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技术知识

建筑物整体平移技术

标签:[db:TAG]    浏览次数:     时间:2017-08-23 16:23:22

建筑物整体平移技术

随着经济建设的需要,城市规划在逐步完善,道路在不断拓宽,一些已建成的建筑物要用整体平移技术保留。总体思路是:在拟移动房屋的基础标高的位置设计、建造一条特殊的轨道,使拟移动房屋可以沿该轨道移动到新位置,该轨道被称为下轨道梁。再设计一列能在下轨道梁上移动的列车,该列车的底盘由上轨道梁构成。 上轨道梁与下轨道梁平面位置对应。上下轨道梁之间可以设置滑动装置或滚动装置,就成为列车的轮子。然后,将房屋结构与上轨道梁相连。连好后,在上轨道梁下部将房屋与原基础切断。此时,整个房屋就支承在上轨道梁上了,即整个房屋就放在列车的底盘上了。这时给“列车”一个动力(推或拉), “列车”就可载着整个房屋移动了。移到新基础位置,将房屋结构与新基础固定。至此,房屋的整体平移就完成了。

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上海民立中学整体平移

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河南林州千年古寺慈源寺的文昌阁在搬迁过程中

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上海音乐厅整体平移200米

这项技术主要包括:

1. 平移轨道的设置;

2. 建筑物的上部结构与原有基础的切断;

3. 牵引建筑物在轨道上移动;

4. 将建筑物固定在新基础上。根据建筑物整体平移的工程经验,所使用的方法也略有不同。

1 平移轨道的设置方法

建筑物整体平移过程是在平移轨道上进行的。轨道的构造通常有滑动机构和滚动机构2种。滑动机构的牵引过程比较稳,但目前尚未找到一种理想的强度高、硬度大、摩擦系数小的材料。滚动机构是由上轨道梁、下轨道梁及位于其间的许多个滚轴构成。

轨道梁在建筑物平移过程中承担着上部建筑物传来的恒载和活载(建筑物在平移时,2层以上可照常生活和工作)。因此,轨道梁的设计非常重要,其强度、刚度若出现问题,建筑物将会产生裂缝、破坏,甚至危及人身安全。

1.1 双梁式轨道梁做法

1. 挖去原基础两侧的填土,暴露全部基础;

2. 在原基础两侧底部各浇注1根钢筋混凝土梁(下轨道梁),在水平方向一直延伸到房屋新基础的位置;

3. 下轨道梁达到一定强度后,在梁上安装滚轴(直径50~100mm的钢棒);

4. 在安装好的滚轴上支模浇注2根钢筋混凝土梁(上轨道梁),把原基础夹持住。为使夹持牢固,浇注上轨道梁前,先将原基础沿轴线方向的两侧各切去10~20mm,以便与上轨道梁能够良好地连接。并在左右两侧上轨道梁之间每隔1~2m浇注1根钢筋混凝土联系梁,保证其整体刚度;

5. 待上、下轨道梁达到设计强度后,再在上、下轨道梁之间适当位置把房屋上部结构与原基础切断。至此,房屋的上部结构就脱离了原基,而支承在新浇注的上轨道梁上。施加动力,房屋即可移动。

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双梁式示意图

1.2 单梁式轨道梁做法

1. 挖土至基础底面;

2. 将柱的原独立基础表面凿毛,在独立基础之间浇注下轨道梁。下轨道梁底面坐落在坚硬土层或岩石层上,从而防止不均匀沉降。下轨道梁在水平方向一直延伸到房屋新基础的位置;

3. 下轨道梁达到一定强度后,在梁上安装滚轴;

4. 将柱根部四周剔凿露出主筋,在安装好的滚轴上绑筋、支模、浇注上轨道梁,上轨道梁的主筋夹住柱的主筋,浇注后,柱与上轨道梁连成一体;

5. 待上、下轨道梁达到设计强度后,再在上下轨道梁之间将柱与原基础切断。至此,房屋的上部结构就脱离了原基础,而支承在新浇注的上轨道梁上。

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单梁式示意图

2 建筑物的上部结构与原有基础的切断

上下轨道梁施工完毕,混凝土强度达到设计要求,即可切断框架柱与原有基础的连接。上下轨道间的间,隙仅为50~100mm(滚轴直径),给切断柱的施工带来困难。通常选用的方法有:

1. 钢筋混凝土钻石钢线切割机施工,可克服施工空间狭小的困难;

2. 用风镐破碎混凝土,用氧乙炔切割钢筋;

3. 用手锤、钢钎进行剔凿。

3 牵引建筑物在轨道上移动

3.1 牵引动力计算

牵引动力是指对房屋移动施加的外界力。总牵引动力由若干个牵引分力组成,即在与沿移动方向平行的每组上轨道梁上施加1个牵引分力。牵引设备可用机械手摇千斤顶、电动葫芦、卷扬机、液压千斤顶等。

牵引动力设计的基本要求是:施加在房屋各个轴线上的牵引分力须与房屋上部结构传给上轨道梁的重力成比例,以保证牵引力的合力通过房屋的重心,避免牵引过程中出现扭转。牵引力大小与建筑物荷重、行走机构材料等有关,其计算可按下列各式进行。

1. 各轨道所需牵引力T

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3.1.1 总牵引力N

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一般情况下,K=2.5~5.0;当轨道板与滚轴均为钢材时,K=2.5。

房屋由静到动或由动到静,都将产生一个加速度。该加速度会对房屋上部结构产生剪应力,导致房屋前后倾斜、摇摆。如该剪应力超过房屋的抗剪能力时,会导致房屋出现裂缝、甚至倾塌。因此加速度应严格控制在一定范围内,并采取有效措施,尽量减小。

采用油压千斤顶进行平移,当每分钟一个行程(200mm)时,前100mm为加速过程,后100mm为减速过程,如都按匀加速考虑,加速度应为:

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对建筑物来说,此加速度产生的剪应力是很小的,不会因此而出现裂缝。须格外注意牵引过程中的不均匀沉降,否则将导致建筑物开裂。

3.2 牵引的动力设备

牵引的动力设备可以放在房屋移动的前方,采用拉的方式;也可放在房屋移动的后方,采用推的方式。

3.2.1 动力设备位于房屋移动的后方

动力设备位于房屋移动的后方,用推力比较稳定,但房屋每移动一段距离,千斤顶就要重新安装,且要另浇注反力梁或安装反力柱。

如在某个5层框架结构整体平移项目中采用推力方式。选用的千斤顶顶程只有0.15m,因此必须设置压力支垫系统,每次推移千斤顶15cm后,就要回缩千斤顶增加1个支垫,使千斤顶重新具有推移15cm的能力。支垫系统由预制钢筋混凝土垫块和压杆稳定装置组成。垫块规格为200mm×200mm×(150、300、600、1200、2100mm),可组合成以150mm为进级的各种尺寸。压杆稳定装置由锚杆与压紧角钢组成。

3.2.2 动力设备位于房屋移动的前方

动力设备位于房屋移动的前方,用拉力的优点是千斤顶可以固定在一个现浇的反力梁上,无需反复移动。缺点是千斤顶到被移房屋间距离远,需用较长的钢拉杆或钢绞线。但钢拉杆或钢绞线受力后变形较大,应注意控制各钢拉杆或钢绞线的变形一致性。同时要注意锚具与钢拉杆或钢绞线锚固牢靠,任何千斤顶上的锚具打滑都将使拉力的合力与房屋的重心偏移。

4 建筑物与新基础的固定

上轨道梁高度通常在1200~1800mm,已满足柱内纵筋在基础中的锚固长度要求,上轨道梁已经相当于上部结构的基础,只不过此时的基础是坐落在滚轴上。为了保证整座房屋的稳定性和抗震性能,必须与新基础采取稳定可靠的连接。常用的连接方法有两种:

1. 滚轴保留在基础内部?在柱的上轨道梁上设有预埋件,房屋平移至新位置后,通过钢板与下轨道梁上的预埋件焊接连接:上、下轨道梁间的滚轴保留在内部,滚轴之间的孔隙用细石混凝土浇灌密实。这样既能保证上部结构与新基础连接在一起,同时在遇到地震作用时连接钢板的变形、滚轴与填充混凝土之间的挤压变形可以吸收一部分地震能量,从而减轻地震对上部结构的作用,达到减震的目的。

2. 取出滚轴再浇注混凝土,房屋移至新基础后,沿上轨道梁每隔一段距离(由设计确定位置及间隔长度)将滚轴取出,在上轨道梁与新基础之间浇注微膨胀混凝土。待此部分的混凝土强度达到设计要求,将其他区段的滚轴取出,再在上轨道梁与新基础之间浇注微膨胀混凝土。最后,回填土至地面,再对建筑物进行恢复性装修即可。

5 移动过程中的控制

建筑物移动阶段,控制重点应放在保证建筑物在移动期的安全方面,其手段主要有沉降观测和裂缝观察。对常见的矩形民用建筑来说,在涉及到本工程自东向西这种移动形式时,还要面临另外一个不利因素,即在向建筑物的纵轴方向移动时,建筑物墙体的承重方式由原横墙承重变为纵墙承重,同时建筑物本身对不均匀沉降的敏感性增大,以上两种因素综合作用易造成墙体开裂。所以,在建筑物移动阶段,主要控制重点应放在沉降观测和建筑物裂缝观察方面。

对于本工程,在建筑物平移路线的两侧建立用于沉降观测的高程控制网,在平移开始后的每天早、晚各作一次观测,及时发现建筑物在平移过程中可能产生的不均匀沉降,并采取相应措施。建筑物移动时应对以下阶段进行重点观测:地基承载力不均匀的区域,如旧房基与普通土共存区;永久地基和行走地基(由于两者不同的处理方法造成承载力差异)共存区。

建筑物移动的动力,通常是在建筑物前进方向上施加牵引力,在建筑物前进的后方加上顶推力。牵引千斤顶主要保证建筑物移动过程中前进的方向,顶推千斤顶主要是建筑物移动过程中所需加的动力。有关文献研究表明:建筑物整体平移所需的启动牵引力F随着建筑物自重的增大而增大,但并不成线性比例关系,其增加的速度大于自重增加的速度;启动牵引力F与滚轴直径的大小成反比关系,即牵引力F随滚轴直径的增大而成比例减小。移位过程中的牵引机构及行走基础如图5所示。

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6 移动后的控制

在建筑物的就位与新基础连接阶段,主要应保证建筑物最终准确定位和保证水平支撑系统与新位(永久)基础的连接。最终定位阶段应根据移动距离逐步缩短观测间隔,保证建筑物的定位满足施工要求。在进行基础与水平支撑系统连接时,注意混凝土垫块的放置间距和位置,保证混凝土浇注的密实度。

7 结语

1. 建筑物移位工程监测的重点是水平支撑系统结构布置、行走地基处理手段、移位过程中差异变形控制、新位地基处理及基础形式等技术环节。

2. 建筑物移位工程应重视对施工方案的技术经济分析,注重在方案的技术先进性和经济合理性之间取得平衡,这样才能取得较高的经济收益。

3. 水平支撑系统主要承受建筑物荷载,在行走阶段还要承受顶推和牵拉作用,应作为质量控制重点。

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