某3800噸觀音大佛整體迫降35m工程設(shè)計(jì)方法分析

彭濤，馬賢勝，衛(wèi)海

（江蘇鴻基節(jié)能新技術(shù)股份有限公司，江蘇 南京 210019）

0 前言

建筑物迫降技術(shù)是改變建筑物標(biāo)高的一項(xiàng)專門的建筑技術(shù)，屬于建筑物移位技術(shù)的一個(gè)分支，近年來由于工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展和既有建筑物功能和性能要求的不斷提高，建筑物迫降技術(shù)[1]在建筑物糾偏等方面得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

根據(jù)國務(wù)院相關(guān)規(guī)定，2015年后新建的室外宗教標(biāo)志性構(gòu)筑物不得超過10m。由于現(xiàn)有山西省某風(fēng)景區(qū)觀音大佛的總高度39.91m，遠(yuǎn)超過了規(guī)定限值，因此需要進(jìn)行整改或者拆除。現(xiàn)將觀音大佛原位保護(hù)，整體迫降35m。

1 概述

圖1 觀音大佛實(shí)景圖一

圖2 觀音大佛實(shí)景圖二

1.1 工程概況

觀音大佛佛像高度26.1m，蓮花寶座高度13.85m，大佛本體加蓮花底座總高度大約為39.91m，山下地平面至佛像頂部108m，總重量3800t，于2012年開工建設(shè)并建成?，F(xiàn)由于政策變化，應(yīng)業(yè)主要求，整體佛像下沉35m；觀音大佛佛像基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，原樁采用人工挖孔灌注樁，直徑D=800mm，樁長15m，為摩擦端承樁，樁端持力層為②層粉土層，筏板基礎(chǔ)厚度1m，蓮花底座為剪力墻結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)采用錨桿靜壓樁進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)換，荷載轉(zhuǎn)換完成后，破除原樁基礎(chǔ)，利用錨桿靜壓樁及自動(dòng)控制迫降系統(tǒng)進(jìn)行迫降。

1.2 地質(zhì)情況

第①層，雜填土(Q42ml)，本場(chǎng)地內(nèi)除個(gè)別零星地段缺失外，基本均有分布，厚度變化不大，層厚0.50m～1.30m，平均厚度0.90m，層底深度0.50m～1.30m，層底標(biāo)高863.91m～864.70m。褐黃等雜色，稍濕，松散，物質(zhì)成分以粉土為主，含碎磚等建筑垃圾，土質(zhì)不均。呈中等～高壓縮性。

第②層，粉土(Q3pl)，本場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度變化不大，層厚22.40m～23.50m，平均厚度23.10m，層底深度23.40m～24.20m，層底標(biāo)高841.03m～841.82m。褐黃色，稍濕，稍密～中密，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，土質(zhì)較均一，含云母碎片、零星鈣質(zhì)結(jié)核。飽和狀態(tài)下?lián)u振反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低。

第③層粉質(zhì)粘土(Q2pl)，本場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度變化不大，層厚4.30m～5.90m，平均厚度5.00m，層底深度28.30m～29.30m，層底標(biāo)高835.90m～836.91m。紅褐色，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含少量鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲。飽和狀態(tài)下?lián)u振無反應(yīng)，切面較光滑，干強(qiáng)度高，韌性中等。

第④層，粉土(Q2pl)，本場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度變化不大，層厚4.30m～5.30m，平均厚度4.80m，層底深度32.80m～34.60m，層底標(biāo)高830.60m～832.43m。褐黃色，濕，中密，土質(zhì)較均一，含云母碎片。飽和狀態(tài)下?lián)u振反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.30 MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值126.18MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)15～18擊。

第⑤層粉質(zhì)粘土（Q2pl），本場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度變化較大，層厚2.70m～4.50m，平均厚度3.70m，層底深度37.00m～37.50m，層底標(biāo)高827.82m～828.21m。紅褐色，可塑狀態(tài)，含零星鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲。飽和狀態(tài)下?lián)u振無反應(yīng)，切面較光滑，干強(qiáng)度高，韌性中等。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.31 MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值99.58MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)19～20擊。

第⑥層，粉土(Q2pl)，本場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度變化不大，層厚7.00m～9.00m，平均厚度7.70m，層底深度44.30m～46.30m，層底標(biāo)高818.93m～820.91m。褐黃色，濕，密實(shí)，土質(zhì)較均一，含云母碎片。飽和狀態(tài)下?lián)u振反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.32MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值119.84MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)20～27擊。

第⑦層粉質(zhì)粘土（Q2pl)，本場(chǎng)地內(nèi)均有分布，厚度變化不大，層厚8.00m～11.10m，平均厚度10.00m，層底深度54.30m～55.60m，層底標(biāo)高809.72m～810.93m。紅褐色，可塑～硬塑狀態(tài)，含少量鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲。飽和狀態(tài)下?lián)u振無反應(yīng)，切面較光滑，干強(qiáng)度高，韌性中等。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.28MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值91.30MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)24～34擊。

2 迫降設(shè)計(jì)

2.1 錨桿靜壓樁設(shè)計(jì)

迫降施工是本工程的重點(diǎn)工作內(nèi)容，先開挖3m土方，提供施工操作面，錨桿靜壓樁施工完成提供上部荷載的托換樁。通過托換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行荷載的托換。

原筏板底采用的人工挖孔樁深度15m，構(gòu)筑物需要迫降35m，迫降深度遠(yuǎn)大于原樁深度，在迫降過程中需要破除原樁，本設(shè)計(jì)采用的是錨桿靜壓樁進(jìn)行荷載的托換，錨桿靜壓樁施工是利用構(gòu)筑物本身的自重進(jìn)行靜力壓樁。

圖3 錨桿靜壓樁示意圖

樁身截面尺寸：φ402x14mm直縫焊管或高頻直縫管(Q345b)。

根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值[2][3]，按下式估算：

式中：qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

單樁豎向承載力特征值Ra應(yīng)按下式確定：

式中：

Quk——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

k——安全系數(shù)，取k=2。

承載力特征值取整為1800kN。

構(gòu)筑物總重量為3800t；下部由32根φ402×14鋼管樁45長度，每個(gè)樁平均承擔(dān)荷載3800/32=119t/根；滿足承載力要求。

圖4 新增錨桿靜壓樁示意圖

設(shè)計(jì)單樁樁頂壓樁力Ra=3600kN，正常狀態(tài)下單樁豎向承載力特征值Ra=1800kN（有效樁長45m），樁端持力層7層粉質(zhì)黏土層，終壓樁力≥3600kN；由于地質(zhì)土層較好，臨時(shí)支撐樁既要達(dá)到相應(yīng)的承載力，承受上部佛像重量及荷載，又要能夠滿足迫降35m深度的要求，因此壓樁由樁長和壓樁力雙控。

2.2 迫降節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

迫降上節(jié)點(diǎn)采用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，鋼節(jié)點(diǎn)的承載力[4]為R=3600kN，下部連接千斤頂或迫降小車等迫降設(shè)備，迫降設(shè)備下部設(shè)置迫降墊塊，墊塊支撐在鋼管樁上。通過多級(jí)托換迫降的方式進(jìn)行迫降。

為保證迫降過程的安全性，迫降設(shè)備的承載力設(shè)置3倍安全系數(shù)，同時(shí)設(shè)置了另外兩道保護(hù)措施；第一道保護(hù)措施：所有的迫降設(shè)備都有液壓鎖裝置，保證液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者開挖過程中油管破損等情況都能保證每個(gè)迫降設(shè)備自動(dòng)鎖死，保證迫降過程的安全性；第二道保護(hù)措施：在迫降設(shè)備活塞邊側(cè)放置鋼板小墊塊保證迫降過程中的剛性支撐。

圖5 迫降托換示意圖

圖6 迫降節(jié)點(diǎn)示意圖

圖7 迫降節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片

2.3 迫降過程設(shè)計(jì)

迫降設(shè)備每次的行程為200mm，下部大墊塊每塊厚度為200mm，在千斤頂?shù)膬?nèi)部有保護(hù)性小墊塊，小墊塊的厚度為20mm每塊，總共10塊；在迫降過程中，每次行程20mm，每迫降一次同時(shí)抽掉一塊小墊塊。每次迫降完成200mm后，逐步抽掉一個(gè)大墊塊，每次最多同時(shí)抽掉對(duì)稱位置的兩個(gè)托換樁上的大墊塊。同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的荷載值；再進(jìn)行逐個(gè)的抽換，直至全部完成抽換任務(wù)，再進(jìn)行下一步的迫降行程。完成1m迫降后，進(jìn)行挖土和破樁工作，再進(jìn)行下一次的迫降工作。重復(fù)每次的迫降，直至迫降到設(shè)計(jì)深度。

圖8 迫降過程中照片

迫降過程中需要對(duì)整個(gè)構(gòu)筑物進(jìn)行傾斜率和迫降差值的實(shí)時(shí)監(jiān)控，要求如下表。

監(jiān)測(cè)情況及預(yù)警措施

2.4 迫降到位后對(duì)接

迫降到位后，逐個(gè)撤出全部設(shè)備，采用回填混凝土的方式進(jìn)行回填。

3 結(jié)論

本文以觀音大佛構(gòu)筑物為例進(jìn)行迫降工程的設(shè)計(jì)，從托換錨桿靜壓樁、托換節(jié)點(diǎn)以及迫降過程等方面做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。其主要結(jié)論如下：

①錨桿靜壓樁既要滿足上部構(gòu)筑物重量等荷載的相關(guān)承載力要求，并且達(dá)到迫降深度后剩余樁承載力仍能滿足相關(guān)承載力要求，同時(shí)也要滿足迫降深度的要求，因此錨桿靜壓樁的設(shè)計(jì)必須以壓樁力和樁長雙控；

圖9 迫降到位后照片

圖10 迫降到位對(duì)接示意圖

②托換節(jié)點(diǎn)采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，既要滿足迫降承載力要求，也要滿足托換施工的便利性，為充分考慮迫降過程的風(fēng)險(xiǎn)，托換節(jié)點(diǎn)的承載力滿足3倍安全系數(shù)；

③為保證迫降過程的安全性，設(shè)置了兩道保護(hù)措施，一是所有迫降設(shè)備設(shè)置液壓鎖裝置，二是在迫降設(shè)備活塞一側(cè)放置鋼板小墊塊保證迫降過程中出現(xiàn)意外時(shí)，提供臨時(shí)保護(hù)剛性支撐；

④本項(xiàng)目在迫降構(gòu)筑物的深度、迫降構(gòu)筑物的重量等多個(gè)方面創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄。