施工振動(dòng)造成房屋損壞初探
隨著(zhù)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(lái)越多，而施工振動(dòng)對周?chē)课菰斐蓳p壞的情況也時(shí)有發(fā)生。施工振動(dòng)主要有以下幾種類(lèi)型：拆舊房倒塌的振動(dòng)；用大錘砸拆房屋構件的振動(dòng)；挖掘機械施工振動(dòng)；爆破施工振動(dòng)；打樁和打夯施工振動(dòng)等。房屋受到振動(dòng)的影響有大有小。其表現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(shí)際上房屋受振影響與多種因素有關(guān)。
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. 房屋的基礎條件；
4. 房屋結構特性及其狀態(tài)。目前定量分析施工振動(dòng)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(dòng)波的產(chǎn)生及其在地基中的傳播本身就是一個(gè)尚未弄清楚的問(wèn)題。對房屋來(lái)說(shuō)，這種振動(dòng)波只是外部條件，受振時(shí)的結構力學(xué)特性是其內在條件，與房屋的結構類(lèi)型、建筑材料的實(shí)際特性等因素密切相關(guān)。工程實(shí)踐還表明，對于同一種結構類(lèi)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定狀態(tài)，則較小的振動(dòng)也有可能造成相當嚴重的破壞。
二、施工振動(dòng)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(wú)損且無(wú)異常應力變化，房屋損壞是由于強烈振動(dòng)的作用造成的。
2. 加大房屋的破損程度：對于大多數建在軟弱地基上的房屋，在使用期內會(huì )或多或少地因某種原因（如基礎不均勻沉降、溫差變化）受過(guò)損傷，而振動(dòng)引起的附加動(dòng)應力會(huì )加大損傷的程度。
3. 間接造成房屋破損：對完好且無(wú)異常應力變化的房屋，其破損是由于振動(dòng)導致較大的地基位移或失穩（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)對房屋的損壞形式中，第二種最為常見(jiàn)。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備的正常工作條件，這在實(shí)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(dòng)波的波長(cháng)相當時(shí)（如多跨框架），在施工振動(dòng)波的作用下，基礎在不同位臵處的運動(dòng)將各不相同，同一樓層上質(zhì)點(diǎn)間的相對運動(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，房屋結構的附加內力也可能使房屋損壞。
三、施工振動(dòng)危害的評價(jià)指標：
1．允許振動(dòng)值：在控制建筑施工振動(dòng)的影響時(shí)，人們首先應該知道保護對象（房屋、室內人員和儀器設備）的允許振動(dòng)值。目前，國內外已經(jīng)頒布實(shí)施了一些技術(shù)標準或法規（如國際標準化協(xié)會(huì )標準ISO2631和中國國家標準GB6722—86），但他們大多是對實(shí)際工作狀態(tài)的振動(dòng)進(jìn)行測量或做調查統計分析的結果，并不是通過(guò)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(dòng)。與人和儀器設備承受簡(jiǎn)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，人們對房屋結構的動(dòng)力響應及其破壞機理的認識更為膚淺。
2. 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大速度或加速度：在定量評價(jià)施工振動(dòng)對建筑物的影響時(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。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(dòng)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(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度者則認為該指標是以彈性波理論為基礎的，即對于無(wú)限介質(zhì)和一維桿件中的平面沖擊波，動(dòng)應力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(guān)測數據也表明了，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(lái)評價(jià)房屋的振動(dòng)效應是難以反映出結構的真實(shí)受力狀態(tài)和破壞機理的。根據結構動(dòng)力學(xué)原理，在施工振動(dòng)的作用下，房屋結構的動(dòng)力響應與振源能量、頻率和持續時(shí)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(guān)。在同一次施工振動(dòng)作用下，對具有同一結構類(lèi)型的不同房屋，其動(dòng)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(dòng)主頻率相同或接近時(shí)，該結構就會(huì )因共振產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)而出現損壞。因此僅用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度或加速度來(lái)評價(jià)房屋的破損振動(dòng)效應，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)標準，目前國內不少工程技術(shù)人員采用國家地震烈度表對施工振動(dòng)危害進(jìn)行評價(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(guò)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(dòng)；
（2）兩者的地基振動(dòng)強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）目前世界上紀錄到的地震最大加速度約為1.3g，而在大爆破施工區附近測得的地面振動(dòng)加速度高達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(dòng)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(dòng)的主頻段持續時(shí)間一般不超過(guò)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(dòng)歷時(shí)較短，但由于擊數多、間隔小，其折算施工振動(dòng)的持續時(shí)間將比地震的長(cháng)得多。因此，在同等振動(dòng)幅值的情況下，打樁、強夯施工振動(dòng)比地震更容易造成房屋結構損壞，而爆破施工振動(dòng)效應經(jīng)常會(huì )與之相反。