等施工振動(dòng)作用下，人們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及其破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)更為膚淺。 
    2. 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大速度或加速度：在定量評(píng)價(jià)施工振動(dòng)對(duì)建筑物的影響時(shí)，目前較廣泛采用的是地基振動(dòng)的最大速度或加速度，較少采用最大位移、譜烈度和能量比等地震工程中常用的指標(biāo)。至于是采用最大速度還是最大加速度更優(yōu)越，還存在很大爭議。采用加速度者認(rèn)為，施工振動(dòng)加速度可以反映房屋結(jié)構(gòu)所受慣性作用的大小，從而便于揭示結(jié)構(gòu)的附加受力狀態(tài)及其破壞機(jī)理。而采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度者則認(rèn)為該指標(biāo)是以彈性波理論為基礎(chǔ)的，即對(duì)于無限介質(zhì)和一維桿件中的平面沖擊波，動(dòng)應(yīng)力σ與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V之間的關(guān)系為：σ=（E/C）V，其中E和C分別為介質(zhì)的彈性模量、彈性波速。在實(shí)際爆破工程中，大量觀測數(shù)據(jù)也表明了，房屋的破壞程度與地基質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的大小密切相關(guān)；當(dāng)裝藥量、埋深和爆心距相同時(shí)，即使傳播爆破地震波的巖土層不同，地基質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度較之其他指標(biāo)而言變化不大。 
其實(shí)，采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度或加速度來評(píng)價(jià)房屋的振動(dòng)效應(yīng)是難以反映出結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)和破壞機(jī)理的。根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，在施工振動(dòng)的作用下，房屋結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)與振源能量、頻率和持續(xù)時(shí)間等特性，以及房屋結(jié)構(gòu)本身的固有頻率和阻尼比等因素有關(guān)。在同一次施工振動(dòng)作用下，對(duì)具有同一結(jié)構(gòu)類型的不同房屋，其動(dòng)力響應(yīng)也可能相差很大，當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)的固有頻率與施工振動(dòng)主頻率相同或接近時(shí)，該結(jié)構(gòu)就會(huì)因共振產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)而出現(xiàn)損壞。因此僅用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度或加速度來評(píng)價(jià)房屋的破損振動(dòng)效應(yīng)，只能算是一種實(shí)用的近似方法。 
    在施工振動(dòng)的測試方面，目前在不同的國家和行業(yè)中尚未統(tǒng)一。我國和瑞典等一些國家通常采用質(zhì)點(diǎn)豎向振動(dòng)速度峰值Vz。由于缺乏成熟的國家或地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)不少工程技術(shù)人員采用國家地震烈度表對(duì)施工振動(dòng)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。施工振動(dòng)與地震有如下相似之處： 
   （1）兩者突然釋放的能量均以波的形式通過地基從振源向外傳播，并由此引起強(qiáng)烈的地基和房屋的振動(dòng)； 
   （2）兩者的地基振動(dòng)強(qiáng)度均明顯地與振源能量和振源距有關(guān)；    

   （3）兩者的地基振動(dòng)參數(shù)均明顯地受地質(zhì)和地形等因素的影響。 他們兩者之間的差異是： 
   （a）目前世界上紀(jì)錄到的地震最大加速度約為1.3g，而在大爆破施工區(qū)附近測得的地面振動(dòng)加速度高達(dá)25.3g。雖然施工振動(dòng)的幅值高，但由于它衰減很快，其破壞區(qū)的范圍還是比地震的要小得多。 
   （b）地震的主頻率一般低于5Hz，而爆破和振動(dòng)法打樁施工所產(chǎn)生的地基振動(dòng)主頻率大多處于10至30Hz。與房屋結(jié)構(gòu)的固有頻率相比，前者與之接近，后者卻要高得多。因此，施工振動(dòng)導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)共振并造成的破損比地震小得多。 
   （c）爆破振動(dòng)的主頻段持續(xù)時(shí)間一般不超過0.5秒，比地震的要短得多；而在打樁和強(qiáng)夯地基施工中，雖然它們的單擊振動(dòng)歷時(shí)較短，但由于擊數(shù)多、間隔小，其折算施工振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間將比地震的長得多。因此，在同等振動(dòng)幅值的情況下，打樁、強(qiáng)夯施工振動(dòng)比地震更容易造成房屋結(jié)構(gòu)損壞，而爆破施工振動(dòng)效應(yīng)經(jīng)常會(huì)與之相反。