基础与结构工程器 Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 爆破振动对周边建筑物的影响规律分析 白林坡．赵建锋 （青岛理工大学土木工程学院，山东青岛２６６０３３） 摘要：对爆破监测的实验数据进行了整理分析，即：一方面分析了典型爆破振动波记录的反应谱曲线．以了解爆破振动 波的振动特性和频率特性，进而分析其对结构造成的影响；另一方面，对爆破振动中采集到的数据在安全控制标准下进 行了分析，并总结了其对建筑物的影响规律。经过对实验数据的分析而得到的关于爆破振动对周边建筑物影响的结论可 以给同类工程实践提供经验参考，具有一定的工程实践指导意义。 关键词：爆破振动；反应谱；卓越频率；动力响应 中图分类号：ＴＤ ２３５．４６ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７６７（２０１５）０２—０１７５—０５ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｌａｓｔ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ Ｂａｉ Ｌｉｎｐｏ，Ｚｈａｏ Ｊｉａｎｆｅｎｇ 随着基础设施建设日益增多，爆破技术在基坑开 爆破场地旁边壕沟分布的房屋有９幢之多。此次爆破 挖、土石方等工程建设中得到越来越广泛的应用。爆 监测项目共设置了３个监测点位，采用ＴＣ一４８５０爆破 破技术虽然能够加快工程的施工进度，节省建造成本， 测振仪进行监测，所取得的实验数据来自其中离爆破 但应用过程中也产生了许多问题。一方面，爆破作业产 区域较近的回迁房１号和回迁房３号点位。其中分别 生的爆破振动、噪声、烟尘等给周围的环境带来影响； 在回迁房１号点位和回迁房３号点位的１、３、５、７层 另一方面，爆破振动对周边建筑物造成了结构破坏， 各布置４台仪器。得到２次实验的多条爆破地震波的 使之出现变形、失稳等现象。尤其是爆破振动对周边建 原始记录。爆破场地及监测位置见图ｌ。 筑物造成的损伤，更容易受到项目建设各方以及社会的 广泛关注。爆破的地震效应主要是引起周边建筑物产 生层间相对位移而发生振动破坏，破坏的程度不仅与 地震波振幅、频率有关，而且与建筑物的尺寸、结构类 型、地基土地质情况有关…。归结起来，研究结构物在 爆破振动下的响应主要考虑两方面的内容，一是爆破 地震波的特征，二是建筑物对地震波的动力响应情况。 １工程监测概况 我国对不同类型的建筑结构制定了相应的爆破安 全标准，但是由于建筑物个体的差异，爆破地震波在不 同场地条件下的传播特征也不尽相同，所以有必要对 爆破地震波作用下房屋的动力响应进行实地监测以及 图１ 爆破场地及监测点位置图（ｍ） 数据分析，为周边建筑物的安全防护提供科学依据。 ２实验数据整理分析 笔者的实验数据来自于青岛西海岸岸线整理工 为了控制爆破地震波对建筑物造成的破坏，相关 程的土石方取料场之一——崮上料场。其中离爆破区 人员通过学习研究，掌握了多种检测建筑物对爆破地 域最近的是崮上村回迁房（村民集资建设后回迁）小区。 震波响应的理论和方法。目前比较常用的方法有实验 该小区有正在施工的７层３单元砌体结构的房屋，沿 法、反应谱理论、时程分析法等。其中：实验法即是通过 ２０１５４ｔ￥２栅（３一）第３３整啼荭故木 １７５ 基础与结构工程器 Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 令 ＝、／ ，咖ｋ－ａｒｃｔａｎ（一 Ｂｋ），式（３）改写为： （￡）： ＋∑孔 。ｓ（２ Ｈ ）＋毕ｃ。 ２＇ｎ＇ｆＮｎ 。 续的折线图，为了更加直观地通过傅里叶振幅谱看出 爆破地震波中哪些分量的振幅大，可以对傅里叶谱采 用关窗法选择合适的数据窗进行滑移平均，得到平滑 化的谱进行观察。图３是选取实验中的最强记录数据 （４） 进行快速傅里叶变换，再采用矩形窗平滑化后得到的 式中：孔为ｋ次分量的振幅。以 乘以ｌ／２倍的波的 分别对应于该建筑物东西、南北、竖直方向分量的反应 持续时间作为纵轴，以作为横轴行成的关系图就叫 谱曲线，并可以从该谱中直观地看出波的卓越周期（频 ． 做傅里叶谱【３＿ 。一般情况下得到的傅里叶谱是不连 率）部分分量的振幅，以此来判断其对建筑结构的影响。 ０ ０５０一 Ｏ Ｑ４５．． ０．０９一 ０．１０ Ｘ：２２．９３３Ｏ４４ ｙ １ ０．０９９ ８７８ １３ Ｕ＇ｒ＇Ｕ一 ０．０６５一’ 。 ：２３．ＯＯＯｏＯ０ ０．０６０～ ０ ０ｄ０ ０ ｏｅ一１ ｙ：０．０６７ ３１２ ０．０５５一 Ｏ ０３５一 一 ０．０７－ ：０．０５０ ｊ ０．０ ００４０－ ．Ｏ Ｏ３Ｏ一． Ｕ．０６－ｉ ０ Ｑ２５— ３釜Ｉ ０ ０２０一 。－０ｓ一： ０．０３５一ｌ Ｏ ０１５— ４ ０ ０ｌ０ ０．００５一 Ｏ∞ｊ ｆ Ｏ。２一 ０－Ｏｌ— ０．０４ ｌ ０．Ｏ３Ｏ～１ ．０．０２５０一－｛Ｊ Ｊｌ ＼ ０ ０ｌ５一ｆ ０．０１０一’ ０．００５— …． Ｏ Ｏ００一． １ ０ ２一一一一… ｏ 口 ２ 口 ｉ Ｅ ０ ．ｏｏ－￣ ｌ６０ ６０ ３６０ ｄ６０ ５咖６０ ０．０００一０ １６０ ２６０ ３６０ ４６０ ５缸 主频／Ｉ＇ｔ￣ ａ）东西方向 ｂ）南北方向 ｃ）竖直方向 图３爆破地震波记录平滑化后的反应谱曲线 由图３可以看出，建筑物东西方向的优势频率集 中在ｌ０～２０ Ｈｚ，该分量中振速峰值为０．０４９，远小于 表１ 不同结构的爆破振动安全控制标准 建筑物的安全控制标准，对建筑物造成的影响非常有 限，可以不予考虑；南北方向的优势频率在１５￣２５ Ｈｚ， 土窑洞譬毛石房点置 譬磐叠墨 ～１．ｏ ｏ．７￣１．２ １． ～ ５ 振速峰值为０．１００，在考虑该方向分量对建筑物的影响 霉＿般砖房 ｝抗震砌块建筑 ２． ～２ ５ ２．誊～ 港 ２。７～３ ０ 和低阶振型分析时，仅需考虑该频率区间内分量的影 ｊ钢筋混凝土结构房屋 ３．Ｑ～磷 Ｏ ３ ～辱． ４．２～５一 响即可；竖直方向的优势频率在１５￣３０ Ｈｚ以及７０～ ８５ Ｈｚ．前者振速峰值较后者大，而建筑物结构基频较 小．因此仅需考虑１５￣３０ Ｈｚ区间内振动分量的影响 注：１）表列频率为主振频率，系指最大振幅对应的频率；２）频率范 围可根据类似工程或实测波形选取，选时可参考规范数据。 即可。可以看出，结构振动的垂直向速度一般情况下是 ２．２．２影响规律 最大的，但并不能准确地反映结构的振动情况，并且 建筑物在竖向比水平向具有更强的抗振能力。 ２．２安全检测标准下的分析及影响规律 表２给出了爆破监测的观测数据。由于存在房屋 各向的差异和受场地条件的影响，房屋在各个方向上 对爆破振动响应有很大差异。整体来看，竖直方向的 响应最大。其次是东西方向即建筑物水平方向上的长 ２．２．１控制标准的取值及分析 我国采用速度一频率标准作为评价爆破振动下建 轴方向。但是，由于房屋竖向相比其他方向有更好的 筑物安全性的标准，见表１。爆破监测中考虑到砌体结 抗振性能，如果单纯地以竖直方向的峰值振速和主频 构正在施工。在Ｏ～５０ Ｈｚ内，控制振速按照标准取偏 进行分析，则显得很不科学。而用各向合成后的矢量和 安全的值为１．２，以保证回迁房在建设过程中不会受 作为峰值振速来分析，合成后的主频对于分析结构的响 到爆破地震波的影响。因为笔者所取的所有观测数据 应又没有太大的意义，所以笔者选取了水平方向中的 振速峰值也仅为０．５３５，远小于控制标准，所以可判定 东西向（数据中的 方向）、竖直方向和矢量和３种情 况分别进行分析。图４～６分别给出了各向的分析图表。 所有爆破数据均符合安全控制标准。 ２０１５－￣ｇ ２期（３一）第３３豢 荭技术 １７７ 器基础与结构工程 Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 表２回迁房１号点４层监测数据 ３层 Ａ Ｏ。ｔｌ ｉ５．８７ ０ｉ１４６ １４ｉ４９ ０．１４Ｓ ｌ５ ２７ Ｏ．１７４ ４００．Ｏ０ ５层 ．． ７层０．１ｌ６ ４ｃ０＇Ｏ０ ０ ｌ１０ ２ｏｏ：￣ 戳 ＯＳ １６６６７ ０，ｌ６ ５００．０ｏ ｛ ａ）水平方向峰值振速趋势图 ｂ）水平方向主频趋势图 图４ 方向（水平）峰值振速、主频趋势图 通过观察图４、５可知，崮上料场爆破产生的地震波 很清楚地看出各向监测数据以及矢量合成的实际值几 主频是随机分布的，且大部分都集中在１０￣３０ Ｈｚ范围 乎全部在０～１００Ｈｚ范围内，振速峰值最大不超过０．６， 内，大于普通建筑物的自振频率（２～１０ Ｈｚ）。因此，由 远低于安全控制标准．说明该工程爆破工作对周边建 爆破施工引起的振动难以与建筑结构产生共振。可以看 筑屋的影响有限，不会影响周边建筑物的安全使用。 出有些爆破地震波水平方向主频要低于其竖直方向的 图４还表明，对于７层建筑来说，水平长轴方向 主频。这表明在水平方向上对建筑物造成的危害要比竖 各层振速峰值是稳定的，在一个小范围内保持恒定；水 直方向更大。所以，在考虑爆破地震波竖直分量对建筑 平长轴方向主频则是随着层高的增加而不断地增加。 物造成影响的同时，不能忽略水平方向分量的影响。 图５和图６则表明，７层建筑结构中各层测点竖直方 此次监测确定的安全控制标准是在０～１００ Ｈｚ范 向和矢量合成后的峰值速度随着楼层高度的增加而 围内，峰值振速不超过１．２．由图４～６和表２就可以 呈增加的趋势（由于样本数量太少的原因会产生一定 １７８，｛；荭故术２０１５Ｎｏ．２（Ｍａｒ．）Ｖｏ１．３３ 基础与结构工程器 Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ＆Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａ）竖直方向峰值振速趋势图 ｂ）竖直方向主频趋势图 图５ 方向（竖直）峰值振速、主频趋势图 ａ）矢量合峰值振速趋势图 ｂ）矢量和主频趋势图 图６矢量合成峰值振速、主频趋势图 的波动，但总体上保持增加的趋势，这与理论分析的 增加。多层建筑结构中各层测点竖直方向和矢量合成 结果是一致的）；峰值振速对应的主频竖直方向上基本 后的峰值速度随着楼层高度的增加而呈增加的趋势． 保持一致，不随层高的变化产生大的波动．各向矢量 峰值振速对应的主频竖直方向上基本保持恒定。不随 合成后的主频则随着层高增加有减小的趋势。 层高的变化产生波动，各向矢量合成后的主频则随着 ３结论 层高增加有减小趋势。 １）爆破地震波破坏的具体表现为波的振幅越大， 频率与结构固有频率越接近，振动持续时问越长，建筑 参考文献：物对地震波的响应越强烈。爆破地震波的频率同结构 ［１】赵岩．爆破震动下框架结构动力响应的现场实测与数值模 拟研究［Ｄ】．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００８：６—８． 的自振频率相接近时，会引起结构的共振，此时虽然 ２］沈秀峰．地铁爆破施工对地表建筑物的微振动影响分析【Ｄ】． 振速的峰值不高，但结构的响应也可能会明显地增加。 ［另外，在分析爆破地震波对结构响应的影响时，除了 考虑卓越频率外，还要考虑其他占有较大比例的优势 大连：大连交通大学，２０１２：１６—１７． ｆ３１大崎顺彦．地震动的谱分析入门【Ｍ】．田琦，译．北京：地震出 版社，２００８：３２—３８． 频率以及与结构基频相近的频率分量的影响。 ２）多层建筑在爆破地震波作用下的响应会呈现出 一［４］廖振鹏．工程波动理论导论［Ｍ】．北京：科学出版社，２００２：５４＿５７． 收稿日期：２０１４—１１－１１ 基金项目：青岛市科技计划资助项目（１０—３—４—６—２－ｊｃｈ） 定的规律，即水平方向各层振速峰值小范围内保持 稳定，水平长轴方向主频则是随着层高的变大不断地 作者简介：白林坡，男，在读硕士研究生，主要从事结构抗振研究工作。 ２０１５－￣２ （３一）第３３拳，；｝荭故求１７９
