施工振動造成房屋損壞初探
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，基本建設工程和裝修工程越來越多，而施工振動對周圍房屋造成損壞的情況也時有發(fā)生。施工振動主要有以下幾種類型：拆舊房倒塌的振動；用大錘砸拆房屋構件的振動；挖掘機械施工振動；爆破施工振動；打樁和打夯施工振動等。房屋受到振動的影響有大有小。其表現(xiàn)形式為房屋的墻皮剝落、墻壁龜裂、地板裂縫、基礎變形或下沉等，重者甚至于造成房屋倒塌。實際上房屋受振影響與多種因素有關。
一、施工振動與房屋破損之間相關性的幾個主要方面：
1. 振動歷時及振源的幅頻特性；
2. 振源至房屋的距離及振源與受振房屋間介質中波的傳播特性；
3. 房屋的基礎條件；
4. 房屋結構特性及其狀態(tài)。目前定量分析施工振動波對鄰近房屋的作用效應是相當困難和復雜的，況且這種振動波的產生及其在地基中的傳播本身就是一個尚未弄清楚的問題。對房屋來說，這種振動波只是外部條件，受振時的結構力學特性是其內在條件，與房屋的結構類型、建筑材料的實際特性等因素密切相關。工程實踐還表明，對于同一種結構類型的房屋，評估其當前的靜力狀態(tài)是非常必要的。因為，如果房屋在受振前的靜應力作用下已接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)，則較小的振動也有可能造成相當嚴重的破壞。
二、施工振動對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力變化，房屋損壞是由于強烈振動的作用造成的。
2. 加大房屋的破損程度：對于大多數(shù)建在軟弱地基上的房屋，在使用期內會或多或少地因某種原因（如基礎不均勻沉降、溫差變化）受過損傷，而振動引起的附加動應力會加大損傷的程度。
3. 間接造成房屋破損：對完好且無異常應力變化的房屋，其破損是由于振動導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對房屋的損壞形式中，第二種最為常見。但有時施工振動雖然不會造成房屋破損，但它可能已超出了人的承受范圍或儀器設備的正常工作條件，這在實際工程中也是應該避免的。
必須看到，當房屋基礎的整體剛度較小或其平面尺寸與施工振動波的波長相當時（如多跨框架），在施工振動波的作用下，基礎在不同位臵處的運動將各不相同，同一樓層上質點間的相對運動往往不能忽略。在這種情況下，即使由施工振動波引起的慣性力很小，房屋結構的附加內力也可能使房屋損壞。
三、施工振動危害的評價指標：
1．允許振動值：在控制建筑施工振動的影響時，人們首先應該知道保護對象（房屋、室內人員和儀器設備）的允許振動值。目前，國內外已經(jīng)頒布實施了一些技術標準或法規(guī)（如國際標準化協(xié)會標準ISO2631和中國國家標準GB6722—86），但他們大多是對實際工作狀態(tài)的振動進行測量或做調查統(tǒng)計分析的結果，并不是通過較為嚴密的理論分析而得出的人或物體的真正的允許振動。與人和儀器設備承受簡諧振動能力的研究成果相比，在打樁等施工振動作用下，人們對房屋結構的動力響應及其破壞機理的認識更為膚淺。
2. 質點振動的最大速度或加速度：在定量評價施工振動對建筑物的影響時，目前較廣泛采用的是地基振動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。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。采用加速度者認為，施工振動加速度可以反映房屋結構所受慣性作用的大小，從而便于揭示結構的附加受力狀態(tài)及其破壞機理。而采用質點振動速度者則認為該指標是以彈性波理論為基礎的，即對于無限介質和一維桿件中的平面沖擊波，動應力σ與質點振動速度V之間的關系為：σ=（E/C）V，其中E和C分別為介質的彈性模量、彈性波速。在實際爆破工程中，大量觀測數(shù)據(jù)也表明了，房屋的破壞程度與地基質點振動速度的大小密切相關；當裝藥量、埋深和爆心距相同時，即使傳播爆破地震波的巖土層不同，地基質點的振動速度較之其他指標而言變化不大。
其實，采用質點振動速度或加速度來評價房屋的振動效應是難以反映出結構的真實受力狀態(tài)和破壞機理的。根據(jù)結構動力學原理，在施工振動的作用下，房屋結構的動力響應與振源能量、頻率和持續(xù)時間等特性，以及房屋結構本身的固有頻率和阻尼比等因素有關。在同一次施工振動作用下，對具有同一結構類型的不同房屋，其動力響應也可能相差很大，當房屋結構的固有頻率與施工振動主頻率相同或接近時，該結構就會因共振產生劇烈的振動而出現(xiàn)損壞。因此僅用質點振動速度或加速度來評價房屋的破損振動效應，只能算是一種實用的近似方法。
在施工振動的測試方面，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點豎向振動速度峰值Vz。由于缺乏成熟的國家或地方技術標準，目前國內不少工程技術人員采用國家地震烈度表對施工振動危害進行評價。施工振動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，并由此引起強烈的地基和房屋的振動；
（2）兩者的地基振動強度均明顯地與振源能量和振源距有關；
（3）兩者的地基振動參數(shù)均明顯地受地質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加速度高達25.3g。雖然施工振動的幅值高，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，而爆破和振動法打樁施工所產生的地基振動主頻率大多處于10至30Hz。與房屋結構的固有頻率相比，前者與之接近，后者卻要高得多。因此，施工振動導致房屋結構共振并造成的破損比地震小得多。
（c）爆破振動的主頻段持續(xù)時間一般不超過0.5秒，比地震的要短得多；而在打樁和強夯地基施工中，雖然它們的單擊振動歷時較短，但由于擊數(shù)多、間隔小，其折算施工振動的持續(xù)時間將比地震的長得多。因此，在同等振動幅值的情況下，打樁、強夯施工振動比地震更容易造成房屋結構損壞，而爆破施工振動效應經(jīng)常會與之相反。