摘要:文章簡述了地基施工振動原理及其對周圍環(huán)境的影響,分析了我國和世界主要國家的相關振動控制標準的局限性,介紹并討論了現(xiàn)有的地基施工振動環(huán)境影響評估方法的優(yōu)缺點及降低地基施工振動對周圍環(huán)境的影響的主要途徑。分析發(fā)現(xiàn)，我國對建筑物地基施工振動環(huán)境影響的相關問題還需要更加系統(tǒng)和科學的認識和研究。
　　關鍵詞:建筑施工振動，環(huán)境影響分析，振動控制標準
　　1前言
　　地震由于其可能帶來的嚴重經(jīng)濟、生命損失而一直受到專家學者們的廣泛關注。不同于地震這種自然現(xiàn)象引起的地面振動，建筑施工活動引起的地面振動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，在人們關注環(huán)境問題的同時，施工振動作為一種環(huán)境污染所帶來的環(huán)境影響正逐漸得到人們的重視。施工振動主要來自于采礦爆破、
　　爆破拆除、打夯實、深基坑或隧道開挖，以及一般的重型機械施工活動。振動經(jīng)土壤傳播到周圍建筑物基礎處，引起建筑物的振動響應，從而對生活和工作在建筑物中的人和敏感機械產(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，因為懷疑房屋可能被損壞而引起的業(yè)主和項目單位的糾紛也經(jīng)常會影響到項目的正常進行，從而造成間接的經(jīng)濟損失。針對上述一些問題，文章簡述了施工振動環(huán)境影響的相關原理、標準和評估方法,并分析了我國施工振動控制方面存在的一些問題。
　　2建筑施工振動原理及其環(huán)境影響
　　2.1施工振動的振源、傳播及建筑物響應
　　地面振動的振源可以粗略的分為瞬態(tài)振動和周期振動。瞬態(tài)振動是單個或序列瞬時沖擊振動，主要由沖擊荷載引起，如施工爆破、沖擊法打樁或強夯等。周期振動一般來源于振動打樁、振動碾壓、振沖法施工等[1]。一般來說，瞬態(tài)振動強度要大于周期振動，也會給周邊環(huán)境帶來更大的影響和危害。施工引起的振動以應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、基礎和建筑物共同組成了一個復雜的動力系統(tǒng)。當振動傳播到建筑物基礎處，土與結(jié)構(gòu)的相互作用使得建筑物對地面振動產(chǎn)生響應。如果振源是瞬態(tài)振動，建筑物會以固有頻率響應（自由振動），如果振源是周期振動，建筑物會以相同的頻率振動（受迫振動）。如果振動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)不同的建筑物對相同的振動激勵會以不同的方式響應。建筑物的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、年齡、高度等因素均會影響結(jié)構(gòu)的響應方式。另外，頻率較高的振動會激起建筑物內(nèi)非結(jié)構(gòu)物的振動，這些物品的大幅振動會導致嚴重的噪聲污染，干擾人們的工作和生活。
　　2.2施工振動對周圍環(huán)境的影響
　　建筑結(jié)構(gòu)對振動的響應使得結(jié)構(gòu)各單元間產(chǎn)生不同步位移從而導致應力，使建筑物產(chǎn)生裂縫。按照Dowding的觀點，振動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，這類裂縫則可能會導致結(jié)構(gòu)強度的降低[3]。
　　除了振動導致的建筑物損壞以外，低頻的施工振動還可能導致土壤的液化和致密化，從而引起附近建筑物的基礎沉降，使建筑物產(chǎn)生裂縫或者更嚴重的結(jié)構(gòu)損壞。低頻率、長周期的振動更容易導致土壤液化。據(jù)報道，飽和度高于75%的沙土液化甚至可能發(fā)生在遠離施工場地400米處，或是在質(zhì)點峰值速度為2mm/s的振動荷載下[4]。
　　另外，振動可能導致精密儀器讀數(shù)不準、精度下降，并影響到精密加工過程的可靠性。所以，對振動敏感的精密儀器和一些精密加工過程對振動均有非常嚴格的限制[4]。振動可以使人感到煩惱和疲勞，如果振動頻率接近人體器官的固有頻率，振動還可能對人體造成器質(zhì)性的損壞，威脅到人的健康和安全。人對振動非常敏感，比如人甚至可以感覺到振動速度低于0.3mm/sec的微弱振動。但是，人卻很難用感覺去衡量振動的強度大小。當房屋周圍進行項目施工的時候，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，就會歸咎于臨近的施工振動，從而引起糾紛而影響工程的正常進行。
　　3我國及世界各主要國家振動控制標準
　　3.1世界主要國家的振動控制標準
　　在過去的30年里，已經(jīng)有不同的機構(gòu)和部門頒布了施工振動控制的相關技術(shù)標準或法規(guī),如國際標準化協(xié)會標準ISO2631、聯(lián)邦德國標準DIN4150、英國標準BS7385、瑞士標準SN640312、美國標準RI8507。質(zhì)點峰值速度（peakparticlevelocity,PPV）與建筑物的裝飾性裂縫之間有很好的關聯(lián)性，并且受振動頻率影響不大，所以標準規(guī)定的振動允許值通常使用建筑物基礎處的質(zhì)點峰值速度作為控制參數(shù)。德國標準把建筑物分為工業(yè)建筑，民用建筑和對振動敏感建筑三類，使用建筑物基礎處的質(zhì)點峰值速度限值作為控制參數(shù)。英美以振動是否導致建筑外觀裂縫來確定振動的容許程度。與此不同的是，日本是將建筑物按照用途和性能進行分類后，采用質(zhì)點峰值加速度作為振動控制參數(shù)。瑞士振動控制規(guī)范相對于其他振動控制規(guī)范偏于保守，因為它主要是以人的感受來衡量振動的容許強度。另外，大部分的標準還詳細敘述了人類不同感覺的振動閾值。這些閾值是頻率和振動周期的函數(shù)，可以表達成加速度、速度、位移峰值。但是，由于各種標準均是在某一具體的場地條件下、針對特定的結(jié)構(gòu)物進行試驗而取得數(shù)據(jù)，在此基礎上加以調(diào)整而制定的一種普適標準，所以各國制定的標準也有相當大的差異和局限性[5]。
　　3.2我國振動控制的相關標準
　　對我國而言，評估施工振動對建筑物影響采用的評價指標主要有最大振動速度、加速度和位移,也有的采用譜烈度和能量比作為評價指標。可以采用的相關標準主要有:1.中國國家環(huán)境保護部制定的《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》(GB10070-88)和《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》(GB10071-88)[6]，標準規(guī)定了城市各類區(qū)域鉛垂向Z振級標準值。與國際普遍認同的PPV作為控制參數(shù)不同，此標準是選取質(zhì)點振動加速度為振動控制參數(shù)。2.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2003年頒布的國家標準《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強度，但是此標準適用于爆破施工的振動控制，缺少對其他振源類型的適用性。3.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會于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定指標，包括人的感覺、房屋震害程度、其他震害現(xiàn)象、水平向地震動參數(shù)。盡管地震與施工引起的地面振動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，歷時較長，而施工振動主頻較高，遠高于建筑物的固有頻率，振動能量一般較低，不同的施工引起的振動歷時不同[9]。所以，上述三種標準在應用過程中均存在著較大的局限性。由此可見，我國環(huán)境振動控制標準的專業(yè)化和科學化程度還有待提高。
　　4施工振動的評估和控制方法
　　4.1施工振動對環(huán)境影響的評估方法
　　目前，施工振動對鄰近建筑影響的評估方法主要有反應譜法，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的質(zhì)點峰值速度或安全距離等參數(shù)作為控制值，并通過與標準設定的允許值進行比較來衡量振動的安全程度，這種方法由于其簡便易行，因而被廣泛采用于振動對環(huán)境影響的評估。但是，其評估結(jié)果偏保守，缺少對不同建筑結(jié)構(gòu)形式的適應性。烈度法是沿用地震烈度的概念，考慮了振動波的頻譜特性和建筑物的自振頻率。相對于以上兩種方法，反應譜法是比較精確的評估方法，這種方法會對建筑物進行頻譜和反應譜分析，計算結(jié)構(gòu)的動力反應和應力應變。這種方法的缺點是計算量偏大，較復雜，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施工振動的控制方法
　　施工振動的控制主要可以通過以下三種途徑來實現(xiàn)：1.降低振源的強度；2.阻隔振動的傳播；3.提高振動影響目標的抗振性能。一般來說，錘擊法施工所帶來的振動強度要高于振動法施工，所以，改變錘擊法施工方式是降低振源強度的有效方法。采用隔振溝也能夠有效的阻礙振動在地表的傳播，據(jù)統(tǒng)計隔振溝的有效設置可以使振幅衰減到原振幅的25%。另外，對于老舊的建筑物可以采取臨時托換加固體系的措施來提高其抗震性能。
　　5結(jié)論
　　本文對施工振動等所帶來的環(huán)境問題進行了簡要的分析后發(fā)現(xiàn)，我國對施工振動環(huán)境影響還缺乏系統(tǒng)科學的研究和認識，關于施工振動對周圍環(huán)境影響的理論研究與工程經(jīng)驗總結(jié)還需要不斷地積累，亟待提出科學合理的振動控制技術(shù)標準，從而降低因為施工振動引起的破壞和糾紛發(fā)生的可能性。
　　
　　
　　參考文獻
　　[1]賈敏才，周健，李杰三.地基處理施工振動及其對環(huán)境的影響評述[J]地下空間,2004,(04)
　　[5]曹艷梅夏禾.振動對建筑物的影響及其控制標準[A].第十一屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集第Ⅱ卷[C],2002
　　[6]GB10070-88,城市區(qū)域環(huán)境振動標準[S].GBUrbanArea[S]
　　[7]GB6722-2003,爆破安全規(guī)程[S].GB
　　[8]GB/T17742-2008中國地震烈度表[S].
　　[9]多種施工振動對臨近建筑物的影響分析[J].陜西建筑,2009,(10)
　　[10]方東升.施工振動對房屋結(jié)構(gòu)安全影響分析與鑒定[J].鐵道科學與工程學報,2007,(04).