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阅读 1112 次 路基碾压对周边房屋的影响

摘要:为了某矿区矿产的便捷运输及周边居民的出行方便,近年来矿区公路建设发展迅速,建设过程中,路基碾压作业产生的振动对周边房屋结构安全产生一定的影响,本文通过某矿区公路建设中路基碾压对沿线房屋的调查检测,就路基碾压对房屋的影响进行了分析。...

 路基碾压对周边房屋的影响

杨海斌

陕西省建筑科学研究院

引言

交通基础设施建设中,重型压路机碾压作业产生的持续振动对周边房屋的影响问题日益突出,通过对某公路施工前后周边民房的调查与检测,单钢轮振动压路机对路基振动碾压过程中,当地村民反映受施工振动影响,房屋墙体、屋顶出现裂缝,存在安全隐患,阻碍正常施工。住户要求对其房屋进行调查、检测,确定房屋受损情况。

一、工程概况

本项目设计路线区域,总体地势中部最高,西部略低,东部最低,沿途经过地形起伏较大的河流侵蚀区、地形平坦的河流淤积区。沿线下伏基岩层位基本稳定,承载力能够满足公路路基和构造物基础的设计要求。经现场调查,沿线房屋结构形式分为砖混结构、砖木结构、土坯房、土坯与砖墙结合木屋架房屋、土窑洞、砖石窑洞,绝大部分为单层建筑,少部分为二层及二层以上建筑,砖墙砌筑砂浆普遍较低。房屋结构形式简单,建筑风格基本一致,无正规勘察设计及相关施工资料,基本未按现行规范采取相应的抗震构造措施。当地房屋均是自筹自建,依据当地风俗习惯及传统文化,在沿线房主拥有的宅基地处自行建造。为了防止室内低洼,而常在新填筑的地基上建造。鉴于房房屋结构形式、构造措施、施工质量、地基的不均匀沉降及在长期的使用过程中由于温度引起的收缩和变形等已有缺陷,如果建筑物及相关构件受振前,在静力作用下已经接近临界稳定状态,即使较小的振动也能造成相当严重的破坏,直接影响到房屋及相关构件的抗震及安全性能。

    二、振动对建筑物和人的影响

    国家标准《建筑工程容许振动标准》GB50868-2013,施工振动对建筑物的影响频率为1-100Hz,建筑结构基础及顶层楼面的振动速度时域信号测试应取竖向和水平向两个主轴方向,评价指标应取三者峰值的最大值及其对应的振动频率。打桩等基础施工振动对建筑结构影响在时域范围内的允许振动值见表1,强夯施工振动对建筑结构影响在时域范围内的允许振动值见表2。

表1   打桩等基础施工对建筑结构影响的允许振动值

    建筑物类型

顶层楼面处容许振动速度峰值(mm/s)

基础处容许振动速度峰值(mm/s)

1~100Hz

1~10Hz

50Hz

100Hz

    工业建筑、公共建筑

12.0

6.0

12.0

15.0

    居住建筑

6.0

3.0

6.0

8.0

对振动敏感、具有保护价值、不能划归上述两类的建筑

3.0

1.5

3.0

4.0

表2    强夯施工对建筑结构影响的允许振动值

     建筑物类型

顶层楼面处容许振动速度峰值(mm/s)

基础处容许振动速度峰值(mm/s)

1~50Hz

1~10Hz

50Hz

     工业建筑、公共建筑

24.0

12.0

24.0

     居住建筑

12.0

5.0

12.0

对振动敏感、具有保护价值、不能划归上述两类的建筑

6.0

3.0

6.0

震源产生的振动通过土壤等介质向周围传播,会对周围环境产生各种影响,振动传至建筑物内,会干扰建筑物内人们的正常工作、学习和生活等。冶金部有关标准规定工作和生活环境的允许振动:宿舍生活区允许振动速度为0.50(mm/s)。相关研究测试资料表明,振动频率在10-100HZ之间,振动速度大于0.65 mm/s时,人在生理上就会感觉到振动。振动对房屋内人群的生理或心理健康产生不同程度的影响,房屋调查时,沿线群众对压路机振动反应强烈,压路机碾压过程中,会感到房屋在震动,引发生理烦躁不安等不良反应,影响到正常的生活与休息。

三、振动测试

压路机为徐工XSM222型单钢轮振动压路机,其工作质量22000kg、振动频率28Hz、名义振幅2.0/1.0mm、激振力390/220kN。根据沿线所处地形及工程进度,布置两次多测点测线,了解振动强度随距离的衰减规律。测线1为沿垂直公路方向向民房布置,共布置4个测点,每个测点有X、Y、Z三个分向,各测点距振源斜距离分别为5m、20m、40m(民房外墙处)、民房屋顶处;测线2为沿公路斜方向向远处布置,共布置4个测点,每个测点有X、Y、Z三个分向,各测点距振源斜距离分别为5m、20m、35m、52m。根据实测数据和测试系统的标定结果,将截取各时段的包含水平向最大振幅的事件记录数据分别经过处理,得到各测点的最大速度分量(X、Y、Z)。各测点的三分向最大速度结果见表3、4。

表3    测线1各测点三分向最大速度测试结果表

测点编号

测点与振源的斜距(m)

 X(mm/s)

Y(mm/s)

Z(mm/s)

三分向最大速度(mm/s)

 测点1

5

2.548

3.144

3.189

3.189

 测点2

20

0.737

0.679

0.683

0.737

 测点3

40

0.548

0.607

0.648

0.648

 测点4

民房屋顶

0.570

0.606

0.631

0.631

表4     测线2各测点三分向最大速度测试结果表

测点编号

测点与振源的斜距(m)

X(mm/s)

Y(mm/s)

Z(mm/s)

三分向最大速度(mm/s)

 测点1

5

3.326

2.434

2.897

3.326

 测点2

20

0.482

0.563

0.575

0.575

 测点3

35

0.521

0.539

0.498

0.539

 测点4

52

0.232

0.250

0.271

0.271

通过对测试数据进行FFT谱分析可知,振动测点处的振动频率主要为13.8Hz、27.4Hz。按最不利因素考虑其容许振速,对于居住建筑基础处容许振动速度峰值为3.0mm/s。考虑到城市旧房和镇(乡)村未经正规设计自行建造的房屋未达到国家现行抗震设防标准,又考虑实际地质差异、房屋的差异及结合其他工程实例,由实际振动测试的回归公式,确定其安全距离为10.2m。应当指出采用振动速度来评价建构筑物的振动效应是难以反映出结构的真实受力状态和破坏机理的。根据结构动力学原理,在施工振动的作用下,结构的动力响应与震源能量、频率、持续时间等特性以及结构本身的固有频率、阻尼比等因素有关。仅用质点振动速度来评价建构筑物的振动效应只是一种实用的近视方法。

四、沿线住户房屋调查、检测

由于当地乡村民居未经正规设计且由住户自行建造,难以达到国家现行标准、规范的设计、抗震设防及施工质量要求,考虑到实际地质、房屋的差异及当地群众反应的实际情况,应甲方要求对沿线公路两侧30m范围内民房进行调查检测。民房本身结构及施工质量存在不同程度的缺陷和问题,加之在长期的使用过程中由于温度引起的收缩和变形,地基的不均匀沉降等原因形成各种裂缝,轻度的非受力裂缝是民房的常见现象,具体有如下几种情况:

1、门窗洞口角部裂缝:沿线民房门、窗洞口处多为砖平拱,会由于墙体结构受压、受拉强度较小而产生裂缝;门窗洞口处为产生温度应力的集中部位,温度的变化会引起裂缝。

2、纵横墙连接处及隔墙与主体墙连接处竖向裂缝:砌体结构砌筑过程中连接处砖未咬槎,无可靠的拉结措施;夯土墙体自身强度很低,受条件限制,许多房屋在砌筑墙体时,粘土砖、砌块、夯土、片石等各种材料混用,由于块材尺寸模数不同,不能有效地咬槎连接;或者材料属性不同,胀缩不一,难以有效地结合成一体,连接处墙体会因材料的收缩及温度应力的影响产生竖向裂缝。

3、预制板拼接处裂缝及板缝引起的墙缝:安装预制板时,预制板拼接处的板缝不灌浆或灌浆不密实,由于预制板与灌缝材料不一致导致产生不同的收缩,在温度应力影响下,在使用一、二年后就易导致预制板拼接处开裂,无设圈梁时造成墙体沿板缝开裂。

4、屋面挑檐板根部墙缝及板缝:沿线民宅挑檐板为预制板或现浇板且设置方式因施工人员经验而形式多样。挑檐承受上部传来的荷载,并将荷载传递给与之相连的墙体。挑檐属静定结构,没有内力重分布问题可以减少(调整)板端的弯矩。如果上部荷载较大,而墙体的受压强度较低,就会因压力而产生局部受压的墙体裂缝,并使其与相邻预制板之间原有缝隙发展。

5、窑洞拱顶处裂缝:公路沿线的窑洞顶部多为砖箍拱顶,在砖块材的干缩变形及长期温度、湿度变化的影响下,砖拱顶易产生裂缝。

6、地基不均匀沉降引起墙体不均匀变形,使墙体产生附加弯、剪应力和主拉应力。当墙体内的应力超过砌体的复合受力抗拉强度时,便在墙体产生相应部位产生裂缝。

7、女儿墙根部、挑檐处墙体与屋面板或挑板连接处裂缝:粘土砖砌体的线膨胀系数为混凝土线膨胀系数的一半。砖女儿墙与屋盖混凝土界面部位容易出现水平裂缝(纵墙的两端尤为明显)。

压路机作业过程中,与振动波传播方向平行的墙体可产生斜裂缝或交叉斜裂缝,与振动波传播方向垂直的墙体易产生水平裂缝。纵横墙交接处易出现竖向裂缝。墙角部出现受剪斜裂缝,受压竖裂缝,及墙角脱落。由于部分房屋明显存在“先天不足”和陈旧性裂缝,在压路机作业过程中的持续振动,引起房屋裂缝加宽加长;预制板拼接裂缝处掉灰,一些房屋预制板屋面漏雨、粉刷层脱落;个别外墙瓷砖粘贴的施工质量较差时,粘接力不足,在外界温度变化、振动及房屋自身变形等性影响下,产生脱落现象;个别灯具悬挂饰品零件共振,饰品、零件移位脱落,也同时造成电子元件损坏。振动对房屋内人群的生理或心理健康产生不同程度的影响,房屋调查时,沿线群众对压路机振动反应强烈,压路机碾压过程中,会感到房屋在震动,但检测过程中未发现由于压路机振动影响到房屋结构安全的情况。

结论

随着整个社会经济的快速发展,交通建设近年来突飞猛进,施工过程中对周边房屋及居民生活带来不同程度的影响。本工程压路机的长时间持续振动和噪音,使沿线居民感觉到明显不适,对建筑物造成了不同程度的影响,但未产生结构性破坏。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络设计项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑  刘真 文径 审核)

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