曾凡奎，來雨柔，孫 哲，魏小寧

(西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院 ,西安 710021)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展和舊城改造的加快,規(guī)劃區(qū)中往往會出現(xiàn)一些有歷史價(jià)值的建筑,但也會影響城市改造轉(zhuǎn)型,特別是道路拓寬.在這種情況下,傳統(tǒng)的改造方式是拆遷,然后以較高的成本處理廢棄的建筑垃圾,并在不遠(yuǎn)的新址重建,造成巨大的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失.近年來,建筑整體平移技術(shù)成功地解決了這個(gè)問題,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益,為舊城改造提供了新的技術(shù)手段.國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了大量研究.我國具有代表性的平移工程有江南大酒店整體平移工程[1]、吳忠賓館整體平移工程[2]等.文獻(xiàn)[3]以天水市某中學(xué)教學(xué)樓平移工程為研究對象,對設(shè)計(jì)與施工工藝過程進(jìn)行了研究.文獻(xiàn)[4]對漯河市某醫(yī)院家庭式病房樓平移工程進(jìn)行設(shè)計(jì),并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算以及仿真分析,提出了平移工程與施工方法之間的影響關(guān)系.文獻(xiàn)[5]分析了承重磚墻托換體系,提出了承載力預(yù)計(jì)模型.文獻(xiàn)[6]提出了建筑物平移牽引的力學(xué)模型與原理,對建筑物平移牽引系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì).文獻(xiàn)[7]以某框架結(jié)構(gòu)商住樓的旋轉(zhuǎn)平移設(shè)計(jì)與施工為研究對象,提出了平移施工工藝方法與施工流程.本文以辦公樓整體平移工程為對象,采用新做結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，繩鋸切割框架柱和千斤頂提供后推力,建筑物就位后進(jìn)行錨固連接,給出建筑物的整體平移方案.

1 工程概況

富縣九年制寄宿學(xué)校綜合辦公樓位于富縣茶坊鎮(zhèn),因城市道路建設(shè)需采取整體平移.該建筑共四層,局部五層,建筑高度15.6 m,結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu),抗震設(shè)防等級為三級.基礎(chǔ)形式為多樁承臺基礎(chǔ),基礎(chǔ)及軌道梁混凝土強(qiáng)度等級均為C30.該建筑各層層高：一層3.900 m,二至四層為3.600 m.該綜合辦公樓建筑面積2 443 m2,平移自重約為3 190 t,大樓需沿橫向平移26.66 m.綜合辦公樓平移總平面圖如圖1所示.

圖1 綜合辦公樓平移總平面圖Fig.1 General office building total plane map

2 整體平移設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)處理與整體平移原則

該建筑物平移方案中基礎(chǔ)處理分為三部分[3-4]：房屋新址處的基礎(chǔ)，移動過程中的中間基礎(chǔ)和房屋新址處的基礎(chǔ).該建筑物平移示意圖如圖2所示.房屋新址處的基礎(chǔ)應(yīng)滿足上部荷載移動到相應(yīng)位置時(shí)的地基極限承載力和沉降要求.移動過程中的中間基礎(chǔ)其設(shè)計(jì)與新基礎(chǔ)相同,房屋原址處的基礎(chǔ)對其進(jìn)行適當(dāng)加固處理.根據(jù)基坑及成樁穿越土層的地質(zhì)狀況和地下水水位很高的實(shí)際情況,采用整體換填地基處理方案,對應(yīng)基礎(chǔ)為十字交叉基礎(chǔ).將基礎(chǔ)底面以下1.0 m的雜填土層挖去,然后以質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，性能穩(wěn)定以及具有抗侵蝕性的砂碎石分層充填,并同時(shí)以人工或機(jī)械方法分層碾壓、振動,使之達(dá)到要求的密實(shí)度,成為良好的人工地基.

建筑物整體平移原則為：① 建筑物分體后,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度不應(yīng)降低；如有變化,應(yīng)采取措施使其大于原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度.② 水、電和供暖等管線應(yīng)滿足原設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求.③ 托換梁應(yīng)能滿足上部荷載和推力的要求.④ 新基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)滿足原抗震要求.⑤ 動力設(shè)計(jì)應(yīng)大于阻力的3～5倍.

圖2 建筑物平移示意圖Fig.2 Sketch of building translation

2.2 托盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于地質(zhì)條件及施工條件限制,混凝土結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)施工相對復(fù)雜,工程費(fèi)用高,施工時(shí)間長,工程存在的不均勻沉降和變形將成為安全隱患或影響施工.因此，引入托盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑物平移成為消除或者減小基礎(chǔ)沉降變形的有效方法,不僅具有適應(yīng)地基與基礎(chǔ)變形的能力,而且可解決因地基基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的穩(wěn)定性破壞問題.分析托盤結(jié)構(gòu)的受力情況、載荷的傳遞過程以及結(jié)構(gòu)剛度,對托盤結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算,將托盤結(jié)構(gòu)作為移動建筑物的基礎(chǔ),可靠地對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行托換和傳遞牽引力,為了在平移框架結(jié)構(gòu)建筑物時(shí)防止倒塌,托盤結(jié)構(gòu)要可靠連接原結(jié)構(gòu)豎向受力構(gòu)件,以保證原結(jié)構(gòu)荷載的有效傳遞.在平移過程中,能有效實(shí)現(xiàn)水平力傳遞,且不對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動和沖擊.托盤結(jié)構(gòu)的承載力足夠,保證在牽引荷載的作用下不發(fā)生強(qiáng)度破壞或斷裂；具有較高剛度,不能因其變形過大而對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力,造成上部結(jié)構(gòu)的變形或增大移動阻力；托盤結(jié)構(gòu)要有極強(qiáng)的穩(wěn)定性,為此彼此連接各托盤結(jié)構(gòu),建立沿水平方向的桁架體系.托盤結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性對平移的速度、安全性和被移動建筑物的保護(hù)系數(shù)有著重要影響,承重墻下設(shè)托換梁既能傳遞牽引力,又能適應(yīng)各托盤節(jié)點(diǎn)不均勻位移[5],沿建筑物平移方向的托換梁可兼做上軌道梁.上軌道體系的作用：① 有效地實(shí)現(xiàn)對上部結(jié)構(gòu)的托換,將上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載傳遞到上軌道梁上；② 有效地傳遞牽引設(shè)備提供的水平推力.考慮到軌道基礎(chǔ)以及就位后的恢復(fù)工作,本工程采用單梁托換.單梁托換示意圖如圖3所示.其中t為厚度.

圖3 單梁托換示意圖Fig.3 Single beam diagram

2.3 滾軸的選用和布置

滾軸是上部結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)之間的可動支承,起到傳遞并承受平移過程中建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載的作用.所選用的滾軸應(yīng)具有強(qiáng)度高、摩擦小和抗沖擊荷載性能好等要求.結(jié)合現(xiàn)場及原施工圖紙,設(shè)置11條平移軌道與上部結(jié)構(gòu)墻體位置相對應(yīng).選用兩種尺寸的滾軸：一個(gè)是直徑d為?10 cm,長度l為28 cm;另外一個(gè)是直徑d為?10 cm,長度l為50 cm.建筑物寬16 m,滾軸間距20 cm,每個(gè)軌道80個(gè)滾軸,同時(shí)每個(gè)軌道需準(zhǔn)備一些備用滾軸.上部結(jié)構(gòu)荷載通過滾軸均勻地傳遞給下部基礎(chǔ),平移中應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整偏移軌道的滾軸,以保證平移過程的順利進(jìn)行.

2.4 平移動力方式和動力的選擇

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)墻體、框架柱的布置情況,本工程共設(shè)置了11條平移軌道,每個(gè)軌道均有頂推點(diǎn).由于每條軌道承重不同,所需的頂推力也不同.結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,第1～3條軌道的3個(gè)千斤頂共用一個(gè)油泵,第4～7條軌道的4個(gè)千斤頂共用一個(gè)油泵,第8～11條軌道的4個(gè)千斤頂共用一個(gè)油泵.

建筑物平移工程的動力方式主要有三種：牽引式、頂推式和前拉后推式[6].在實(shí)際工程當(dāng)中,如果建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,整體剛度較好,一般采用牽引式和頂推式,當(dāng)建筑物的重量較大,且荷載分布均衡時(shí)則需要采用前拉后推相組合的形式.根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),整體平移宜優(yōu)先采用頂推式(如圖4所示)施加外力,頂推式相比于牽引式傳力直接,容易保證同步.外加動力作用點(diǎn)必須與建筑物各軸線重合,作用點(diǎn)分步根據(jù)托梁布置綜合考慮,以對稱為原則,千斤頂直接推動上軌道梁的外伸牛腿.推力估算：根據(jù)初步估算,建筑物總重3 190 t,滑動摩擦系數(shù)為0.2,所需平移動力約為638 t,每個(gè)千斤頂約須提供58 t的推力,故建議選取100 t推力的千斤頂.

圖4 頂推式示意圖Fig.4 Push up schematic

2.5 平移方式設(shè)計(jì)

建筑物平移方式有滑動平移和滾動平移[7].滑動平移是在上下軌道面之間設(shè)置滑動鋼結(jié)構(gòu)支座,在滑動面上涂抹潤滑介質(zhì)進(jìn)行平移.其具有穩(wěn)定性好的特點(diǎn),通常適用于荷載較大的或高層建筑物平移,但是這種平移方式也有缺點(diǎn),由于滑動面是面接觸,因此滑動阻力較大,所需平移動力較大,工程造價(jià)也高,在一般性的建筑物平移中通常不予采用.滾動平移是上下軌道之間擺放滾軸進(jìn)行平移.目前大多數(shù)平移工程均采用滾動式,這是因?yàn)槠渚哂谐休d力較大，方向可控性較好和平移阻力較小的優(yōu)點(diǎn).滑動平移要求高精度同步控制系統(tǒng),且造價(jià)較高,技術(shù)不夠完善,故采用滾動平移,其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小,需提供的牽引動力小,平移速度緩慢.在工程施工中采用在軌道上鋪設(shè)不銹鋼板的方式,以調(diào)整軌道的平整度.

2.6 建筑物就位后連接

建筑物移動到預(yù)定的位置后,需要將其重新與基礎(chǔ)相連,使上部結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)形成一個(gè)整體.將框架柱的保護(hù)層鑿去,露出豎筋,框架柱與新做基礎(chǔ)連接示意圖如圖5所示.在框架柱兩側(cè)植入鋼筋,將框架柱鋼筋與植入鋼筋進(jìn)行焊接連接,然后澆筑混凝土,使被移的上部結(jié)構(gòu)和新做基礎(chǔ)可靠連接.

圖5 框架柱與新做基礎(chǔ)連接示意圖Fig.5 Schematic diagram of connection between frame column and foundation

3 結(jié) 論

1) 本文以富縣某辦公樓整體平移工程為實(shí)例,給出了框架結(jié)構(gòu)建筑物整體平移方法,設(shè)計(jì)了整體平移施工方案,提出了新做結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，繩鋸切割框架柱，千斤頂提供后推力以及建筑物就位后錨固連接等措施.該方案可縮短施工工期，降低勞動成本以及減少建筑垃圾排放等特點(diǎn),可為其他工程提供借鑒.

2) 給出了施工過程中千斤頂選擇的經(jīng)驗(yàn)方法,每個(gè)平移軌道需供給58 t的水平推力,該工程選擇了100 t推力的千斤頂,施工現(xiàn)場每個(gè)千斤頂在平移開始時(shí),僅提供30 t左右水平推力即可將建筑物平移,可見尚需根據(jù)大量的工程實(shí)踐來確定千斤頂?shù)倪x取,以保證平移工程經(jīng)濟(jì)、安全和可靠.