地鐵運(yùn)行引起房屋振動(dòng)的研究
摘 要: 通過(guò)對(duì)某大樓的振動(dòng)特性和環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè),對(duì)該大樓進(jìn)行了可靠性評(píng)估,強(qiáng)調(diào)了健康舒適度在房屋可靠性評(píng)估中的重要性?！ ?BR>關(guān)鍵詞: 振動(dòng)特性 噪聲 檢測(cè) 可靠性評(píng)估 健康舒適度
1 工程背景
某住宅樓始建于1985 年,為9 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),總高度31.65m 。該場(chǎng)地屬珠江河沖擊層, 場(chǎng)地地質(zhì)情況如下:表層雜填土、淤泥層厚度約5～ 15m , 粘土、粗砂層厚約0～5m , 再往下是粉質(zhì)粘土層厚約1～8m , 然后至強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖厚約3～13m , 再后是中風(fēng)化層等。采用混凝土灌注樁基礎(chǔ),樁徑為480mm , 樁長(zhǎng)14～18m , 該房屋位于廣州地鐵一號(hào)線長(zhǎng)壽路站到中山七路站區(qū)間的隧道線路上,地鐵由兩條直徑為6.2m 并行隧道組成,地鐵穿過(guò)房屋的平面布置如圖1 所示,房屋剖面如圖2 所示。地鐵線路需要穿過(guò)該大樓的樁基礎(chǔ),在保證不影響2 層以上居民生活的前提下實(shí)現(xiàn)樁基礎(chǔ)的托換。托換工程采用了由設(shè)置于樁承臺(tái)附近的鋼筋混凝土梁式轉(zhuǎn)換層和設(shè)置于盾構(gòu)施工通廊外側(cè)的鉆孔灌注樁組成的托換結(jié)構(gòu)體系,待托換結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,再在原承臺(tái)底斷開(kāi)原樁,使上部建筑物荷載轉(zhuǎn)移到新的永久性托換結(jié)構(gòu)上,并在隧道影響范圍外進(jìn)行補(bǔ)樁加固,以提高樁基的承載力,控制房屋的沉降變形。在大樓整體托換過(guò)程中,對(duì)房屋結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),測(cè)試結(jié)果表明,托換的應(yīng)力水平較低, 大樓的最大沉降量和最大相對(duì)沉降量均得到了有效控制,樁基托換是成功的,為國(guó)家節(jié)約了大量資金。近兩年來(lái),該大樓的居民反映列車經(jīng)過(guò)時(shí)能感到較大的振動(dòng)與噪音,晚上尤為明顯,且東向與中間單元的振動(dòng)與噪聲較西向單元大,下面3 層的振動(dòng)較上面樓層的大,且以低頻聲音為主,影響居住的健康舒適性。
2 檢測(cè)目的
1) 查明地鐵振動(dòng)與噪聲對(duì)住戶的健康舒適度的影響程度。
2) 分析地鐵振動(dòng)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)安全性的影響。
3 房屋振動(dòng)特性測(cè)試試驗(yàn)
3.1 測(cè)點(diǎn)布置
1) 在三個(gè)梯間布點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試,中間的梯間在居民住房?jī)?nèi)布點(diǎn)測(cè)試;
2) 中間梯間室內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置為:1 、4 、7 、9 層房間各布置X 、Y 、Z 三點(diǎn);
3) 其他梯間測(cè)點(diǎn)布置為:1 、4 、7 、9層梯間各布置X 、Y 、Z三點(diǎn);4) 室
圖1 房屋測(cè)點(diǎn)平面布置
1 -梁式轉(zhuǎn)換層;2 -斷樁口;3 -隧道1 ;4 -隧道2 ; 5 -原樁;6 -托換樁;7 -加固樁圖2 地鐵經(jīng)過(guò)位置房屋的剖面外布置1 、2 、3 三點(diǎn)。
3.2 測(cè)試方法
采用WJ -200(頻率0～80Hz) 加速度傳感器粘于各指定測(cè)點(diǎn)上,由DASP 信號(hào)采集儀記錄,測(cè)試過(guò)程各方法按照《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》( GB10071 -88) 進(jìn)行。測(cè)試鉛直向的Z 振級(jí),每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)量10 次列車運(yùn)行,以10 次讀數(shù)的算術(shù)平均值為評(píng)價(jià)值。
3.3 測(cè)試結(jié)果
1) 結(jié)構(gòu)X 向的一階頻率為2117Hz , 周期為0146s ; 結(jié)構(gòu)Y 向的一階頻率為3145Hz , 周期為0129s 。
2) 各層室內(nèi)X 、Y 、Z 向加速度最大值如表1 所示, 中間梯間第4 層Z 向加速度時(shí)程圖如圖3 所示。
3) 各層室內(nèi)X 、Y 向位移最大值如表2 所示。
圖3 中間梯間4 層加速度時(shí)程
表1 加速度最大值
4) 室內(nèi)各層Z 振級(jí)如表3 所示,室內(nèi)Z 振級(jí)沿
5) 室外1 、2 、3 點(diǎn)Z 振級(jí)如表4 所示,室外Z 振房屋高度方向的衰減如圖4 所示。級(jí)沿水平方向的衰減如圖5 所示。
4 房屋環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)
測(cè)點(diǎn)位置主要集中在地鐵隧道經(jīng)過(guò)的范圍內(nèi), 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)按《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲測(cè)量方法》(GB 12349 -90) 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,列車經(jīng)過(guò)時(shí)間段測(cè)量噪聲等級(jí),測(cè)點(diǎn)位置及監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5 所列。
5 可靠性評(píng)定結(jié)論
1) 從各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度反應(yīng)值和位移幅值可見(jiàn),地鐵運(yùn)行時(shí),房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生輕微的振動(dòng),人體對(duì)振動(dòng)
的感覺(jué)如圖5 所示,可見(jiàn)人體基本不能感覺(jué)到振動(dòng),房屋室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的加速度反應(yīng)值和位移值基
圖5 人體對(duì)振動(dòng)的感覺(jué)
本符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),地鐵振動(dòng)不會(huì)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞現(xiàn)象,房屋結(jié)構(gòu)安全。
2) 地鐵運(yùn)行時(shí),房屋室外各測(cè)點(diǎn)和Z 振級(jí)符合《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》( GB 20070 -88) 。室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的Z 振級(jí)為79.2～85.2dB ,超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的城市“混合區(qū)晝間Z 振級(jí)標(biāo)準(zhǔn)78dB ,夜間72dB 要求。
3) 地鐵運(yùn)行時(shí), 室內(nèi)測(cè)點(diǎn)環(huán)境噪聲級(jí)為晝間
48.0～53.3dB ,夜間40.0～43.5dB ,超出了《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》( GB 3096 -93) 規(guī)定要求。
4) 經(jīng)計(jì)算房屋結(jié)構(gòu)的自振周期如下: X 向?yàn)?.89s ; Y 向?yàn)?.39s ,而房屋結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)周期為: X 向?yàn)?.46s ; Y 向?yàn)?.29s 。理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值間存在一定誤差,這是由于實(shí)際結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,與填充墻等非結(jié)構(gòu)部件、結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布、材料實(shí)際性能、施工質(zhì)量等因素有關(guān)。
6 可靠性評(píng)定結(jié)論
地鐵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲問(wèn)題影響房屋的健康舒適性,因此,在以后類似工程的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中應(yīng)慎重處理,采取較為穩(wěn)妥的隔振、減振措施。具體措施如下:
1) 減小振源產(chǎn)生的振動(dòng)大小,如采用無(wú)縫鋼軌或調(diào)整列車運(yùn)行速度,避免發(fā)生低頻振動(dòng)引起的房屋結(jié)構(gòu)激振反應(yīng)。
2) 采取有效的隔振措施,如設(shè)置砂墊層帶,在振源與房屋結(jié)構(gòu)之間隔斷振動(dòng)波的傳播途徑。
3) 采取減振措施,如在托換樁與承臺(tái)之間設(shè)置橡膠墊塊。
4) 調(diào)整房屋結(jié)構(gòu)體系的剛度,改變結(jié)構(gòu)自振頻率,避免主振源與房屋結(jié)構(gòu)之間由于低頻耦合作用產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。
