寶龍山礦井主井井塔整體平移施工技術(shù)

郝 明

（鐵法煤業(yè)集團(tuán)建設(shè)工程有限責(zé)任公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 工程概況

內(nèi)蒙古科爾沁左翼中旗寶龍山金田礦業(yè)有限公司寶龍山礦井主井井塔工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，塔身截面尺寸為13.0×13.0米（46.640米以下）、13.0×15.0米（46.640米以上），女兒墻頂面標(biāo)高60.140米。為縮短施工工期，主井井塔-3.3米以下基礎(chǔ)在原設(shè)計(jì)的位置施工，-3.3米以上井塔主體工程在主井設(shè)計(jì)位置的南側(cè)施工，主井井塔基礎(chǔ)和主井井塔主體在異地施工完成后，再將63.440米高的主井井塔直向平移25m至設(shè)計(jì)基礎(chǔ)位置連接好。

2 施工技術(shù)

2.1 荷載估算

根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式與荷載水平，采用建筑結(jié)構(gòu)PKPM軟件建模計(jì)算,得到框架柱傳到基礎(chǔ)上的荷載，做為設(shè)計(jì)依據(jù)。在平移過程中上部結(jié)構(gòu)沒有活荷載，所以可不計(jì)活載值。恒載分項(xiàng)系數(shù)1.2，計(jì)算得結(jié)構(gòu)總重5000t，單柱最大荷載180t，墻荷載70t/m。

2.2 柱托換技術(shù)

目前柱的托換方法有多種，如打洞穿鋼筋、植筋等，本工程出于盡量減少對結(jié)構(gòu)影響的考慮，采用混凝土抱柱梁式托換方法。

2.2.1 采用此方法優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）尺寸靈活不受限制，適用性廣，可以根據(jù)空間限制和托換力的大小確定尺寸；

（2）傳力明確，牢固，且質(zhì)量容易保證，其他托換方法對施工質(zhì)量的要求較高；傳力方向?yàn)椋褐е骸鲁至?gòu)件（柱下懸浮千斤頂或滑塊）；

（3）承受荷載的范圍大，且對原柱承載力沒有消弱。

2.2.2 托換過程

首先在澆筑柱抱柱梁及聯(lián)系梁體系，組成整體托換底盤。托換結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度后，安裝懸浮千斤頂和滑塊，切割柱及墻體。原來由柱承擔(dān)的荷載被托換至柱兩側(cè)的懸浮千斤頂和滑塊上，最后傳遞至地基基礎(chǔ)。傳力過程如下：

上部結(jié)構(gòu)荷載——托換梁——千斤頂——托換承臺(tái)——受力基礎(chǔ)。

2.3 臨時(shí)基礎(chǔ)及過渡段基礎(chǔ)的處理

本高聳結(jié)構(gòu)在平移過程中對不均勻沉降特別敏感，所以要嚴(yán)格控制地基的沉降，臨時(shí)基礎(chǔ)及過渡段基礎(chǔ)采用樁基。

2.4 平移軌道

本工程中的軌道梁可分為三部分：臨時(shí)基礎(chǔ)段、過渡段與永久基礎(chǔ)段。

2.5 限位裝置

為確保平移按設(shè)計(jì)循序推進(jìn)，頂推時(shí)必須設(shè)限位裝置。以達(dá)到有控制地逐步推進(jìn)。限位包括行進(jìn)方向和側(cè)向兩個(gè)方向。側(cè)向限位可由傾斜量控制。而行進(jìn)方向的限位則可用專門的限位裝置控制。限位裝置的作用，限制柱子在平移過程中出現(xiàn)側(cè)向的絕對位移，保證井塔沿推進(jìn)方向前進(jìn)。

2.6 頂推千斤頂?shù)倪x用

據(jù)初步計(jì)算，考慮不可預(yù)計(jì)因素，井塔平移可動(dòng)體的總重量取為5000t，啟動(dòng)摩擦系數(shù)為0.06，則所需總推力約為300t。選擇50t千斤頂提供頂推力，總共用12臺(tái)，可提供600t的總頂推力，完全能夠克服啟動(dòng)阻力。

2.7 頂推反力后背

由于本工程中井塔結(jié)構(gòu)自重較重，所以采用頂推方案。軌道梁端的反力后背座設(shè)置為混凝土反力支座，軌道梁中部的反力后背設(shè)置為可拆卸的型鋼反力支座。

2.8 豎向懸浮千斤頂水平調(diào)整及控制

上部井塔與下面臨時(shí)基礎(chǔ)完全脫離，原來由墻柱承擔(dān)的上部荷載轉(zhuǎn)移至下部滑動(dòng)支座及豎向懸浮千斤頂，由于不同位置的滑動(dòng)支座及懸浮千斤頂所承擔(dān)的荷載不同，會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉降，產(chǎn)生沉降差。采用液壓式懸浮千斤頂滑動(dòng)平移方式，可以在上部結(jié)構(gòu)行走過程中自動(dòng)調(diào)整滑動(dòng)支座高度及額定反力，使上部結(jié)構(gòu)保持水平道狀態(tài)。

2.9 平移同步控制措施

同步移動(dòng)控制是成功平移和準(zhǔn)確就位的關(guān)鍵，采用 PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)實(shí)施平移，該系統(tǒng)可精確實(shí)現(xiàn)平移同步性，確保平移過程中原結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)過大的附加應(yīng)力，為平移工程的順利完成提供了保障。系統(tǒng)精度為≤±2mm。

自動(dòng)控制液壓同步系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)（油泵、油缸等）、檢測傳感器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。液壓系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，可以全自動(dòng)完成同步位移，實(shí)現(xiàn)力和位移控制、操作閉鎖、過程顯示、故障報(bào)警等多種功能。

3 監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測目的

建（構(gòu)）筑物整體平移技術(shù)作為一種建筑新技術(shù)，其中一些施工步驟可能對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響。在施工過程中，還可能出現(xiàn)一些不可預(yù)見的因素對施工產(chǎn)生影響，為此，施工中采用現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證結(jié)構(gòu)安全和平移工程的順利進(jìn)行。此外，對于整體平移改造后的建筑物目前尚缺乏竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)可作為整體平移改造工程科學(xué)驗(yàn)收的依據(jù)。對于井塔整體平移工程來說，建筑物高度高，底面面積小，因此進(jìn)行全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控是十分必要的。

3.2 主要監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)整體平移全過程中可能影響結(jié)構(gòu)安全的施工步驟的分析，確定監(jiān)測內(nèi)容為：

（1）沉降觀測：包括柱切割階段、平移階段、墊塊安裝完成階段、就位連接階段。

（2）井塔傾角測試：包括柱切割階段、平移階段、墊塊安裝完成階段、就位連接階段。

（3）平移位移監(jiān)測。

（4）關(guān)鍵部位裂縫觀測：包括柱切割階段、平移階段。

3.3 監(jiān)測方法與測點(diǎn)布置

井塔整體姿態(tài)監(jiān)測主要是包括傾斜測量、各部位行進(jìn)位移監(jiān)測，測點(diǎn)主要布置在井塔的墻角和外立面凸線條上以利于觀測，測定其傾斜、偏轉(zhuǎn)情況和同步位移情況，測量時(shí)每個(gè)墻角測定其兩個(gè)方向的分量，防止其發(fā)生傾斜倒塌和整體偏轉(zhuǎn)。監(jiān)測點(diǎn)采用反射片標(biāo)志，便于使用電子全站儀測量。每次觀測的測站點(diǎn)位置與建筑物相對固定，設(shè)置點(diǎn)位時(shí)考慮觀測視線與反射片的角度。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場通視情況，觀測點(diǎn)的設(shè)置高度盡可能考慮一致。

3.3.1 沉降觀測；包括柱切割階段、平移階段、墊塊安裝完成階段、就位連接階段。

測試方法：采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀測試。

測點(diǎn)布置：每柱測試，每個(gè)階段1次。

3.3.2 井塔傾角測試；包括柱切割階段、平移階段、墊塊安裝完成階段、就位連接階段。

測試方法：設(shè)置光柵尺、百分表。

測點(diǎn)布置：二、三層中心點(diǎn)布置縱橫向傾角儀各1個(gè)。柱切割、每個(gè)行程測試1次。

3.3.3 平移位移監(jiān)測；

測試方法：采用標(biāo)尺和百分表結(jié)合測試方法。每柱設(shè)標(biāo)尺1個(gè)，進(jìn)行位移控制。關(guān)鍵部位柱平移位移采用電子百分表進(jìn)行監(jiān)測。

測點(diǎn)布置：每柱設(shè)鋼尺測點(diǎn)1個(gè)。

3.3.4 關(guān)鍵部位裂縫觀測；包括柱切割階段、平移階段、就位連接階段。

測試方法：人工觀測。

測點(diǎn)布置：托換體系、門窗洞口部位的墻體。具體測點(diǎn)設(shè)置需根據(jù)現(xiàn)場條件確定。

3.4 平移過程中的變形監(jiān)測

地基不均勻沉降及液壓千斤頂?shù)牟痪鶆驎?huì)造成托換梁的變形，這種變形使上部結(jié)構(gòu)相鄰豎向構(gòu)件間產(chǎn)生沉降差，沉降差可能引起部分結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂破壞，在平移過程中須對此類有害變形設(shè)置測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，保證PLC系統(tǒng)平移施工過程中的有效控制及反饋。考慮到作業(yè)環(huán)境，監(jiān)測點(diǎn)統(tǒng)一設(shè)置在一層混凝土柱上，測站位置設(shè)置在井塔內(nèi)部，需保證視線通透，具體測點(diǎn)及測站位置視現(xiàn)場條件確定。

3.5 測試進(jìn)程

3.5.1 沉降監(jiān)測：一周三次。

3.5.2 裂縫監(jiān)測：重點(diǎn)施工期間，一周三次，如截柱、平移及就位；其它時(shí)間，一周二次；

3.5.3 井塔整體姿態(tài)監(jiān)測：在施工托換梁后，平移到位后各監(jiān)測一次，同時(shí)現(xiàn)場的沉降和裂縫值出現(xiàn)異?；虻竭_(dá)報(bào)警值也要對姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

4 平移就位后連接

移位時(shí)已將上部結(jié)構(gòu)與原有基礎(chǔ)分離，移位后如何使上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)重新連接，以保證建筑物具有良好的整體性能和抗震性能是整體移位中的一個(gè)關(guān)鍵問題。主井井塔為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，由于荷載主要由框架柱及剪力墻承擔(dān)，框架柱及剪力墻鋼筋應(yīng)與下部結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行可靠焊接。當(dāng)上述要求無法滿足現(xiàn)行國家有關(guān)規(guī)范或規(guī)程要求時(shí)，應(yīng)對其進(jìn)行加固處理。為了不降低原建筑物的抗震能力，在本平移工程中采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)法，且在原設(shè)計(jì)鋼筋基礎(chǔ)上增加25%的鋼筋。

4.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)就位連接

擴(kuò)大基礎(chǔ)就位連接方法是一種常規(guī)的就位連接方法，做法是直接將柱底鋼筋和新基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋鋼筋焊接，然后澆筑混凝土的連接方法。此時(shí)實(shí)際的基礎(chǔ)包括新基礎(chǔ)和就位連接節(jié)點(diǎn)以及與之相連的部分上托架，相當(dāng)于將基礎(chǔ)擴(kuò)大了，因此稱為擴(kuò)大基礎(chǔ)法。

4.2 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

原立柱的新老砼結(jié)合部分采用表面鑿毛，以便于新老砼的連接。砼拆除后，須用水清洗，不得留有灰塵及雜物。鑿毛深度0.5-1cm。，用沖水沖洗露出的石子原表面，消除表面上松動(dòng)的砂石和軟弱的混凝土層，且應(yīng)充分潤濕，潤濕時(shí)間不宜少于 24h，殘留在混凝土表面的積水應(yīng)消除。連接混凝土采用比柱混凝土高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹混凝土,在砼澆筑過程中應(yīng)緩慢放料,并分層澆搗密實(shí)。每隔30cm左右為一層,振動(dòng)棒振動(dòng)中應(yīng)采用快插慢拔使氣泡充分逸出，為使砼上下層交接完整，振動(dòng)棒須插入下層砼面10cm，混凝土灌注完畢后，頂面砼應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高2－5cm，以確保密實(shí)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.2-0.5MPa后，方可脫模，脫膜后采用塑料薄膜包裹。新澆筑砼終凝后開始澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少延續(xù)14天。

5 結(jié)束語

高63.440米的寶龍山礦井主井井塔的成功平移，是到目前為止國內(nèi)平移最高的建筑物。主井井塔的成功平移使寶龍山煤礦提前一年投產(chǎn)，為寶龍山煤礦創(chuàng)造了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］編委會(huì).建筑施工手冊（第五版）［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］編委會(huì).現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

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［7］李鳳臣，楊鷗，田石柱，張麗娜.基于多尺度法索-橋耦合非線性動(dòng)力響應(yīng)分析［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，29（5）：816-822.