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【加固纠偏工程案例】砖混结构房屋整体平移的几项关键技术

236 2023-09-16 10:00:43

房屋整体移动,是指在保持房屋建筑结构整体性和可用性不变的情况下,将其整体移动一个位置。通常移动方式如下:

(1)整体平移:指把房屋从A处整体搬移至B外,或从B处移至A处。A、B在同一水平线上。

(2)整体升降:指把房屋从B处整体搬移至C处,或从C处移至B处。B、C在同一铅垂线上。

(3)整体斜移:指把房屋从A处整体搬移至C处,或C处移至A处。A、C既不在同一水平线上,也不在同一铅垂线上。

(4)整体转动:指把房屋沿房屋的某一点,整体转动一个角度α。它又分为水平转动和垂直转动。垂直转动又叫做房屋(建筑)纠偏。

整体斜移可分解为平移和升降之和。即从A移至至C,可分解为先由A移至B,再移至C。纠偏在国内外的建筑工程(特别是古建筑、古塔、古寺)中应用广泛。

房屋整体平移就是在保持房屋整体性和可用性不变,或在不破坏房屋整体结构和造型条件下,将其整体水平移动一段距离。多是对钢筋混凝土框架结构房屋施行,对砖混结构目前尚未见有报道。位于重庆地区的某四层砖混结构商住楼房(建筑面积约2000m2),在经过充分论证、设计和模拟试验的基础上,已顺利平移了8m,且平移后还水平转动了约10。


1、平移总体构思


(1)设计一艘能在陆地上拖动的“船”;

(2)设法把楼房从原基础的某一位置切断,使其脱离原基础,支承在“船”上;

(3)在拟平移的终点位置按房屋原基础平面和结构另做一新基础;

(4)在新、老基础间造就一种便于“船”拖动的行走轨道;

(5)对“船”施加拉(或推)力,将其从原基础处拉(或推)至新基础上;

(6)将房屋的上部与新基础联结起来。至此,平移结束。

上述总体构思能否实现,关键技术有两个:一是基础处理,二是牵引技术。


2、基础处理技术


基础处理包括被移房屋原基础的处理、新基础的处理、原基础到新基础之间部分(即牵引轨道下的地基处理)3大技术。它是关系到能否把房屋从原基础上脱开,移后房屋是否坚固可用和牵引过程中房屋是否会垮塌的3项关键技术。基础处理合理与否,关系到平移是否成功和移后房屋是否还具有使用价值的问题。

2.1 原基础处理

原基础处理是指怎样把被移房屋从原基础上切断,使其与原基础脱离,以便移动。由于基础托换技术的研究和实际工程的广泛应用,原基础的处理已经不是一件难事。本工程采取的方法和步骤是:

(1)先把原基础两侧的填土挖去,使全部基础暴露。

(2)在原基础两侧底部各浇注一钢筋混凝土梁(梁下先做一混凝土垫层),称为下基础梁,下基础梁一直延伸到新基础下。

(3)待下基础梁达到一定强度后,在下基础梁上安装行走机构。

(4)在安装好的行走机构上和基础轴线两侧,支模浇注两根钢筋混凝土梁,称为上基础梁,上基础梁把原基础夹持住。为使夹持牢固,浇注上基础梁前,先将原基础沿轴线方向的两侧各切去10~20mm,并在左右上基础梁之间每隔1~2m浇注一钢筋混凝土联系梁。

(5)待上、下基础梁达到设计强度后,再在上下基础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础,而重新支承在新浇注的可动基础上。从整栋大楼看,这时的上基础梁、行走机构就尤如组成了一艘“船”,整栋大楼就支承在了这艘“船”上。如果牵引这艘“船”,房屋即可移动。

2.2、新基础处理

在房屋需要移动的终点位置,根据新的地质情况和地基承载能力,按原基础平面形式重新做一房屋基础,以便房屋移动后支承上部结构。新基础的上顶标高,应低于原基础切断处标高100~200mm。待房屋移动后,在新基础与房屋上部结构之间以及上下基础梁之间浇注一钢筋混凝土梁,将上下基础梁之间的行走机构埋于梁内。待该梁的强度达到设计强度后,房屋与新基础就会形成一个整体。该梁还可起圈梁作用。因此,移后的房屋,其整体性及基础的可靠性甚至优于原房屋。

2.3、轨道地基处

在房屋新位置与原位置之间,一般均有一软土层。此软土层须经加固处理(即轨道地基处理),它是决定房屋移动是否成功的又一关键技术。该地基的基本要求是:当房屋移至这一区段后,地基不能有沉降,特别不能有不均匀沉降。否则,当房屋从原基础处移至这一地段后,前方到达软土层,而后半部还处于坚硬的地基上,会在基础梁上产生负弯矩,从而使房屋上部开裂,甚至垮塌。工程中采用的措施是换土—夯实—延时—再夯实。即先把软土层挖去,换上不易沉降的砂卵石并逐层夯实。用1~2个月时间,使其自然下沉,预计沉降稳定后再夯实。最后再浇注这一地段上的下基础梁,并酌情加大下基础梁的宽度。


3、牵引技术


房屋从原基础上脱离后,整栋楼房就支承在了由行走机构和上基础梁组成的“船”上。要把这个宠然大物搬动,牵引技术的设计是很关键的,它包括牵引机构和牵引动力两大技术。

3.1、牵引机构

牵引机构分滑动机构和滚动机构两种。滑动机构的优点是牵引过程中房屋比较稳定;缺点是要找到一种强度高、硬度大、摩擦系数小的材料比较困难。如用一般材料,滑动摩擦系数大,又给牵引增加了困难。滚动机构的优点是摩擦系数小,便于牵引;缺点是牵引过程中的速度较难控制,稳定性也差。但只要机构本身的强度、硬度、刚度适宜,牵引动力设计合理,速度和稳定性问题是可以解决的。因此该工程采用滚动机构。

3.2、牵引动力

牵引动力是指对房屋移动施加的外界力。牵引动力一般由若干个牵引分力组成。即在沿移动方向平行的每组上基础梁上施加一个牵引分力。牵引分力有两种,一是推力,二是拉力,均由液压千斤顶施加。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反力柱。用拉力的优点是千斤顶可以固定在新基础以外某一位置,千斤顶不动,,反力梁柱无须反复浇注。缺点是千斤顶到被移房屋间距离远,需用较长的拉杆或拉绳。而拉杆或拉绳应变值须完全一致,才能保证千斤顶在施加相同拉力下,房屋各轴线所受的拉力一致,从而整体移动。由于钢拉杆的应变值一致性优于钢拉绳,故本工程采用钢拉杆。

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基础梁的重力成比例,以保证房屋受各牵引分力作用后,各轴线的位移完全一致。或在牵引分力作用下,房屋横墙和横向上基础梁不得出现弯矩。否则受弯矩作用,房屋会出现垂直裂缝,甚至垮塌。

牵引技术的优劣,是决定房屋平移能否成功的关键。房屋由静到动或由动到静,均靠牵引机构和牵引力来实现。众所周知,不管由静到动,还是由动到静,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。砖混结构房屋抗剪能力很差,如加速度过大可能产生剪应力,当其超过房屋的抗剪能力时,会导致房屋出现水平裂缝;还可能导致房屋前后倾塌,使平移失败。因此加速度应严格控制在一个数值以内,并采取有效措施,尽量使其值减小。该工程采取了3项措施:一是牵引力的增加和房屋的平移速度慢,二是设计了一种缓冲制动装置,三是在房屋顶部设置了防倾斜的拉杆。