同步頂升技術(shù)在復(fù)雜建筑物豎向移位中的運(yùn)用

魯海濤,王春盈,滕文川,曹福明

(甘肅土木工程科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020)

同步頂升技術(shù)在復(fù)雜建筑物豎向移位中的運(yùn)用

魯海濤,王春盈,滕文川,曹福明

(甘肅土木工程科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020)

以蘭州市雁灘公園水榭及長廊整體頂升工程實(shí)例為研究背景，通過分析雁灘公園水榭及長廊整體各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，確定頂升設(shè)計(jì)與施工方案。結(jié)合對(duì)頂升過程中結(jié)構(gòu)沉降與水平位移監(jiān)測分析，確定按照建筑物各點(diǎn)的實(shí)際荷重，采用人工控制頂升量，可以安全平穩(wěn)地頂舉建筑物。

同步頂升；移位；人工控制；結(jié)構(gòu)分區(qū)

0 引言

同步頂升（移位）控制技術(shù)，最早源于大型設(shè)備與建筑物移位（頂升、平移），在國外最早開始于20世紀(jì)的20年代，尤其在歐美國家應(yīng)用較多。大型建（構(gòu)）筑物同步頂升（平移）控制技術(shù)在國外應(yīng)用很多，如法國米勞大橋的建造、希臘雅典的奧林匹克體育場的懸浮屋頂?shù)取?/p>

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，城市規(guī)劃與老建（構(gòu)）筑物保留這一矛盾成為目前城市建設(shè)面臨的難題之一。建（構(gòu)）筑物同步頂升（移位）技術(shù)可成功地解決這一矛盾。采用該技術(shù)完好無損地將優(yōu)秀建（構(gòu)）筑物保存下來，在保持建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)性能和使用功能不變的情況下，使整個(gè)地塊的規(guī)劃布局更科學(xué)合理，從而使經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提升[1]。近年來，我國建（構(gòu)）筑物頂升（移位）的工程越來越多，同步頂升控制技術(shù)已引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，并將對(duì)全國的城市建設(shè)及老建（構(gòu)）筑物保護(hù)起到積極的作用[2、3]。我國建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建（構(gòu)）筑物移位工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 239-2011）的發(fā)布實(shí)施，為建筑物移位工程的設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收等提出規(guī)范與依據(jù)。

本文以蘭州市雁灘公園水榭及長廊的同步頂升為例，介紹了同步頂升（移位）技術(shù)在復(fù)雜建（構(gòu)）筑物移位中的運(yùn)用。

1 項(xiàng)目概況

蘭州市雁灘公園水榭及長廊建成于2003年，該建筑由甘肅省建工設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，建筑型式為明清蘭州風(fēng)格仿古建筑。水榭由二層軒、重檐四角亭、單層軒、連廊及引橋組成，二層軒總高11.20 m2，水榭總建筑面積921 m2。該建筑主體部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部瓦屋面采用木結(jié)構(gòu)，圍護(hù)部分為輕質(zhì)加氣混凝土砌塊，部分古建筑裝飾構(gòu)件及門窗采用木材制作。該建筑結(jié)構(gòu)使用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基底持力層為卵石層。具體全貌圖和基礎(chǔ)平面圖如圖1和圖2所示。

圖1 蘭州市雁灘公園水榭及長廊全貌圖

圖2 蘭州市雁灘公園水榭及長廊基礎(chǔ)平面圖（單位：mm）

2012 年蘭州市雁灘公園改造工程擬提升人工湖的蓄水標(biāo)高至1 510.5 m，原水榭及長廊的室內(nèi)地坪標(biāo)高±0.000為1 510.2 m，水榭高度不能滿足提升人工湖蓄水標(biāo)高的要求。根據(jù)以往類似工程的估算，本項(xiàng)目拆除重建費(fèi)用遠(yuǎn)高于將建（構(gòu)）筑物頂升的費(fèi)用，且目前臨水水榭使用才10年左右，距設(shè)計(jì)使用壽命50年還有很長時(shí)間，在這種前提下將其拆除重建，不僅造成經(jīng)濟(jì)上的巨大浪費(fèi)，也同時(shí)對(duì)環(huán)境、土地、能源等方面造成嚴(yán)重的破壞。因此擬對(duì)雁灘公園水榭及長廊整體同步頂升0.8 m，以保證建（構(gòu)）筑物的正常使用。

1.1 巖土工程概況

蘭州市雁灘公園水榭及長廊建筑場地地層自上而下依次為淤泥質(zhì)粉土、卵石、砂泥巖層，以卵石層作為建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)持力層，卵石層厚度大于4 m，其下為第三系砂泥巖，厚度數(shù)百米。卵石層地基承載力特征值fak=500 kPa，場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)其它不良地質(zhì)現(xiàn)象。

場地內(nèi)的地下水屬潛水型，穩(wěn)定地下水位埋深0.32～0.74 m，地下水位標(biāo)高介于1 507.08～1 507.65 m之間，地下水年變化幅度不大。地下水流向自西向東。

1.2 結(jié)構(gòu)概況

蘭州市雁灘公園水榭及長廊已使用10年，可能存在材料老化、鋼筋銹蝕、構(gòu)件開裂等，因此有必要對(duì)其主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性檢測和鑒定。檢測鑒定結(jié)果如下：

（1）原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度為C30，現(xiàn)場實(shí)測基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度33.6～45.9 MPa，均大于C30，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）現(xiàn)場實(shí)測建筑物基礎(chǔ)進(jìn)入卵石層深度均大于300 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）±0.000以下梁混凝土強(qiáng)度為C30，現(xiàn)場實(shí)測梁混凝土強(qiáng)度30.4～38.0 MPa，均大于C30，滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）原設(shè)計(jì)±0.000以下柱混凝土強(qiáng)度為C30，現(xiàn)場實(shí)測柱混凝土強(qiáng)度30.4～42.4MPa，均大于C30，滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）現(xiàn)場對(duì)±0.000以下的柱進(jìn)行混凝土碳化深度測定，在原蓄水面以下的柱基礎(chǔ)碳化深度為1.0～2.5 mm，水面以上的柱及梁碳化深度為5.0～8.0 mm。原柱的防腐措施部分老化，梁未發(fā)現(xiàn)抹灰層亦未采取任何防腐措施，板的油氈防腐基本完好，建議在頂升時(shí)對(duì)±0.000以下梁及蓄水面以上的柱采取防腐處理。

（6）現(xiàn)場實(shí)測±0.000以下框架梁、柱配筋滿足設(shè)計(jì)要求。

（7）通過調(diào)查，該建筑框架梁、柱材料強(qiáng)度及截面尺寸均滿足設(shè)計(jì)要求。建筑平、立面布置基本規(guī)整，梁柱節(jié)點(diǎn)整體性良好，抗側(cè)力構(gòu)件豎向連續(xù)性較好，結(jié)構(gòu)選型、布置及構(gòu)造基本合理，樓板整體性較好。主體結(jié)構(gòu)框架梁、板、柱均未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)裂縫。

經(jīng)檢測，結(jié)構(gòu)±0.000以下梁、柱混凝土強(qiáng)度、配筋均符合設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)強(qiáng)度基本滿足設(shè)計(jì)要求。該建筑主體結(jié)構(gòu)框架梁、柱混凝土強(qiáng)度較高，梁柱節(jié)點(diǎn)整體性良好，抗側(cè)力構(gòu)件豎向連續(xù)性較好，結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造合理，具備同步頂升條件。具體結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算值如圖3所示。

圖3 結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算值（單位：kN）

2 頂升設(shè)計(jì)方案

2.1 結(jié)構(gòu)分區(qū)

雁灘公園臨水水榭結(jié)構(gòu)由二層軒、重檐四角亭、單層軒、連廊組成，長度為59.1 m，共布置54個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)，為整體結(jié)構(gòu)，未設(shè)置變形縫或伸縮縫；另有兩座引橋分別與重檐四角亭、單層軒相連，與上述結(jié)構(gòu)斷開，分別有1個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)。若同時(shí)頂升，由于結(jié)構(gòu)剛度較弱，各部分荷載差異較大等原因，施工控制難度較大，頂升時(shí)不易控制同步頂升量。因此將原結(jié)構(gòu)斷開后分區(qū)進(jìn)行頂升。分為5個(gè)部分進(jìn)行頂升，第一區(qū)為二層軒，第二區(qū)為單層軒及連廊，第三區(qū)為重檐四角亭及連廊，第四區(qū)為東引橋，第五區(qū)為西引橋。頂升次序?yàn)榈谝粎^(qū)、第二區(qū)、第三區(qū)、第四區(qū)和第五區(qū)依次頂升。頂升區(qū)域劃分為5個(gè)，每區(qū)分六次頂升，第一至五次頂升量均為150 mm，第六次頂升量為50 mm。頂升分區(qū)平面圖如圖4所示。

2.2 結(jié)構(gòu)斷開及防護(hù)

在施工過程中按施工方案中劃分的區(qū)段，逐個(gè)將原結(jié)構(gòu)±0.000部位的梁板距中跨1/3處斷開，并做好該部位的整體支護(hù)和相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案中Φ159 mm鋼管支護(hù)，在±0.000結(jié)構(gòu)處斷開梁底安放頂升千斤頂。+2.700處按施工方案中的斷開點(diǎn)進(jìn)行人工剔除該部位混凝土，并對(duì)斷開后形成的懸挑梁進(jìn)行Φ159 mm鋼管支護(hù)和水平鋼管加固，將原結(jié)構(gòu)頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將梁板按原設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接。現(xiàn)場斷面施工如圖5～6所示。

圖4 頂升分區(qū)平面示意圖

圖5 現(xiàn)場結(jié)構(gòu)斷開圖

圖6 斷開結(jié)構(gòu)的恢復(fù)

2.3 頂升方案

沿基礎(chǔ)兩側(cè)開挖導(dǎo)坑至基底以下，在基礎(chǔ)下方對(duì)稱布置4臺(tái)千斤頂，進(jìn)行逐級(jí)頂升，頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，直接在基底澆注混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30后，拆除千斤頂，用混凝土將開挖導(dǎo)坑回填。頂升示意圖如圖7。

圖7 基底兩側(cè)頂升示意圖

3 頂升施工過程

3.1 頂升工藝流程

頂升工藝流程如下：基礎(chǔ)開挖→安放千斤頂→試頂→頂升→基礎(chǔ)處理→導(dǎo)坑處理。

本工程頂升施工采用從基礎(chǔ)底面逐級(jí)頂升的施工方案，將56個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)劃分5個(gè)分區(qū)，每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)下對(duì)稱布置4臺(tái)螺旋千斤頂，過程如圖8所示。在正式頂升前先進(jìn)行試頂，試頂參數(shù)見下表1。

圖8 建筑物頂升過程

表1 試頂參數(shù)表

在頂升過程中須嚴(yán)格控制頂升速度及頂升量，頂升速度不得大于10 mm/min，以保證同步頂升。

3.2 施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)

建筑物整體頂升是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，每個(gè)部分的協(xié)調(diào)與配合及其重要，必須保證每個(gè)部分頂升同步[2～5]。

該工程共布置56個(gè)頂升支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)設(shè)于基礎(chǔ)正下方。頂升千斤頂統(tǒng)一采用32 t手動(dòng)螺旋千斤頂，最大行程18 cm，安放偏差不得大于20 mm。千斤頂與原基礎(chǔ)接觸面必須剔除原有混凝土墊層，且將混凝土接觸面打磨平整，保證千斤頂頂部鋼板與原基礎(chǔ)嚴(yán)密接觸、受力均勻。計(jì)劃頂升總量為800 mm，分6次頂升，第一至五次頂升量均為150 mm，第六次頂升量為50 mm。

頂升托換采用300 mm×300 mm×150 mm預(yù)制混凝土墊塊，墊塊上下兩側(cè)預(yù)埋 300 mm× 300 mm×4 mm鋼板。

頂升托換分次進(jìn)行，共進(jìn)行5次托換，每次托換完成后采用點(diǎn)焊方式將混凝土墊塊連接。

在達(dá)到設(shè)計(jì)頂升量后，基礎(chǔ)采用增大截面法處理，并對(duì)±0.000以下梁及蓄水面以上的柱采取防腐措施。

3.3 頂升階段的結(jié)構(gòu)變形及構(gòu)件內(nèi)力監(jiān)測

由于建筑物的頂升是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，風(fēng)險(xiǎn)較大，在整個(gè)頂升過程中要對(duì)建筑物進(jìn)行沉降、傾斜及內(nèi)力的監(jiān)測，并通過信息化施工手段，監(jiān)控頂升過程，改進(jìn)頂升工藝，確保頂升安全。影響頂升各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的因素較多，如建筑上部結(jié)構(gòu)荷載的分布情況、各千斤頂?shù)男阅懿町愐约疤鞖庖蛩兀L(fēng)壓）等都是影響頂升各項(xiàng)參數(shù)確定的重要因素[6、7]。因此整體頂升過程中必須始終根據(jù)頂升過程中建筑各部位的頂升累計(jì)量、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、傾斜監(jiān)測、建筑的水平位移監(jiān)測等監(jiān)測結(jié)果來綜合調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)并改進(jìn)頂升工藝，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測來指導(dǎo)頂升信息化施工，預(yù)防安全事故的發(fā)生，做到安全可靠的完成頂升工作。

3.4 監(jiān)測點(diǎn)布置

為實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)頂升過程，內(nèi)力監(jiān)測點(diǎn)布置在對(duì)位移變化較為敏感或結(jié)構(gòu)薄弱位置。共布置位移觀測點(diǎn)57個(gè)，采用固定棱鏡進(jìn)行結(jié)構(gòu)在頂升時(shí)的位移觀測；位移觀測點(diǎn)布置在基礎(chǔ)頂部，水平位移觀測點(diǎn)一區(qū)布置6點(diǎn)，二區(qū)布置3點(diǎn)，三區(qū)布置3點(diǎn)。沉降位移觀測點(diǎn)一區(qū)布置18點(diǎn)，二區(qū)布置15點(diǎn)，三區(qū)布置12點(diǎn)。布置監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)3個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)坐落于穩(wěn)定的卵石層上。頂升過程中，嚴(yán)密監(jiān)控每根柱子的頂升量，相鄰柱子頂升量相差不得大于1 mm，累計(jì)頂升量偏差與設(shè)計(jì)頂升量相差不得大于2 mm。頂升量監(jiān)測采用自動(dòng)化測量裝置，監(jiān)測精度為0.5 mm。具體位置如圖9、10所示。

圖9 沉降監(jiān)測點(diǎn)布置圖

圖10 水平位移監(jiān)測點(diǎn)布置圖

千斤頂每頂升5 mm，需進(jìn)行一次觀測，待觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，方可進(jìn)行下一次頂升。每次觀測數(shù)據(jù)需進(jìn)行記錄，記錄應(yīng)注明觀測開始時(shí)間、累計(jì)頂升高度、千斤頂壓力、次觀測值、定觀測值及測值穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間。表2～表5列出了幾個(gè)代表性點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。圖11～13分別是表2～4中數(shù)值的差值曲線圖，圖14為表5的曲線圖。

表2 一區(qū)沉降觀測表 mm

表3 二區(qū)沉降觀測表 mm

表4 三區(qū)沉降觀測表 mm

表5 水平位移觀測表 mm

圖11 一區(qū)沉降曲線圖

圖12 二區(qū)沉降曲線圖

圖13 三區(qū)沉降曲線圖

圖14 水平位移曲線圖

從圖11～13可以看出，頂升過程中，每個(gè)點(diǎn)的沉降差相差不大，其最大值為3.1 mm，從圖14中可以看出，每點(diǎn)的最大水平位移為0.6 mm，說明建筑物在同步頂升過程中各部分上升同步，結(jié)果安全。

3.5 監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，整個(gè)建筑物在頂升過程中基本實(shí)現(xiàn)了同步，最終整體頂升總量806 mm，經(jīng)檢測，該建筑物通過頂升后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，各項(xiàng)應(yīng)力值均未達(dá)到極限狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

圖15 建筑物頂升完成全貌圖

4 結(jié)論

以蘭州市雁灘公園臨水水榭及長廊頂升工程為例，將建（構(gòu)）筑物同步頂升技術(shù)運(yùn)用到工程實(shí)際中，對(duì)今后類似工程的實(shí)施具有指導(dǎo)意義。

（1）由于建筑物面積較大，為保證施工過程安全，把建筑物斷開分成六個(gè)部分。在整個(gè)頂升過程中，建筑物整體頂升過程安全，各部分誤差較小。

（2）建筑物整體頂升是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，每個(gè)部分的協(xié)調(diào)與配合及其重要，在頂升過程中，要保證同步平穩(wěn)地頂舉建筑物，使頂升過程中建筑物的內(nèi)應(yīng)力下降到最低，并使頂升過程中由于建筑物重量分布不均而造成的基礎(chǔ)沉降大部分得到抵消。

（3）本項(xiàng)目為同步頂升技術(shù)在復(fù)雜建（構(gòu)）筑物移位工程中的運(yùn)用起到帶頭作用，為建（構(gòu)）筑物移位、地基加固領(lǐng)域的全面發(fā)展起到啟示作用和示范作用，為促進(jìn)病害建筑診治走向大眾化、全面化和普遍化起到了積極的作用。該項(xiàng)目技術(shù)成果具有資源節(jié)約、對(duì)施工場地?zé)o污染、節(jié)約成本等優(yōu)勢。

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TU745.4

B

1009-7716（2017）08-0137-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.042

2017-05-18

魯海濤 (1968-)，男，甘肅永登人，注冊巖土工程師，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察、檢測、監(jiān)測等工作。