Оценка шума сваебойных установок

Оценка шума сваебойных установок

К1, В1, 2

1 - СПбГМТУ

2 - ООО "Акустическое бюро "Сайленс"

*****@***ru

Одним из методов устройства свайного поля является метод забивки свай. Достоинства данного метода - надежность, скорость, относительно небольшая себестоимость и возможность применения для любых типов грунтов. Главный недостаток установок - высокий уровень шума, что практически исключает их использование при уплотнительной застройке [1].

Шум сваебойных установок (СУ) априорно относится к импульсным источникам звука, что находит подтверждение в разности максимальных уровней звука LАмакс, превышающих 7дБА, измеренных по шкалам «медленно» и «импульс» ГОСТ 12.1.003 [2]. Однако, остается открытым вопрос всегда ли длительность звука при одиночном ударе СУ не превышает 1с, зависит ли эта длительность от типа используемой сваебойной установки, параметров грунта, и длины свободного участка забиваемой сваи.

При оценке шума от СУ на селитебной территории также возникает ряд методических вопросов. К первому, из которых можно отнести то, что ныне действующая методика расчета по ГОСТ 31295.2 [3] не распространяется на расчет импульсного шума, о чем имеется прямое указание в упомянутом документе. С другой стороны, в ранее действовавшем СНиП II-12-77 «Защита от шума» [4], изложенная в нем методика расчета распространения шума на местности допускала ее применение к источникам импульсного шума. В более новой версии документа [5] такая возможность не указана.

Вторым важным вопросом, связанным с расчетом шума от СУ, является задание/определение исходных уровней звука. В действующем ГОСТ Р [ 6] приведен эквивалентный уровень шума, выраженный в «дБ», производимый сваебойным оборудованием на расстоянии 10м для различных видов молотов, однако, конкретный акустический параметр (эквивалентный или максимальный уровень звука, если максимальный, то для какого режима усреднения) не указан. Поэтому для дальнейшей оценки шума СУ использовались измерения уровней звука установок, выполненные авторами в трех разных районах города.

1) сваебойная установка Junttan – PM25 с гидравлическим штанговым молотом HHK – 7A (район 1). Частота ударов сваебойной установки составляла – 30 уд/мин.

2) сваебойная установка Junttan – PM25 с гидравлическим штанговым молотом HHK – 7A( районы 2 и 3)

а) частота ударов сваебойной установки составляла 60 – 90 уд/мин.

б) частота ударов сваебойной установки составляла 30– 120уд/мин. Измерения уровней шума проводились отдельно для различных условий забивки сваи и при различных режимах работы установки. Забиваемая конструкция являлась составной и представляла собой две железобетонные сваи, скрепляемые с помощью сварки. Забивка сваи производилась в два этапа: забивка первой сваи и забивка второй сваи.

Измерения уровней шума СУ проводились при различных режимах работы установки и на разных расстояниях. Характер ударов во всех случаях оставался неизменным. Продолжительность каждого измерения при работе сваебойной установки от 2 до 5 минут.

Измерения уровней шума были выполнены на открытом пространстве, где обеспечиваются условия свободного звукового поля над звукоотражающей поверхностью.

Оценка характера шума по временным реализациям

На рис.1-3 изображены временные реализации, измеренных пиковых значений уровней звука СУ, работающих в разных условиях.

Рисунок 1. Временная реализация уровня шума СУ с гидравлическим молотом (район 1), в момент начала забивки первой сваи на расстоянии 40 м.

Рисунок 2.Временная реализация уровня шума СУ с гидравлическим молотом (район 2) во время первого этапа забивки нижней части сваи на расстоянии 40 м.

Рисунок 3.Временная реализация уровня шума СУ с гидравлическим молотом (район 3),во время забивки второй сваи на расстоянии 40 м.

Из приведенных на рис.1 – 3 реализаций видно, что:

-  длительность каждого ударного воздействия лежит в пределах 0,37-0,67с, и подтверждает факт импульсного характера шума сваебойных установок, т. к. длительность каждого воздействия не превышает 1 с;

-  длительности каждого импульса относительно (в пределах 20-25%) стабильны в рамках одного рабочего цикла, не зависят от частоты ударного воздействия и изменяются как при смене типа СУ, так и при изменении параметров грунта, что проявилось в увеличении длительности импульсов при забивке второй части составной сваи.

Определение параметров шума

На рис.4 показана полная временная реализация, измеренных пиковых значений уровня звука СУ с гидравлическим молотом (намывная территория), из которой видно, что максимальные уровни звука отдельных импульсов в пределах одного цикла забивки сваи существенно флуктуируют в пределах около 10дБА. При этом следует обратить внимание, что на приведенной реализации присутствует один явно выраженный «выброс» одного из импульсов ударного возбуждения, который обусловлен разовым случайным фактором и не может характеризовать акустическое воздействие сваебойной установки.

Согласно ГОСТ 23337 – 78*[7] за максимальный уровень звука , дБА, при проведении измерений шума шумомерами следует принимать наибольшее значение уровня звука за период измерения шума или, при проведении измерения шума измерительными системами, в которые входят анализаторы статистического распределения, за указанное значение следует принимать уровни звука , дБА, превышаемое в течение 1% времени измерения шума.

На рис.4 отмечены оба указанных значения, разность между и составляет 4,4дБА, что на наш взгляд свидетельствует о несколько завышенных результатах измерений, получаемых без использования шумомеров с оценкой статистического распределения уровней.

Рисунок 4. Полная временная реализация уровня шума СУ с гидравлическим молотом (намывная территория) на расстоянии 320 м.

В таблицах 1 и 2 приведены результаты измерений уровней шума СУ с гидравлическим штанговым молотом (для разных грунтов).

Таблица 1.Уровни звука сваебойной установки с гидравлическим молотом (в районе 1)

Расстояние до источника шума, м.	LmaxS, дБА	LmaxF, дБА	LmaxI, дБА
40	75	83	85
80	69	76	79
320	60	67	70

.

Таблица 2 .Уровни звука сваебойной установки с гидравлическим молотом (в районе 2)

Расстояние до источника шума, м.	LmaxS, дБА	LmaxF, дБА	LmaxI, дБА
Первый этап забивки нижней части сваи
40	82	87	92
80	77	82	85
Второй этап забивки верхней части сваи
40	83	89	93
80	75	82	86

По результатам измерений максимальных уровней звука СУ, приведенных в таблицах 1 и 2 как и следовало ожидать, максимальные уровни звука, в режимах «медленно» и «импульс» отличаются не менее чем на 7 дБА, на всех измерительных дистанциях, что еще раз подтверждает импульсный характер шума СУ, который не «размывается» с увеличением расстояния до источника шума.

Снижение максимальных уровней звука СУ с расстоянием

На рис.5 представлен график сравнения максимальных уровней звука в (режиме «импульс») для СУ с гидравлическими молотами в зависимости от расстояния (r).

Рисунок 5. Сравнения максимальных уровней звука в (режиме «импульс») для сваебойных установок с гидравлическими молотами (в районах 1, 2 и 3).

Координата расстояния – ось абсцисс - представлена в логарифмическом масштабе для большей наглядности рассматриваемых зависимостей. Рядом с каждым графиком приведены аппроксимирующие зависимости, где функция «у» соответствует максимальному уровню звука LAмакс, а аргумент «х» - 20lg(r). Коэффициенты пропорциональности в каждом из приведенных выражений, близкие к «1» свидетельствуют об уменьшении уровня звука с удвоением расстояния на 6дБА, что экспериментально подтверждает сферический закон распространения импульсного звука от СУ.

Из рис.5 также видно, что максимальные уровни звука однотипных СУ, работающих в разных условиях отличаются на 5-7дБА. Отмеченное различие в первую очередь связано со свойствами грунта, и, предположительно с маркой свай и массой молота, которые в данной работе остались за рамками исследования.

Для разработки виброакустической модели СУ априорно можно предположить следующие источники шумообразования:

1)  шум собственно ударного механизма (излучение шума движущихся частей) (выхлоп дизеля, переключение элементов гидравлической системы);

2)  поршневое излучение оголовка сваи при падении ударной части.

3)  резонансное излучение изгибных колебаний сваи при забивке;

4)  низкочастотное излучение грунта при погружении сваи.

На всех представленных на рис.1-3 временных реализациях уровня звука, отчетливо различимы сдвоенные пики, один из которых следует отнести к шуму, создаваемому приводящим механизмом, а второй к звуку соударения молота об оголовок сваи. Первая из упомянутых причин шумообразования должна характеризоваться большей временной стабильностью и зависимостью от типа СУ, что подтверждается действующим ГОСТ Р [6]. Второй источник шумообразования, связанный непосредственно с зоной удара, более существенно изменяется во времени (см. ранее представленный анализ) и для СУ с гидравлическим молотом является определяющим.

Существенный вклад резонансного излучения изгибных колебаний сваи при забивке не подтверждается выполненными измерениями, т. к. уровни звука, создаваемые СУ не имеют тенденции к уменьшению или увеличению значений в пределах одного цикла забивки сваи и, следовательно, не зависят от длины свободного конца сваи. Низкочастотное излучение грунта при ударном погружении сваи не отмечено в ходе выполненных экспериментальных исследований.

Представленный анализ показывает, что для снижения шума СУ с гидравлическим приводом, следует снижать звук от локальной зоны удара, что, вероятно, можно сделать посредством небольшого навесного экрана, либо применением амортизирующих прокладок в оголовке сваи или ударной части молота. Последний вариант находит применение в японской СУ фирмы NIPPON SHARYO (NISSHA) [8].

Выводы

1.  Максимальные уровни звука СУ LАIмакс следует оценивать только с использованием шумомеров с оценкой статистического распределения уровней, в противном случае велика вероятность получения в результате измерений завышенных значений до 4дБА, которые оказываются статистически недостоверными.

2.  СУ для расстояний, на которых могут располагаться жилые и общественные здания является точечным источником шума, распространение которого может быть оценено по известным выражениям, приведенным в нормативно-методической документации.

3.  Основной источник шумообразования СУ с гидравлическим молотом расположен в локальной зоне удара, что открывает определенные пути для его снижения.

4.  Целесообразными направлениями дальнейших исследований следует считать разработку физико-математической модели звукоизлучения оголовка сваи при ударе молота и экспериментальные исследования влияния массы молота, типа свай и обобщенных характеристик грунта на шумовые характеристики СУ.

Литература

1.  , , . Технология, организация и комплексная механизация свайных работ. - М.: Стройиздат, 1985.

2.  ГОСТ 12.1.003-83. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности.

3.  ГОСТ 31295.2-2005. Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 2. Общий метод расчета.

4.  СНиП II-12-77. Защита от шума.

5.  СНиП . Защита от шума.

6.  ГОСТ Р . Оборудование сваебойное. Общие требования безопасности.

7.  ГОСТ 23337*-78. Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий.

8.  http://*****/production/gidravlicheskiy-molot-nippon-sharyo-nissha.