为测试以低频为主的重载车辆行驶引起的软土地区的表层土体振动及软土地区临时施工道路的振动响应，现以杭州某软土深基坑为背景，通过对现场真实车流过程中的车辆荷载的全过程监测，得到车辆荷载作用下基坑支护结构土压力及振动加速度特性随时间空间的变化衰减规律。

按照车辆的车轴数量进行分类，我国高等级公路上常见的各轴型重载车辆主要包括三轴重载车（前桥是1型轴，后桥是5型轴）、四轴重载车（前桥是1型轴，中桥是1型轴，后桥是5型轴）、五轴半挂车（牵引车前桥是1型轴，牵引车后桥是5型轴，拖挂车是5型轴）等。施工现场多为四轴重载车和五轴半挂。

基坑位于杭州市某经济开发区，周围主路段为杭州市南北向交通道路，车流量较大，交通繁忙，地下各类管线众多，错综复杂，且一般为主干管，对勘察、设计、施工影响较大。该基坑为3#基坑，桩号由K1+075~K1+059.5，全长84.5 m，宽30 m，开挖深度达到15.910~16.855 m，采用800 mm厚地下连续墙加内支撑体系，其中第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，设置2~3道钢支撑+临时支柱的围护形式，属于一级基坑等级。

基坑周围土层从上至下依次为：①素填土；②粉质黏土；③粉土；④淤泥质黏土；⑤粉质粘土；⑥粉质黏土夹粉土，具体土层参数如下表1。其中在地表布置加速度传感器，测点都位于临时道路的同一侧，地表布置的加速度计，测点按A1~C5采取3×5阵列、D1~F6和G1~I6 6×3阵列布置，其采样频率为100 Hz。其横向间距7 m，纵向间距7 m，布置范围从临时道路边缘一直到基坑边缘4m左右。

测试区段场地开阔，远离市中心，周围有在建基坑，距离基坑30 m左右，忽略建筑物对现场振动测试的影响，现场平面图如图1、图2所示。

表1 土层参数表Table 1 Soil strata parameters

图1 测点布置图Fig.1 Monitoring point layout

由于重载车辆振动的频率范围较宽，不能只考虑加速度峰值，应对其整个过程进行评价。根据《工程振动术语和符号标准》（GBT 51306-2018），采用振动加速度级评价重载车辆行驶引起的振动，振动加速度级的计算公式如下：

式（1）中：a_e为不同频率下计权修正后得到振动加速度有效值，计算公式如下

式（2）中： a_i为第i个中心频率下的加速度有效值；C_i为第i个中心频率对应的计权修正值，当不需考虑计权修正时，C_i为零；a_ref为基准加速度，10^-6 m/s²。

图2 施工场地测点平面布置图Fig.2 Layout of monitoring points on construction site

上述振动加速度有效值即为加速度均方根值，按下式计算：

式（3）中：T为时长，单位为s；a为任一时刻的加速度，单位为m/s²。

对于离散的加速度时程数据，则用频域幅值谱各离散频率的加速度有效值计算，即采用第i个中心频率所在的频带内m个离散点的加速度值求得：

在本研究中，主要关注测点A、测点B、测点C系列的动力响应，其加速度分别表示为a₁、a₂、a₃；对应的振级分别为I₁、I₂、I₃。

测点A、B、C的加速度平均峰值与振级如下图3，数据如下表3所示。车载振动属于交通振动，并且施工区域距离居民区较远，故不需要考虑人体的感受，这里不对其振级计权考虑。可以从加速度统计结果看出，车载振动从测点A至测点C，随着距离重载车辆作用点距离的增大，振动加速度幅值的大小逐渐减小，说明车辆荷载距离基坑越近，其对基坑的影响越显著。单车辆加速度从A点的1.225 m/s²降至0.189 m/s²，两者相差极大，加速度衰减高达85%。但双车辆与多车辆分别从0.694 m/s²和0.464 m/s²变化为0.258 m/s²和0.282 m/s²，降为原本的37%和61%，相较单车辆加速度衰减较少。经过车辆不同，产生的加速度也不同。单车辆引起的土体振动较多车辆的更为剧烈，加速度较振级急剧减少，测点A单车辆加速度1.225 m/s²，双车辆为0.694 m/s²，多车辆仅为0.464 m/s²，分别为单车辆加速度的57%和38%。同时，单车辆、双车辆和多车辆分别为121.76 dB、115.53 dB和113.49 dB，分别占单车辆的95%和93%，不同车辆类型的加速度振级只有轻微减少。土体振动加速度与车速相关，多车辆经过时行驶速度较慢，车辆荷载较大，故多车辆的加速度比单车辆小很多，但振级相差不大。选择其中有代表性加速度实测数据，单车辆、双车辆、多车辆在测点A、B、C的土体振动加速度时程如下图4所示。

根据表层土体中布置的测点的加速度平均峰值及计权及速度振级（土体振动属于环境，采用计权），绘制出基坑周围土体加速度和加速度振级的等值线，如图5、图6所示。土体的加速度呈曲线形向基坑方向衰减，且形状大致相同，距离道路近等值线密集；靠近基坑时等值线稀疏。在测验范围内加速度幅值在0.2~1.4 m/s²，加速度振级范围在105~125 dB，最大值在道路附近，加速度振幅基本随着离道路距离增加而衰减，局部有放大效应。在离道路5 m范围内，加速度振级在116~120 dB，距离道路15 m时，加速度振级可降至105 dB。并且单车辆与多车辆的加速度和振级略大于双车辆，而多车辆的衰减更为剧烈，加速度从1.3 m/s²降至0.2 m/s²，而单车辆和双车辆分别从1.4 m/s²降至0.6 m/s²，和0.9 m/s²降至0.2 m/s²。

从以上分析不难看出，在重载车辆荷载作用下无论是土体的加速度还是土体的振动级都会随着随着离道路距离的增大而减小，其原因可能在于能量经过多次反射和散射，使得振动能量逐渐分散和吸收，导致衰减趋势减缓。并且在单车辆荷载作用下土体的加速度以及振动级变化尤为明显，其可能的原因在于土体这种情况下所受荷载的作用点相对较集中，从而可能导致振动效应更加明显，进一步的导致基坑附近会更容易受到单个车辆荷载的直接影响，因此对土体加速度和振动影响可能较大，并且无论是双车辆还是多车辆荷载产生的振动都可能会影响振动的传播和共振现象，并且在一些情况下，单车辆荷载的频率可能会更接近地面或结构的共振频率，从而引起更大的振动影响，这也是在单车辆荷载作用下土体的加速度以及振动级变化相比起其它车辆荷载作用下变化更加明显的原因之一。

图3 加速度、振级折线Fig.3 Line graph of acceleration and vibration level

表2 测点加速度平均峰值及振级Table 2 Average peak acceleration and vibration level at monitoring points

图4 表层土体加速度时程曲线Fig.4 Acceleration time-history curves of surface soil

图5 周围地层加速度等值线Fig.5 Acceleration contours of surrounding soil

图6 周围地层加速度振级等值线Fig.6 Acceleration vibration level contours of surrounding soil

对同一时段、不同测点的加速度时程曲线进行频谱分析，得到车载振动传播过程中的振动频率特征，频谱曲线如图7所示。

从图中不难看出，在相同时间段内，车辆荷载对土体振动所产生的能量在从测点A到测点C逐渐衰减。这种衰减趋势可能指示着一种特定的振动传播机制或土体的吸收特性，即随着离道路距离的增大，土体中所存在的能量在逐渐的减小，并且会对基坑影响的可能性就越小，这种衰减现象可能是因为土体的吸收能力以及传播路径的复杂性所致。在分析曲线中的车载振动主频范围时，可以明显地捕捉到主频的分布情况，其主频位于0~10 Hz之间，不难推断车辆荷载对土体产生的荷载属于低频荷载，即能量主要集中在低频范围内，其影响的因素有很多，但通常与车辆的振动特性和路面不平整度有关。

由于在该土体工况下可能存在着一种远离振动源的衰减效应，所以对研究不同土体类型对振动传播的不同响应也有着重要的参考价值。

图7 加速度频谱曲线Fig.7 Acceleration spectra curves

为保证基坑的安全施工，不能仅考虑基坑施工的影响，也要考虑重载车辆造成的振动影响。参考2021年施行的《工业建筑振动控制设计标准》（GB 50190-2020），按评价指标取加速度的最大值，工业建筑采用天然地基时，黏土的容许振动加速度为1.5 m/s²，砂土的容许振动加速度为1.0 m/s²。

根据上文图5的周围地层加速度等值线可知：一般情况加速度幅值均不大于1.5 m/s²，且距离道路边缘0.6 h（≈11 m），加速度幅值均小于1.0 m/s²，加速度振级不大于115 dB，符合相关规范要求。基坑西侧加速度等高线较为密集，南北两侧的加速度幅值较小，交通荷载作用下基坑开挖处于较为安全的范围。因此，可使用基坑深度h来划定一般影响区和较小影响区的范围。如下图8所示，本项目在距离振源11 m（0.6 h）范围内为一般影响区，在此范围之外为较小影响区，故可按距离振源0.6 h范围为一般影响区进行交通荷载及流量控制；此外，为减少或避免风险，建议在基坑开挖时做好较小影响区域内诸如架设支架、排水等临时防护措施以保证基坑工程的顺利施工。

图8 施工影响区Fig.8 Construction impact zone