地鐵運行引起房屋振動的研究
摘 要: 通過對某大樓的振動特性和環境噪聲監測,對該大樓進行了可靠性評估,強調了健康舒適度在房屋可靠性評估中的重要性。
關鍵詞: 振動特性 噪聲 檢測 可靠性評估 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構,總高度31.65m 。該場地屬珠江河沖擊層, 場地地質情況如下:表層雜填土、淤泥層厚度約5～ 15m , 粘土、粗砂層厚約0～5m , 再往下是粉質粘土層厚約1～8m , 然后至強風化粉砂巖厚約3～13m , 再后是中風化層等。采用混凝土灌注樁基礎,樁徑為480mm , 樁長14～18m , 該房屋位于廣州地鐵一號線長壽路站到中山七路站區間的隧道線路上,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。地鐵線路需要穿過該大樓的樁基礎,在保證不影響2 層以上居民生活的前提下實現樁基礎的托換。托換工程采用了由設置于樁承臺附近的鋼筋混凝土梁式轉換層和設置于盾構施工通廊外側的鉆孔灌注樁組成的托換結構體系,待托換結構混凝土達到設計強度后,再在原承臺底斷開原樁,使上部建筑物荷載轉移到新的永久性托換結構上,并在隧道影響范圍外進行補樁加固,以提高樁基的承載力,控制房屋的沉降變形。在大樓整體托換過程中,對房屋結構變形情況進行監測,測試結果表明,托換的應力水平較低, 大樓的最大沉降量和最大相對沉降量均得到了有效控制,樁基托換是成功的,為國家節約了大量資金。近兩年來,該大樓的居民反映列車經過時能感到較大的振動與噪音,晚上尤為明顯,且東向與中間單元的振動與噪聲較西向單元大,下面3 層的振動較上面樓層的大,且以低頻聲音為主,影響居住的健康舒適性。
2 檢測目的
1) 查明地鐵振動與噪聲對住戶的健康舒適度的影響程度。
2) 分析地鐵振動對房屋結構安全性的影響。
3 房屋振動特性測試試驗
3.1 測點布置
1) 在三個梯間布點進行測試,中間的梯間在居民住房內布點測試;
2) 中間梯間室內測點布置為:1 、4 、7 、9 層房間各布置X 、Y 、Z 三點;
3) 其他梯間測點布置為:1 、4 、7 、9層梯間各布置X 、Y 、Z三點;4) 室
圖1 房屋測點平面布置
1 -梁式轉換層;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 地鐵經過位置房屋的剖面外布置1 、2 、3 三點。
3.2 測試方法
采用WJ -200(頻率0～80Hz) 加速度傳感器粘于各指定測點上,由DASP 信號采集儀記錄,測試過程各方法按照《城市區域環境振動測量方法》( GB10071 -88) 進行。測試鉛直向的Z 振級,每個測點連續測量10 次列車運行,以10 次讀數的算術平均值為評價值。
3.3 測試結果
1) 結構X 向的一階頻率為2117Hz , 周期為0146s ; 結構Y 向的一階頻率為3145Hz , 周期為0129s 。
2) 各層室內X 、Y 、Z 向加速度最大值如表1 所示, 中間梯間第4 層Z 向加速度時程圖如圖3 所示。
3) 各層室內X 、Y 向位移最大值如表2 所示。
圖3 中間梯間4 層加速度時程
表1 加速度最大值
4) 室內各層Z 振級如表3 所示,室內Z 振級沿
5) 室外1 、2 、3 點Z 振級如表4 所示,室外Z 振房屋高度方向的衰減如圖4 所示。級沿水平方向的衰減如圖5 所示。
4 房屋環境噪聲監測
測點位置主要集中在地鐵隧道經過的范圍內, 環境噪聲監測按《工業企業廠界噪聲測量方法》(GB 12349 -90) 標準執行,列車經過時間段測量噪聲等級,測點位置及監測結果見表5 所列。
5 可靠性評定結論
1) 從各測點的振動加速度反應值和位移幅值可見,地鐵運行時,房屋結構產生輕微的振動,人體對振動
的感覺如圖5 所示,可見人體基本不能感覺到振動,房屋室內各測點的加速度反應值和位移值基
圖5 人體對振動的感覺
本符合規范標準,地鐵振動不會對房屋結構產生損壞現象,房屋結構安全。
2) 地鐵運行時,房屋室外各測點和Z 振級符合《城市區域環境振動標準》( GB 20070 -88) 。室內各測點的Z 振級為79.2～85.2dB ,超出了《城市區域環境振動標準》規定的城市“混合區晝間Z 振級標準78dB ,夜間72dB 要求。
3) 地鐵運行時, 室內測點環境噪聲級為晝間
48.0～53.3dB ,夜間40.0～43.5dB ,超出了《城市區域環境噪聲標準》( GB 3096 -93) 規定要求。
4) 經計算房屋結構的自振周期如下: X 向為0.89s ; Y 向為0.39s ,而房屋結構實測周期為: X 向為0.46s ; Y 向為0.29s 。理論計算值與實測值間存在一定誤差,這是由于實際結構比較復雜,與填充墻等非結構部件、結構質量分布、材料實際性能、施工質量等因素有關。
6 可靠性評定結論
地鐵運行時產生的振動與噪聲問題影響房屋的健康舒適性,因此,在以后類似工程的設計與施工過程中應慎重處理,采取較為穩妥的隔振、減振措施。具體措施如下:
1) 減小振源產生的振動大小,如采用無縫鋼軌或調整列車運行速度,避免發生低頻振動引起的房屋結構激振反應。
2) 采取有效的隔振措施,如設置砂墊層帶,在振源與房屋結構之間隔斷振動波的傳播途徑。
3) 采取減振措施,如在托換樁與承臺之間設置橡膠墊塊。
4) 調整房屋結構體系的剛度,改變結構自振頻率,避免主振源與房屋結構之間由于低頻耦合作用產生的共振現象。
