某酒店建筑群車載移位工程關(guān)鍵施工技術(shù)*

夏風(fēng)敏，田增智，賈留東，張 鑫，王繼國，楊立華，傅傳巍

(1.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101； 2.山東建筑大學(xué)工程鑒定加固研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014；3.國網(wǎng)濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)供電公司，山東 濟(jì)南 250300； 4.山東建固特種專業(yè)工程有限公司，山東 濟(jì)南 250014；5.中國外運(yùn)大件物流有限公司，山東 濟(jì)南 250300)

1 工程概況

海南某酒店建于2012年，位于海南省文昌市，總建筑面積8 058.59m2，其中地上建筑面積5 234.27m2，地下建筑面積2 824.12m2。建筑整體如圖1所示，1層平面如圖2所示，剖面如圖3所示。

圖1 建筑整體

圖2 酒店1層平面

圖3 酒店剖面

酒店采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，由3個(gè)結(jié)構(gòu)單體組成，分別為1～5，6，7區(qū)。1～5區(qū)部分有1層地下室，1～4區(qū)地上1層，5～7區(qū)地上2層。除地下室部分基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)外，其他部分為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。采用天然地基，持力層為中砂層。

2018年3月，因使用功能變化，酒店±0.000m以上部分(含±0.000m標(biāo)高處地面)需向西偏北方向平移720m，共抬高7m，旋轉(zhuǎn)35°，如圖4所示。連接就位后滿足8度(0.2g)抗震設(shè)防要求，并增加1層地下室。

圖4 酒店移位示意

該建筑體量較大，7個(gè)區(qū)域僅通過連廊相連，連接較弱，斷開后對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小。因此，將結(jié)構(gòu)沿變形縫和連廊進(jìn)行分割，分為7個(gè)單體分別進(jìn)行移位。移位步驟為：托換結(jié)構(gòu)施工→原位頂升裝置安裝→豎向構(gòu)件截?cái)唷豁斏?.0m→裝車→坡道運(yùn)輸(平移720m，抬高6m)→就位→連接。同步頂升、坡道運(yùn)輸、建筑物變形控制是本工程的關(guān)鍵點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)。

2 托換結(jié)構(gòu)施工

為最大限度地保留地上建筑物裝飾裝修及結(jié)構(gòu)完整性，并盡量壓縮就位后連接層的層高，同時(shí)考慮施工可操作性，結(jié)構(gòu)托換梁頂面標(biāo)高選擇在地下室頂板以下300mm。采用柱四面包裹式混凝土托換結(jié)構(gòu)[1-3]，托換結(jié)構(gòu)布置如圖5所示。本工程托換結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)主要在于托換梁混凝土澆筑及平整度控制。在每根柱上標(biāo)注施工控制線，控制線偏差控制在1mm以內(nèi)，托換梁梁底模板搭設(shè)時(shí)偏差控制在1mm以內(nèi)。同時(shí)檢查模板搭設(shè)牢固程度，避免澆筑混凝土?xí)r因混凝土自重作用導(dǎo)致梁底模板變形過大?；炷翝仓r(shí)采用小型振搗設(shè)備，減少對(duì)模板的干擾。托換結(jié)構(gòu)拆模后，進(jìn)行二次找平處理，控制梁底整體偏差為±2mm，同一車組受力點(diǎn)偏差為±1mm。

圖5 托換結(jié)構(gòu)平面布置

3 結(jié)構(gòu)頂升

由于建筑物標(biāo)高變化及場(chǎng)地標(biāo)高限制，該建筑物需在原位進(jìn)行頂升，頂升高度1.0m。本工程采用組合式鋼梁托換結(jié)構(gòu)，如圖6所示。頂升施工時(shí)，采用PLC液壓伺服多點(diǎn)同步自鎖千斤頂提供頂升反力，通過鋼托換梁與混凝土柱之間的界面摩擦力平衡頂升反力[4-5]。

圖6 組合式鋼梁托換結(jié)構(gòu)

3.1 頂升系統(tǒng)安裝與調(diào)試

頂升施工前，需進(jìn)行頂升系統(tǒng)安裝與調(diào)試。鋼結(jié)構(gòu)托換裝置安裝完成后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行2次預(yù)加壓試驗(yàn)，第1次加壓至結(jié)構(gòu)重力荷載的60%，檢查上、下托換結(jié)構(gòu)變形、裂縫及頂升系統(tǒng)工作性能；第2次加壓至結(jié)構(gòu)重力荷載的80%，然后鎖住千斤頂并持壓24h，確定上、下托換結(jié)構(gòu)及頂升系統(tǒng)均安全可靠后，將豎向受力構(gòu)件截?cái)?，進(jìn)行后續(xù)的頂升施工。

3.2 頂升施工位移與力控制限值

頂升時(shí)受液壓千斤頂回油、施工誤差及施工過程中發(fā)生的不利工況等因素影響，不可避免地造成相鄰柱間產(chǎn)生豎向位移差，引起上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力。如果相鄰柱間豎向位移差過大，會(huì)使部分構(gòu)件開裂甚至破壞。因此，為保證頂升過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件不開裂或破壞，需確定允許的相鄰柱間豎向位移差。

采用SAP2000軟件進(jìn)行計(jì)算，通過施加不同頂升位移對(duì)頂升過程進(jìn)行模擬分析。允許的最大豎向頂升位移以上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)其極限承載力為原則，保證頂升過程中結(jié)構(gòu)及構(gòu)件不被破壞。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，相鄰柱間豎向位移差由梁端彎矩控制，扣除整體傾斜影響后，1～4區(qū)縱向柱列及5～7區(qū)相鄰柱允許豎向位移差≤3mm，1～4區(qū)橫向柱列允許豎向位移差≤5mm。

為確保結(jié)構(gòu)安全，在頂升過程中采取位移與荷載的雙重控制。由允許最大豎向位移差計(jì)算所需的最大頂升力。計(jì)算結(jié)果表明，角柱、邊柱、中柱由于其所處的結(jié)構(gòu)位置與其連接的梁數(shù)量不同，角柱最大頂升力約為其重力荷載的120%，邊柱最大頂升力約為其重力荷載的135%，中柱最大頂升力約為其重力荷載的145%。

3.3 頂升施工過程分析

在實(shí)際頂升過程中，嚴(yán)格按照前文所述位移與力限值進(jìn)行控制，并將頂升速度控制為≤10mm/min。當(dāng)靜止及勻速頂升時(shí)，以6區(qū)為例，各柱實(shí)際頂升力如表1所示。

表1 6區(qū)各柱實(shí)際頂升力

在頂升過程中，受頂升豎向速度影響，導(dǎo)致總的勻速頂升力略大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際頂升過程中角柱柱底壓力略大于理論值，邊柱壓力略小于理論值，中柱基本相同。為研究實(shí)際頂升過程中柱底壓力與理論值產(chǎn)生差異的原因，根據(jù)地基土層實(shí)際分布，利用有限元軟件對(duì)移位施工前的原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了沉降分析，由于地基土的變形，各柱基礎(chǔ)產(chǎn)生了不同程度的沉降，如表2所示。由表2可知，柱表現(xiàn)出盆式沉降的規(guī)律，即中間柱沉降大，邊柱、角柱沉降小。各柱沉降不同導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，因此，角柱實(shí)際柱底壓力略大于理論值，邊柱實(shí)際柱底壓力略小于理論值，中柱基本相同。

表2 各柱基礎(chǔ)沉降 mm

4 結(jié)構(gòu)運(yùn)輸

4.1 車輛布置

按照就近受力的原則，將所有車輛均布置于框架柱兩側(cè)，并保證每軸車輛平均反力不超過車輛最大承載力的70%，車輛總牽引力不超過總阻力的50%。

4.2 車軸反力與運(yùn)輸慣性力計(jì)算

根據(jù)頂升過程中確定的每根框架柱靜止反力，確定結(jié)構(gòu)重心位置。遵循上部結(jié)構(gòu)重心與車軸反力合力中心重合的原則，采用三點(diǎn)式配車，即將每個(gè)區(qū)塊所有車軸劃分為3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域所有車軸提供相同的反力，3個(gè)區(qū)域車軸反力合力中心與上部結(jié)構(gòu)重心重合，同時(shí)保證穩(wěn)定角(各區(qū)域車軸反力合力中心與上部結(jié)構(gòu)重心在豎向平面內(nèi)的夾角)>7°，以方便確定各區(qū)域車軸反力。同時(shí)，根據(jù)該反力進(jìn)行車輛與上部結(jié)構(gòu)協(xié)同受力計(jì)算，復(fù)核車軸橫梁與上部結(jié)構(gòu)承載力。

托車移位時(shí)啟動(dòng)、制動(dòng)加速度一般控制在0.02g以下，上部結(jié)構(gòu)與車輛之間鋪設(shè)5～10mm厚橡膠板，其摩擦系數(shù)可達(dá)0.3。因此，運(yùn)輸慣性力滿足要求。

4.3 道路承載力復(fù)核與預(yù)壓檢驗(yàn)

計(jì)算道路地基承載力時(shí)，需根據(jù)車輛承載情況下的最大輪壓及分載面積確定。車輛承載情況下的最大輪壓根據(jù)布車設(shè)計(jì)和車輛自重確定。由于輪胎形式不同，接觸面積計(jì)算不同。充氣輪胎可根據(jù)輪胎內(nèi)壓Pt及與地面接觸壓力Pd的平衡進(jìn)行計(jì)算[6]。

充氣輪胎與地面接觸長(zhǎng)度l計(jì)算如下：

(1)

式中：P為輪壓；B為輪胎寬度。

對(duì)于高壓充氣輪胎，胎壁受拉，與地面接觸壓力小于輪胎內(nèi)壓。根據(jù)車輛廠商提供的數(shù)據(jù)，輪胎內(nèi)壓為lMPa時(shí)，地面壓強(qiáng)為0.9MPa，故與地面接觸壓力取輪胎內(nèi)壓進(jìn)行計(jì)算是偏安全的。

輪胎與地面的接觸面積確定后，輪胎與地面接觸壓力通過接觸面以約45°角向縱、橫向擴(kuò)散?？筛鶕?jù)路面厚度確定擴(kuò)散面積，進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算。按計(jì)算輪壓進(jìn)行復(fù)核，本工程路面及路基承載力均滿足要求。

為防止道路沉降造成移位過程中建筑物傾斜，建筑物正式移位前，采用≥12軸拖車按移位時(shí)布車方式、荷載及行駛速度進(jìn)行全覆蓋預(yù)加載，檢驗(yàn)道路承載和變形能力，使短期沉降預(yù)先完成[7]。加載預(yù)壓后，對(duì)出現(xiàn)沉降的路段進(jìn)行修補(bǔ)找平。

4.4 裝車與調(diào)試

建筑物頂升到位后，進(jìn)行運(yùn)輸前的裝車與調(diào)試。車輛按設(shè)計(jì)位置駛?cè)胪袚Q結(jié)構(gòu)下方，同時(shí)進(jìn)行平面位置校準(zhǔn)。按20%步長(zhǎng)分級(jí)加載至上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的60%，檢查車輛性能、車輛與托換結(jié)構(gòu)接觸狀態(tài)，測(cè)量車架橫梁變形、建筑物整體傾斜與托換結(jié)構(gòu)變形等。如無異常，減小至10%步長(zhǎng)繼續(xù)加載，至上部結(jié)構(gòu)與頂升支撐柱脫離，完成裝車。如出現(xiàn)車架橫梁、上部結(jié)構(gòu)變形及建筑物整體傾斜率超過設(shè)計(jì)值等情況，應(yīng)對(duì)車輛油路、連接、車輛與托換結(jié)構(gòu)接觸面等進(jìn)行檢查，并對(duì)各分區(qū)反力進(jìn)行微調(diào)。

4.5 運(yùn)輸過程控制與監(jiān)測(cè)

運(yùn)輸過程中，通過傾角儀和水平管裝置，控制建筑物整體傾斜率≤0.4%。采用光纖光柵應(yīng)變傳感器監(jiān)測(cè)托換結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面應(yīng)變與應(yīng)力，保證其不超過設(shè)計(jì)允許值。本工程需在運(yùn)輸過程中抬升6m，因此部分道路存在1.3%的坡度。為保證車板水平，且上部結(jié)構(gòu)傾斜率不超過要求，車輛在入坡和出坡時(shí)，需同步動(dòng)態(tài)調(diào)整各軸線離地高度及各分區(qū)車軸反力，車軸反力變化量控制在±50kN以內(nèi)，并控制全程移位速度≤30m/min。

移位過程中，對(duì)建筑物傾斜和托換結(jié)構(gòu)關(guān)鍵受力點(diǎn)進(jìn)行全程監(jiān)控，測(cè)點(diǎn)布置如圖7，8所示。各區(qū)實(shí)際最大傾斜率如表3所示，由表3可知，各值均未超過設(shè)計(jì)限值4‰的要求。由典型截面應(yīng)變變化曲線可知，建筑物在裝車時(shí)，由于支撐方式改變，托換梁內(nèi)力變化，應(yīng)變?cè)龃?，但在整個(gè)運(yùn)輸過程中，應(yīng)變變化較小，說明運(yùn)輸過程中結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生明顯的次應(yīng)力，運(yùn)輸過程平穩(wěn)。

圖7 測(cè)點(diǎn)整體布置

圖8 局部測(cè)點(diǎn)布置

表3 結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度與傾斜率監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.6 建筑物就位與控制

在建筑物新址位置預(yù)先放置結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐柱，并對(duì)柱頂標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格找平，高差控制在±2mm。車輛駛?cè)牒?，首先進(jìn)行平面位置校準(zhǔn)，然后分級(jí)卸載，使荷載從車輛逐步轉(zhuǎn)移至支撐柱，此過程全程監(jiān)測(cè)托換結(jié)構(gòu)與支撐柱的接觸狀態(tài)、建筑物整體傾斜率、水平位置偏差與托換結(jié)構(gòu)變形等。施工完成后，各豎向構(gòu)件水平就位偏差控制在±10mm。

5 結(jié)語

1)托換結(jié)構(gòu)施工時(shí)，為保證移位過程中豎向構(gòu)件間的變形差盡量小，應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制托換結(jié)構(gòu)底面平整性。

2)建筑物頂升施工時(shí)，應(yīng)預(yù)先測(cè)算結(jié)構(gòu)可承受的最大豎向變形，并在施工過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)測(cè)頂升壓力與預(yù)測(cè)值之間存在偏差，除頂升過程中同步性造成的干擾外，此偏差主要與頂升過程中加速度及既有基礎(chǔ)沉降差造成的內(nèi)力重分布有關(guān)。

3)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理布車，運(yùn)輸前應(yīng)按實(shí)際布車情況和軸載對(duì)道路進(jìn)行預(yù)壓。運(yùn)輸時(shí)采用實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整下的逐級(jí)分步加載裝車，并基于速度、加速度、傾斜率、托換結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力等控制運(yùn)輸過程和高精度就位。