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摘要：在我国，由轨道交通引发的环境振动不仅影响了附近居民的日常活动，还降低了沿线建筑物的稳定性及科研设备的精确程度。因此，查明振动产生的原因，找到控制振动传播的方法和措施成为众多学者关注的焦点。为避免大规模的拆除沿线的既有建筑物，在振源与被保护对象之间设置隔振屏障被证实是一种行之有效的途径。在此原理的基础上，本文通过现场试验，采用线性分析的方法，对空心桩隔振性能展开研究，得出如下结论：（1）截面空心率越小，屏障的隔振性能越好。随振源距离的增加，截面空心率对空心桩隔振性能的影响程度逐渐降低。（2）空心桩截面形状的改变可一定程度的影响其隔振效果，但是外围形状改变的影响程度更加明显。
关键词：轨道交通；空心桩；隔振性能；
1引言
城市化是世界各国共同发展的必然趋势，随着城市化进程的加快，解决城市中出现的车辆拥堵、出行方式单一等问题变得尤为棘手。城市轨道交通作为新兴产业，以其高效率、高速达、高舒适等优势，已成为人们日常出行的首选交通工具。相关数据表明，截至2018 年底，全球范围内有近500座城市对轨道交通系统进行规划并通车运营，运营总里程可达 26100km。然而，在给人们出行提供极大便利的同时，轨道交通引发的噪声与振动问题也越发棘手。列车在运行过程中由于轨道不平顺或轮轨不圆滑等原因致使周围地表产生无规则的振动。若不采取减振措施，这种随机振动会影响周边建筑物和精密的仪器设备的安全和使用，甚至威胁附近居民的正常生活。日本对振动污染的统计数据显示，在城市工厂区有近30%的公害是由振动引起的，而在施工作业区则能达到50%。
随着社会的不断发展和科技的不断进步，人们对生活质量有了新的要求，对此类振动也提出了明确规定。日本的一份报告曾提出，对于普通的建筑物，允许的最大振动速度为 0.80mm·s-1，而住宅的振动速度允许值更为严格，仅为0.20mm·s-1。在一些西方国家，由于轨道交通噪声与振动问题的存在，轨道交通新线路的规划遭到了公众的反对。由此看出，如果不能有效的解决环境振动污染问题，将会阻碍城市轨道交通的进一步发展。
2试验概况
2.1 试验方案
采用电磁式激振器激发的正弦波信号模拟轨道交通引发的振动波，并将其布设于砂池的长轴中线一侧砂池表面。此外，试验中涉及的隔振屏障布设于距离激振器后方0.45m远处，并与砂池的长轴中心垂直。本试验共设置4个传感器，主要用于采集各测点的竖向加速度，计算屏障后的地表振动响应。其中，1#传感器布置于激振器后0.35m 处，其余三个传感器顺次按一定间距布置于隔振屏障后方。图1为试验场地及传感器布置详图。
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图1 试验场地及测点布置图
本节试验中激振频率的选取应当与实际工程中保持一致，由于轨道交通环境振动频域带分布范围为0.1～100 Hz。刘维宁等通过现场测试得出小于40Hz 的低频段是引发地表振动主要原因。同时考虑到正弦波信号输出稳定，保证试验频率选择的全面性，本节试验选取高频段、中频段和低频段中具有典型代表性的三个频率激发振动波，分别为 100Hz（高频）、60Hz（中频）和 20Hz（低频)。试验过程中，仪器的采样频率保持 5000次/s，采样时间为 7s，电荷放大器数值固定不变。
2.2 评价指标
本节试验的振动指标采用《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071-88）建议的振动加速度级 VAL对振动强度进行评价。由于本节试验采用的激振信号为周期性正弦波信号，因此采用公式(1)所示计算方法进行振动指标 VAL 的计算，如下所示。
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（1）
其中，取aref=1×10-6m/s2；ω为圆频率；A为正弦波信号的振幅。本试验中，振幅A为信号采集7s的时间内加速度传感器所采集到的所有振动信号振幅的均值。
空心桩隔振效果的影响因素
3.1 截面空心率对隔振性能的影响
截面空心率是指空心桩截面中空心部分面积与截面面积的比值，决定混凝土用料的重要参数。本小节取截面空心率分别为0、0.18和0.36的三种混凝土环形桩开展试验，以研究截面空心率对混凝土空心桩隔振性能的影响。试验所用混凝土桩参数详见表 1，隔振屏障的布置形式见图2。
表1 隔振屏障参数
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图2 隔振屏障布置图
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（a）20Hz激振时地表振动加速度级
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（b）60Hz 激振时地表振动加速度级
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（c）100Hz激振时地表振动加速度级
图3 地表振动加速度级图
设置各隔振屏障后，各测点的地表振动加速度级图见图3，察三种空心率下的地表振动加速度级图可知，振源激振频率相同时，截面空心率越小，其所表现出的隔振效果越好。同时，随振源距离的增加，三种情况下，空心桩的隔振效果越来越相近，说明截面空心率对空心桩隔振性能的影响程度逐渐降低。
3.2截面形状对空心桩隔振性能的影响
为考察空心桩截面形状对空心桩隔振性能的影响，本小节分别取圆形与方形作为截面因素，将其进行两两组合形成四种空心桩，分别是环形截面、外圆内方截面、外方内圆截面和回形截面，四种空心桩的参数见表2。同时，各空心桩的截面空心率保持为 0.36，桩深取 0.40m，试验中屏障布置形式如图4所示。
表2 隔振屏障参数
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图4 隔振屏障布置图
针对不同的隔振屏障，地表振动加速度级的变化曲线如图5。
对比三种振源激振频率下的地表振动加速度级可以发现，环形截面的隔振性能在四种桩中最优，与外方内圆截面反差最大，地表振动加速度级的平均衰减幅度相差0.0137×102dB。同时，回形截面的地表振动加速度级的平均衰减幅度高出外方内圆截面0.0072×102dB。环形截面下的地表振动加速度级的平均衰减幅度比回形截面高0.0103×102dB。环形截面与外圆内方截面相比地表振动加速度级的平均衰减幅度相差0.0037×102dB，回形截面与外方内圆截面相差0.0034×102dB。综上所述，空心桩截面形状的改变可一定程度的影响其隔振效果，但是外围形状改变的影响程度更加明显。
空心桩对中低频振动波的阻隔能力优于高频振动波，振源激振频率为20Hz时，地表振动加速度级的平均衰减幅度为0.0366×102dB，振动激振频率为 60Hz 时，衰减幅度为 0.0168×102dB，激振频率100Hz 时，平均衰减幅度为0.0137×102dB。
结束语
本文通过现场试验，采用线性分析的方法，以振动加速度级 VAL 作为评价标准对空心桩隔振性能展开研究，得出如下结论：
（1）截面空心率越小，屏障的隔振性能越好。随振源距离的增加，截面空心率对空心桩隔振性能的影响程度逐渐降低。
（2）空心桩截面形状的改变可一定程度的影响其隔振效果，但是外围形状改变的影响程度更加明显。
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（a）20Hz激振时地表振动加速度级
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（b）60Hz 激振时地表振动加速度级
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（c）100Hz激振时地表振动加速度级
图5 地表振动加速度级图
参考文献
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