打桩振动对人体舒适性影响的分析

吴小波

(福建省建筑科学研究院 福建福州 350025)



打桩振动对人体舒适性影响的分析

吴小波

(福建省建筑科学研究院 福建福州 350025)

打桩振动对人体舒适度的影响可通过Z振级表示，对打桩振动现场实测结果进行计算分析，获取相应Z振级数据，参照《城市区域环境振动标准》可确定桩基施工振动的不受影响区界限。

打桩；振动；舒适性

0 引言

近年来关于各种振动对建筑结构的破坏问题, 国内外学者曾做过许多研究, 其结果大多是以最大质点速度作为破坏的判别标准,不同作者由于其研究背景(振源特性、传播介质、结构类型等) 不同, 得出的破坏标准也不完全一致[1]。

交通、施工引起的振动通过地基传播到附近的建筑物，许多国家的经验表明，引起建筑物损伤的振动水平一般要远高于人体振动感知阈值，但只要居住建筑的振动稍微超过人的感知水平时，就会引起居住者产生不满[2]。

打桩对建筑物的振动影响随着与振源距离的增加地质点振动速度基本上呈指数衰减，在距离振源一定距离处，当质点振速小于某一规定的容许限值时，则认为建筑物是安全的，但在安全距离外，经常出现距振源很远处人们仍感到震感明显，并由此对房屋安全产生担忧。

打桩施工产生的环境振动影响涉及邻近房屋的安全和振动污染问题,应引起足够的重视。开展环境振动监测是一种可行的方法。

1 振动测试方法

对打桩施工引起的振动响应可以通过各种测振系统来记录分析，传感器可以检测质点的位移、速度或加速度的时间历程。一套完整的振动测试系统通常由传感器、信号调理、数据采集组成。传感器是将被测对象的振动信号在要求的一定范围内正确地转换成电量，根据所测的物理量分为位移计、速度计和加速度计。信号调理主要作用是将传感器输出的微弱信号进行放大、积分微分和滤波后再输出到信号采集系统中，数据采集的核心内容是把模拟信号转换成数字信号并加以存储。

现场测试时我们选用的测试系统由速度传感器、抗混滤波器、A /D 采集仪、振动分析软件等组成。传感器选用中国地震局工程力学研究所的891和941型, 它属于动圈往复式拾振器, 设有小、中、大速度和加速度4 档。为了保证测试结果准确、可靠,整套测振设备在试验前均要进行校准标定。

在进行打桩振动衰减测试时, 场地上的测振点不应设在浮土、草地、松软的地层上, 通常是在每测点处打1根木桩或钢桩穿透上表软弱层, 传感器固定安装在桩顶端[3]。根据测试需要传感器的灵敏度主轴方向始终与量测的振动波传播方向一致，测线沿振动衰减的方向进行布置。

2 打桩振动的现场测试

2.1 冲孔桩施工振动测试

福厦铁路木兰溪特大桥冲孔桩施工，冲孔桩桩径1.25m，冲击土层为强风化花岗岩。测试时施工进尺约9m。现场测试采用1KHz采样频率，距离冲孔桩3m的测点实测波形及频谱，如图1所示，各测点的峰值振速及主频统计，如表1所示。

测点距离/m峰值振速/(mm/s)主频/HzVLz/dB1311.6210.5102.6266.0711.598.83102.8212.089.54151.3612.087.75200.7913.881.96300.3613.873.97400.0517.056.98500.0411.856.2

2.2 锤击桩施工振动测试

某地产开发项目商住楼地上18层，地下一层，基桩采用PHC400、PHC500预应力管桩，开口型桩尖，桩身混凝土为C80，锤击成桩；工程拟建场地为海陆交互相沉积形成的平原地貌单元，场地内岩土层自上而下分为杂填土①中砂②-1、含卵石砾砂②-2、粉质粘土③泥岩砂质粘土④-1、泥岩残积砾质粘土④-2、全风化泥岩⑤-1、强风化泥岩⑤-2、全风化含燧石灰岩⑥-1、强风化含燧石灰岩⑥-2等10个工程地质层。设计桩端持力层为强风化含燧石灰岩层，有效桩长约30m～40m。距离锤击桩45m的测点实测波形及频谱如图2所示，各测点的峰值振速及主频统计见表2所示。

测点距离/m峰值振速/(mm/s)主频/HzVLz/dB15.618.2710.9102.7226.05.768.293.6335.02.9410.090.0445.02.7510.991.0550.02.0910.389.6674.71.209.773.7783.50.929.773.18109.10.485.067.4

3 打桩振动Z振级

在打桩施工引起的振动作用下，建筑物受到振动加速度的作用产生惯性力，可能引发建筑结构和非结构破坏。打桩引起的地震动除了对建筑物造成影响外还会对人体产生不适的影响，人体对振动造成的舒适性降低的感受比房屋振动反应要敏感的多，BS5228-2:2009 给出了人体振动感知与振动速度峰值的对应关系，如表3所示。

表3 振动大小和人的感觉[4]

为评价地面振动对人体造成的影响,通常将振动强度化为振动加速度级，振动加速度级根据我国《城市区域环境振动测量方法》定义为:

(1)

式中:VAL为振动加速度级(dB)；

a为振动加速度有效值(m·s-2) ;

a0为基准加速度(10-6m·s-2)。

Z振级是指按ISO2631/1-1985规定的全身振动Z计权因子修正后得到的振动加速度级，记为VLz(单位为dB)，Z振级反映人体对环境振动的感受。

目前国内的标准对振动加速度级存在单值计权评价量Z振级和分频多值评价量VAL的不同指标，Z振级为单值计权评价量，与分频多值评价量VAL之间可在1/3倍频程分析的基础上按下式进行换算：

(2)

式中：La,i是第i个中心频率上所测得的振动加速度级(dB)；Wi是该频率上Z方向的计权因子(dB)。

由于环境振动往往呈现不规则且大幅度变动的情况，因此往往需要用统计的方法，用不同的振级出现的概率或累计概率来表示。我国城市区域环境振动标准(GB10070)根据居民的反应，环境振动现状及标准执行的可行性，给出了城市区域室内振动标准值。标准中规定的城市各类区域铅垂向Z振级标准值列于表4中。

表4 城市区域环境振动标准值(dB)

通过对2.1及2.2中两个工程实例的冲孔桩施工与锤击桩施工所测结果进行1/3倍频程分析，并计算了整个施工过程的最大Z振级，结果详见上文表1、表2。图1统计了Z振级分别对应的峰值振速。图2给出了冲孔桩施工与锤击桩施工振动Z振级随距离的衰减关系。

由表1、表2及图3、图4可以看出：

打桩振动实测表明,打桩引起的环境振动是瞬时冲击振动, 振动频率主要集中在5Hz～15 Hz, 单击振动持续时间一般不超过1s。

冲孔桩施工在距离3m处产生11.62mm/s的峰值振速，Z振级102.6dB；锤击桩施工在距离5.6处产生18.27mm/s的峰值振速，Z振级102.7dB；峰值振速差异明显，Z振级却相当。

冲孔桩施工产生的振动在距离振源20m外的Z振级已衰减至80dB，而锤击桩施工产生的振动在距离振源50m外的Z振级仍达到90dB。

4 结语

由于人体振动感知阈值明显低于建筑物损伤的振动水平，打桩振动在满足建筑物振动安全标准的情况下也时常会引起居住者的投诉。

桩基施工振动在地面峰质点振速达到1mm/s时产生的铅垂向Z振级可达到80dB；地面峰质点振速达到2mm/s时产生的铅垂向Z振级可接近90dB。这一峰值振速可满足一般建筑的安全允许标准，但就环境振动标准而言却是超限的。

锤击桩施工较冲孔桩施工振动衰减慢，影响距离大，在考虑人体舒适性的条件下，参照现有的环境振动标准，冲孔桩施工的影响范围在40m已基本能保证，但对锤击桩通常需要考虑到70m。

[1] 林建生,吴淑美,王源毅，等.打桩对周围建筑振动影响的研究与实例分析[J].地震地磁观测与研究. 1999,20(4).

[2] 杨宜谦. 人体全身振动的感知阈值[J].土木建筑与环境工程，2012,12(34).

[3] GB/T 14124-2008 机械振动与冲击·建筑物的振动振动测量及其对建筑物影响的评价指南[S].2008.

[4] BS 5228-2:2009 Code of practice for noise and vibration control on construction and open sites-Part 2 Vibration[S].2009.

[5] GB 10070-88城市区域环境振动标准[S]. 北京：中国标准出版社，1989.

Analysis on the influence of piling on human body comfort

WUXiaobo

(Fujian Academy of Building Research, Fuzhou 350025)

The influence of piling on human body comfort can be expressed by Z vibration acceleration, corresponding Z vibration acceleration is obtained by calculating and analyzing the results of piling vibration , based on the Standard of environmental vibration in urban area, the unaffected zone boundary of the piling on human body comfort can be determined.

Piling；Vibration; Human body comfort

吴小波(1978.8- )，男，高级工程师。

E-mail:842238603@qq.com

2016-07-07

TU441+.8

A

1004-6135(2016)10-0067-03