摘要:文章簡述了地基施工振動(dòng)原理及其對(duì)周圍環(huán)境的影響,分析了我國和世界主要國家的相關(guān)振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)的局限性,介紹并討論了現(xiàn)有的地基施工振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)估方法的優(yōu)缺點(diǎn)及降低地基施工振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響的主要途徑。分析發(fā)現(xiàn)，我國對(duì)建筑物地基施工振動(dòng)環(huán)境影響的相關(guān)問題還需要更加系統(tǒng)和科學(xué)的認(rèn)識(shí)和研究。
　　關(guān)鍵詞:建筑施工振動(dòng)，環(huán)境影響分析，振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)
　　1前言
　　地震由于其可能帶來的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)、生命損失而一直受到專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注。不同于地震這種自然現(xiàn)象引起的地面振動(dòng)，建筑施工活動(dòng)引起的地面振動(dòng)由于其可能造成的危害較小而經(jīng)常受到忽視。但是近些年來，在人們關(guān)注環(huán)境問題的同時(shí)，施工振動(dòng)作為一種環(huán)境污染所帶來的環(huán)境影響正逐漸得到人們的重視。施工振動(dòng)主要來自于采礦爆破、
　　爆破拆除、打夯實(shí)、深基坑或隧道開挖，以及一般的重型機(jī)械施工活動(dòng)。振動(dòng)經(jīng)土壤傳播到周圍建筑物基礎(chǔ)處，引起建筑物的振動(dòng)響應(yīng)，從而對(duì)生活和工作在建筑物中的人和敏感機(jī)械產(chǎn)生干擾，并可能引起建筑結(jié)構(gòu)的損壞，威脅到建筑物的整體性和安全性。另一方面，因?yàn)閼岩煞课菘赡鼙粨p壞而引起的業(yè)主和項(xiàng)目單位的糾紛也經(jīng)常會(huì)影響到項(xiàng)目的正常進(jìn)行，從而造成間接的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)上述一些問題，文章簡述了施工振動(dòng)環(huán)境影響的相關(guān)原理、標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估方法,并分析了我國施工振動(dòng)控制方面存在的一些問題。
　　2建筑施工振動(dòng)原理及其環(huán)境影響
　　2.1施工振動(dòng)的振源、傳播及建筑物響應(yīng)
　　地面振動(dòng)的振源可以粗略的分為瞬態(tài)振動(dòng)和周期振動(dòng)。瞬態(tài)振動(dòng)是單個(gè)或序列瞬時(shí)沖擊振動(dòng)，主要由沖擊荷載引起，如施工爆破、沖擊法打樁或強(qiáng)夯等。周期振動(dòng)一般來源于振動(dòng)打樁、振動(dòng)碾壓、振沖法施工等[1]。一般來說，瞬態(tài)振動(dòng)強(qiáng)度要大于周期振動(dòng)，也會(huì)給周邊環(huán)境帶來更大的影響和危害。施工引起的振動(dòng)以應(yīng)力波的形式向場地周圍傳播，在傳播過程中，幾何阻尼和材料阻尼的共同作用使得振動(dòng)波沿著傳播路徑逐漸衰減。根據(jù)Bornitz等式可以求得距離振源和兩點(diǎn)之間位移幅值的衰減，如公式(1)所示[2]。
　　（1）
　　其中，和分別是離振源和處的振幅，n是幾何阻尼系數(shù)，a是材料阻尼系數(shù)。
　　振源、土壤、基礎(chǔ)和建筑物共同組成了一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)。當(dāng)振動(dòng)傳播到建筑物基礎(chǔ)處，土與結(jié)構(gòu)的相互作用使得建筑物對(duì)地面振動(dòng)產(chǎn)生響應(yīng)。如果振源是瞬態(tài)振動(dòng)，建筑物會(huì)以固有頻率響應(yīng)（自由振動(dòng)），如果振源是周期振動(dòng)，建筑物會(huì)以相同的頻率振動(dòng)（受迫振動(dòng)）。如果振動(dòng)頻率接近建筑物的固有頻率，則建筑物可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)不同的建筑物對(duì)相同的振動(dòng)激勵(lì)會(huì)以不同的方式響應(yīng)。建筑物的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、年齡、高度等因素均會(huì)影響結(jié)構(gòu)的響應(yīng)方式。另外，頻率較高的振動(dòng)會(huì)激起建筑物內(nèi)非結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)，這些物品的大幅振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲污染，干擾人們的工作和生活。
　　2.2施工振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響
　　建筑結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)使得結(jié)構(gòu)各單元間產(chǎn)生不同步位移從而導(dǎo)致應(yīng)力，使建筑物產(chǎn)生裂縫。按照Dowding的觀點(diǎn)，振動(dòng)引起的建筑物損壞可分為三類：1.裝飾裂縫，舊裂縫的加劇、新灰泥裂縫形成或者松散結(jié)構(gòu)脫落。2.較小損壞，建筑裂縫或者細(xì)微的結(jié)構(gòu)的損壞。3.較大損壞，結(jié)構(gòu)裂縫或者主要結(jié)構(gòu)物的損壞，這類裂縫則可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低[3]。
　　除了振動(dòng)導(dǎo)致的建筑物損壞以外，低頻的施工振動(dòng)還可能導(dǎo)致土壤的液化和致密化，從而引起附近建筑物的基礎(chǔ)沉降，使建筑物產(chǎn)生裂縫或者更嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞。低頻率、長周期的振動(dòng)更容易導(dǎo)致土壤液化。據(jù)報(bào)道，飽和度高于75%的沙土液化甚至可能發(fā)生在遠(yuǎn)離施工場地400米處，或是在質(zhì)點(diǎn)峰值速度為2mm/s的振動(dòng)荷載下[4]。
　　另外，振動(dòng)可能導(dǎo)致精密儀器讀數(shù)不準(zhǔn)、精度下降，并影響到精密加工過程的可靠性。所以，對(duì)振動(dòng)敏感的精密儀器和一些精密加工過程對(duì)振動(dòng)均有非常嚴(yán)格的限制[4]。振動(dòng)可以使人感到煩惱和疲勞，如果振動(dòng)頻率接近人體器官的固有頻率，振動(dòng)還可能對(duì)人體造成器質(zhì)性的損壞，威脅到人的健康和安全。人對(duì)振動(dòng)非常敏感，比如人甚至可以感覺到振動(dòng)速度低于0.3mm/sec的微弱振動(dòng)。但是，人卻很難用感覺去衡量振動(dòng)的強(qiáng)度大小。當(dāng)房屋周圍進(jìn)行項(xiàng)目施工的時(shí)候，工作和生活受到干擾的人們很容易懷疑自己的房屋被振動(dòng)損壞。如果經(jīng)過查找后發(fā)現(xiàn)房屋有未曾注意到的裂縫，就會(huì)歸咎于臨近的施工振動(dòng)，從而引起糾紛而影響工程的正常進(jìn)行。
　　3我國及世界各主要國家振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)
　　3.1世界主要國家的振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)
　　在過去的30年里，已經(jīng)有不同的機(jī)構(gòu)和部門頒布了施工振動(dòng)控制的相關(guān)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、聯(lián)邦德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4150、英國標(biāo)準(zhǔn)BS7385、瑞士標(biāo)準(zhǔn)SN640312、美國標(biāo)準(zhǔn)RI8507。質(zhì)點(diǎn)峰值速度（peakparticlevelocity,PPV）與建筑物的裝飾性裂縫之間有很好的關(guān)聯(lián)性，并且受振動(dòng)頻率影響不大，所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的振動(dòng)允許值通常使用建筑物基礎(chǔ)處的質(zhì)點(diǎn)峰值速度作為控制參數(shù)。德國標(biāo)準(zhǔn)把建筑物分為工業(yè)建筑，民用建筑和對(duì)振動(dòng)敏感建筑三類，使用建筑物基礎(chǔ)處的質(zhì)點(diǎn)峰值速度限值作為控制參數(shù)。英美以振動(dòng)是否導(dǎo)致建筑外觀裂縫來確定振動(dòng)的容許程度。與此不同的是，日本是將建筑物按照用途和性能進(jìn)行分類后，采用質(zhì)點(diǎn)峰值加速度作為振動(dòng)控制參數(shù)。瑞士振動(dòng)控制規(guī)范相對(duì)于其他振動(dòng)控制規(guī)范偏于保守，因?yàn)樗�主要是以人的感受來衡量振�?dòng)的容許強(qiáng)度。另外，大部分的標(biāo)準(zhǔn)還詳細(xì)敘述了人類不同感覺的振動(dòng)閾值。這些閾值是頻率和振動(dòng)周期的函數(shù)，可以表達(dá)成加速度、速度、位移峰值。但是，由于各種標(biāo)準(zhǔn)均是在某一具體的場地條件下、針對(duì)特定的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行試驗(yàn)而取得數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上加以調(diào)整而制定的一種普適標(biāo)準(zhǔn)，所以各國制定的標(biāo)準(zhǔn)也有相當(dāng)大的差異和局限性[5]。
　　3.2我國振動(dòng)控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
　　對(duì)我國而言，評(píng)估施工振動(dòng)對(duì)建筑物影響采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有最大振動(dòng)速度、加速度和位移,也有的采用譜烈度和能量比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。可以采用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有:1.中國國家環(huán)境保護(hù)部制定的《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070-88)和《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測量方法》(GB10071-88)[6]，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了城市各類區(qū)域鉛垂向Z振級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。與國際普遍認(rèn)同的PPV作為控制參數(shù)不同，此標(biāo)準(zhǔn)是選取質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度為振動(dòng)控制參數(shù)。2.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2003年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》(GB672222003)[7]，其中規(guī)定了滿足安全要求的由爆破引起的允許振動(dòng)強(qiáng)度，但是此標(biāo)準(zhǔn)適用于爆破施工的振動(dòng)控制，缺少對(duì)其他振源類型的適用性。3.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2008年頒布的《中國地震烈度表》（GB/T17742－2008）[8]，其中規(guī)定了地震烈度的多種評(píng)定指標(biāo)，包括人的感覺、房屋震害程度、其他震害現(xiàn)象、水平向地震動(dòng)參數(shù)。盡管地震與施工引起的地面振動(dòng)在傳播形式上存在相似性，但兩者之間仍然存在著很大的區(qū)別。地震的主頻一般低于5Hz，能量很大，歷時(shí)較長，而施工振動(dòng)主頻較高，遠(yuǎn)高于建筑物的固有頻率，振動(dòng)能量一般較低，不同的施工引起的振動(dòng)歷時(shí)不同[9]。所以，上述三種標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用過程中均存在著較大的局限性。由此可見，我國環(huán)境振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)化和科學(xué)化程度還有待提高。
　　4施工振動(dòng)的評(píng)估和控制方法
　　4.1施工振動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估方法
　　目前，施工振動(dòng)對(duì)鄰近建筑影響的評(píng)估方法主要有反應(yīng)譜法，烈度法，參數(shù)法[10]。其中，參數(shù)法是選擇與建筑物破壞相關(guān)的質(zhì)點(diǎn)峰值速度或安全距離等參數(shù)作為控制值，并通過與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的允許值進(jìn)行比較來衡量振動(dòng)的安全程度，這種方法由于其簡便易行，因而被廣泛采用于振動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估。但是，其評(píng)估結(jié)果偏保守，缺少對(duì)不同建筑結(jié)構(gòu)形式的適應(yīng)性。烈度法是沿用地震烈度的概念，考慮了振動(dòng)波的頻譜特性和建筑物的自振頻率。相對(duì)于以上兩種方法，反應(yīng)譜法是比較精確的評(píng)估方法，這種方法會(huì)對(duì)建筑物進(jìn)行頻譜和反應(yīng)譜分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)和應(yīng)力應(yīng)變。這種方法的缺點(diǎn)是計(jì)算量偏大，較復(fù)雜，而且要想全面獲得場地周圍建筑物的數(shù)據(jù)比較困難。
　　4.2施工振動(dòng)的控制方法
　　施工振動(dòng)的控制主要可以通過以下三種途徑來實(shí)現(xiàn)：1.降低振源的強(qiáng)度；2.阻隔振動(dòng)的傳播；3.提高振動(dòng)影響目標(biāo)的抗振性能。一般來說，錘擊法施工所帶來的振動(dòng)強(qiáng)度要高于振動(dòng)法施工，所以，改變錘擊法施工方式是降低振源強(qiáng)度的有效方法。采用隔振溝也能夠有效的阻礙振動(dòng)在地表的傳播，據(jù)統(tǒng)計(jì)隔振溝的有效設(shè)置可以使振幅衰減到原振幅的25%。另外，對(duì)于老舊的建筑物可以采取臨時(shí)托換加固體系的措施來提高其抗震性能。
　　5結(jié)論
　　本文對(duì)施工振動(dòng)等所帶來的環(huán)境問題進(jìn)行了簡要的分析后發(fā)現(xiàn)，我國對(duì)施工振動(dòng)環(huán)境影響還缺乏系統(tǒng)科學(xué)的研究和認(rèn)識(shí)，關(guān)于施工振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境影響的理論研究與工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)還需要不斷地積累，亟待提出科學(xué)合理的振動(dòng)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而降低因?yàn)槭┕ふ駝?dòng)引起的破壞和糾紛發(fā)生的可能性。
　　
　　
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