襄阳市交通引发环境振动调查与防治措施

谢天立+吴杰+李小雨+汤旭

摘 要：襄阳市跨越式发展的进程中，道路交通系统发展迅速，新建成的汉江三桥和胜利街立交桥就是襄阳市交通系统快速发展的一个缩影。而随着公共交通的发展，交通运营所产生的环境振动也日益凸显。为此，本文对襄阳市交通引发环境振动调查与防治措施进行了探讨。

关键词：交通车辆；环境振动调查；现状

资助项目：湖北文理学院大学生创新创业项目（201510519050）

1 襄阳市交通引发振动与噪声的现状

车辆通过道路减速带、高架桥、桥梁时会产生明显的振动，我国“城市环境振动测试方法”（GB10071-88）中规定交通干线两侧或商业、混合区振动限制标准：昼间不超过75Db，夜间不超过72dB。据测量结果，当货车等重型车辆通过道路时，引起的环境振动频率主要集中在3-10Hz，紧邻道路的建筑物的各楼层会产生均值在80-90dB的振动，由此可见，交通荷载引起的环境振动已远超国家有关规定。

襄阳市由于汉江的穿城而过，桥梁是交通系统中必不可少的，已有的一桥、二桥、三桥、鱼梁洲大桥以及规划中的四桥和五桥，再加上胜利街立交桥，可见襄阳市桥梁众多。图1为襄阳市的部分桥梁。而车辆通过桥梁时会产生明显振动，桥梁振动产生的噪声，频率主要分布在100Hz以下，属于低频噪声。与一般噪声相比，这种噪声的部分频率低于可听，不能依靠听觉来判断，声源确定比较困难，而且波长较长、衰减缓慢，缺乏隔音手段，长期居住在低频振动与噪声环境中的人容易产生莫名其妙的失眠、头痛、耳鸣、胸闷、腹部压迫感等心理和生理症状，对身体健康有比较大的危害。

2 交通振动与噪声对居民生产生活及建筑物安全性的影响

2.1 环境振动对居民生活的影响

环境振动对居民的生理和心理都会产生不良影响。人体是各器官组成的有机体，不同的器官有各自的自振频率，尤其是胸部内脏，它的自振频率为4-6HZ，如果环境振动频谱含有上述频段，将引起居民头晕等不舒服症状。为了评价在频率为1～80Hz振动作用下的人体舒适度，国际标准组织发布了多个标准，如ISO2631（全身振动暴露度评价指南）等，其相关方法被普遍接受并广泛采用。

在我国，建筑结构振动舒适度问题长期以来是一个被忽视的问题，然而，随着我国社会和经济的发展，必须注意到以下几个事实〔1〕人民生活水平的普遍提高，人对生产、生活环境质量的要求也不断提高，对于同样水平的振动，过去可能不被认为是什么问题，而现在却越来越多地引起公众的强烈反应，这就使得由于振动导致的人体舒适性问题逐步地体现出来。（2）住房制度的改革、福利分房向货币化分房转变，使得人们对住房这项固定资产的关注程度大大提高了，而国外的研究表明，由于对资产关注程度的不同，自有房屋的居住者比租赁房屋的居住者更喜欢抱怨振动引起的舒适度问题，可以预见，由于住房制度的改革，我国居民对房屋振动舒适性功能的要求将会更加挑剔。（3）投诉机制的完善使得广大消费者有了更多的投诉渠道，与此同时，一向不爱惹麻烦、打官司的中国人也越来越懂得和喜好用投诉方式来主张自己的权利，这使得工程设计人员、房产开发商不得不认真关注这些问题。

据襄阳台今日播报报道，襄阳市长虹桥南引桥边住宅楼经常性的有明显的振动，屋内放置在桌子上的水杯，当有车辆经过时，水在杯子里发生晃动，曾引发居民投诉。图2为北京市一住宅内因为交通振动引起的家具移位。

2.2 环境振动对建筑结构的影响

长期非破坏动荷载对建筑结构的安全性和适用性也会产生不利影响。上部结构在长期动荷载作用下，材料的微裂缝和缺陷持续扩展，导致结构刚度退化，动力特性改变，严重时会造成疲劳失效；另外，长期动荷载作用下地基土的强度也会随振动加速度的增加而降低，同時土体的凝聚力和内摩擦角减少，导致土体颗粒移动，基础下沉；当然，某些功能建筑的适用性也将下降，甚至丧失使用功能。在繁忙的公路和轨道交通附近，一些砖石结构的古建筑因车辆通过时引起的振动可能会发生裂缝，图3为交通荷载造成的建筑开裂。

据襄阳台今日播报报道，襄阳市长虹桥南引桥边住宅楼经常性的有明显的振动，屋内放置在桌子上的水杯，当有车辆经过时，水在杯子里发生晃动，曾引发居民投诉。图2为北京市一住宅内因为交通振动引起的家具移位。

3 交通振动与噪声的防治方法

为有效控制环境振动对建筑结构以及居民的负面影响，通常可以从振源，传播途径和建筑自身三个方面入手。

在条件允许的情况下，最好是从振源入手，尽量避免机械振动引起环境振动，这是从根源解决问题，最为有效。主要有两种思路：1）减轻振源自身的振动，比如对于常见的高架桥，改进高桥的结构，或者在桥梁上设置减振装置，减轻桥梁本身的振动，这种方法技术要求高，比较难实现；2）采取隔振措施，阻止桥梁的振动传到基础。

如果无法有效控制振源，比如城市交通引起的振动问题，可以从传播途径入手，采取在震源和建筑之间挖隔震沟的措施。隔振沟是消耗波动能量的较好方法之一，它不需要对建筑结构做任何改动，也不需对“振源”改造，唯一的工程就是在震源与建筑物间挖一条具有一定深度的沟。就隔振沟的形式而言，通常有空沟或填充沟、排桩及其它特殊构造的地下结构形式。通过数值研究大部分学者都指出隔振沟的深度和对象波长的比值对隔振效果有重要影响，而隔振沟的宽度相对而言作用不是很大。虽然空沟的隔振效果显得比填充沟好，但是在实际应用中，因为空沟难以维护等原因，填充沟是比较受欢迎的方式。当应力波传至隔振沟时，由于断层刚度小，应力波大部分能量被吸收或反射，能起到较好的隔振效果。然而，隔振沟并不是对所有振源都具有很好的耗能效果，人们在研究中发现，对于高频的应力波，隔振沟效果很好，而对于低频应力波，隔振沟效果并不理想。

从结构自身出发的主要思路是将结构的动力特性改变，尽量避开环境振动的主频率。改变结构自身的动力特性通常有以下几种方法：1）基础隔震。基础隔震是在基础和地面间设置橡胶垫，把建筑的振动周期增加到2s左右，避开环境振动频率，达到减振的目的。这种方法适用于新建建筑，用于已有建筑加固也有不少成功的例子，但费用较高，通常只用于重要的已有建筑加固；2）增加建筑质量（加层或建造屋顶花园），加层或建造屋顶花园可以显著改变结构的自振频率，屋顶花园还可以作成TMD来吸收振动能量，这种方法要求结构基础具有足够的承载能力，对基础本身比较薄弱的结构不适用；3）加固基础或构件增加建筑刚度。通过加固基础或构件增加结构的刚度也可以改变结构的频率，且施工方法灵活简便，比如，简单的基础注浆，浇注混凝土地坪与原基础相连，加大构件截面，在问题建筑旁新建小型结构并与之相连，等等。

4 结语

综上所述，在我国，建筑结构振动舒适度问题长期以来是一个被忽视的问题。为有效控制环境振动对建筑结构以及居民的负面影响，通常可以从振源，传播途径和建筑自身三个方面入手，做好防治措施，减小影响性。

参考文献

[1]谭燕.铁路交通引发场地振动的传播规律与隔振措施研究[D].华中科技大学2011

[2]赵才友.高架轨道交通环境振动与噪声关键技术研究[D].西南交通大学2014