建筑物分体、转向平移的工程实践

卢明全 杨军春 唐好

（辽宁 大连）

  摘要： 本文通过兴隆台采油厂原办公楼的分体、转向平移的工程实践，提出关于建筑物分体、转向平移的一般设计原则，阐述了设计的基本思路和施工序次，以及施工中应有注意的问题。

  关键词：分体；转向；平移

 1、工程概况

  拟移位建筑物位于盘锦市兴隆台采油厂院内，系采油厂的原办公楼，始建于1980年，为四层砖混结构建筑，每层设有圈梁。基础型式：中央厅房为独立基础；其它处为毛石条形基础。基础埋深1.8米，建筑总面积约3278平方米，总荷重约4900吨。

  拟移位建筑物位于整个厂院的中心部位，距新建的采油厂机关大楼49米，机关大楼共七层，装修美观，原办公楼遮挡了机关大楼的视线和外观，影响了厂院的整体对称布局和规划，经研究决定对其进行移位施工。（见图1）

 
图1平移前示意图

  2、工程地质条件
  在进行移位工程设计之前，对建筑物移位的路线及就位的场地进行了岩土工程勘察，该场地地质条件如下。
场地在地貌上属于辽河河口三角洲，海陆交互相沉积。地下水埋深较小，稳定水位埋深1.10米，属第四系孔隙潜水，具微承压性，地层分布为：
  ①杂填土：杂色，主要由沥青路面、混凝土矿渣、碎石及砾砂构成。分布普遍，钻孔揭露厚度0.4~0.7米；
  ②粉质粘土：灰褐色~黄褐色，呈软塑~硬塑状态，局部分布有粘土及粉土薄层，含褐红色斑点，属中压缩性土。层底板埋深为1.5~2.5米，厚度为0.8~2.1米。承载力标准值fk=130KPa；
  ③粘土：灰黑色，呈软塑~流塑状态，含少量有机质和腐植质成份。该层分布普遍、均匀，属中高压缩性土。层底板埋深为4.0米，厚度为1.5米。承载力标准值fk=90KPa；
  ③-1粉土与粉质粘土互层：具层理，以粉土为主，灰色，很湿，呈稍密状态，属低压缩性土。局部分布有粉质粘土，呈可塑状态。该夹层仅分布在场地局部，垂向上分布于③粘土层上部，最大揭露厚度为1.0米。承载力标准值fk=150KPa；
  ④细砂夹粘土：灰色，饱和，细砂呈松散~中密状态，夹可塑状态的粘土薄层。层底板埋深6.5~8.5米，厚度为2.5~4.5米。承载力标准值fk=135KPa；
  ⑤细砂：灰~深灰色，饱和，呈稍密~中密状态，矿物成份主要以石英为主，含有其它暗色矿物。该层厚度大，钻孔未揭穿，揭露最大厚度为7.5米。承载力标准值fk=195KPa；
  ⑤-1粘土混细砂：灰色，呈软塑状态，混有细砂成份。该夹层仅在一个钻孔内有所揭露，揭露厚度为1.0 米，垂向上分布于⑤细砂层上部。承载力标准值fk=90KPa。

  3、比选后的平移方案

  根据多个方案的比较，建设单位选择了如下平移方案。
  首先，将被移建筑物分解为两部分，舍弃中间的厅房（楼梯在厅房内），将分解的两侧楼体均向南平移35.3米，至厂院门口的位置。然后，将东侧楼体向东平移29.48米，将西侧楼体向西平移30.15米，使楼体靠近东西围墙的位置。最后定位，并在东、西两侧楼体内各建造一组楼梯。建筑物平移前后平面位置见图2。平移后整个院落呈现主次分明，左右对称的布局。

 
图2建筑物平移前、后平面布置图

  4、平移设计

  根据建筑物的结构及基础型式，该平移工程采用滚动式平移方法。具体做法是将建筑物沿基础面水平切开，将整体建筑分为基础部分和上部建筑部分。在墙底设置托换梁作为上轨道，原基础作为下轨道，上、下轨道之间铺设滚轴，并在建筑物平移的路线上做好前移下轨道，在建筑物就位的位置处施作永久基础，利用动力设备使上部建筑在滚轴上沿着前移下轨道方向向前移动，直至建筑物到达设计位置。
因为建筑物平移工程属特种专业工程，它涉及多个学科的不同专业，无现成的理论可依，许多工作是探索性，因此具有较大的风险，一旦某个环节出了问题，其后果往往是严重的，因此需要设计务必仔细、认真、谨慎，并且需要掌握所涉及的不同领域的专业知识。本工程我们提出了以下设计原则，较全面地考虑了各方面的问题，因此工程取得了圆满成功。
  4.1 设计原则
  4.1.1建筑物分体后，其结构强度和刚度不应降低，如有变化，应采取措施使其大于原结构强度和刚度。
  4.1.2托换梁应能满足上部荷载和推力的要求。
  4.1.3前移轨道应满足瞬间加荷的要求。
  4.1.4永久基础应满足总荷载的要求。
  4.1.5转向时必须安全、可靠。
  4.1.6动力设计应大于阻力的3~5倍。
  4.1.7新基础与上部结构的连接应满足原抗震要求。
  4.1.8水、电、供暖等管线应满足原设计及有关规范要求。
  4.2 具体设计
  4.2.1下轨道
  由于建筑物首先向南平移，然后向东、西方向平移，故下轨道由4个部分组成。①原基础改造的下轨道；②新布置的南北向下轨道；③新布置的东西向下轨道；④楼体就位处的永久基础作为下轨道。分解后的东、西两侧楼体各有南北向横墙8道，间距3.3米。故南北向下轨道各布设8根，其位置与横墙位置对应。东、西两侧楼体各有东西向纵墙4道，经验算东西向4道上轨道不能满足楼体东西向移位要求，在每个开间内又增设1道东西向上轨道，故与上轨道对应的东西向下轨道各布设6根。东侧楼体下轨道及支顶支架平面位置见图3。

图3东侧楼体下轨道及支顶支架平面位置图

  ①原基础改造的下轨道：原基础为毛石条形基础，经验算能够满足楼体南北向平移要求，不需加固，可直接作为下轨道使用；
  ②新布置的南北向下轨道：应能承受建筑物整体平移时的短期荷载，即滚轴到达任何位置时，基础梁板系统及其下的地基土均能承受移动荷载而不发生影响平移的变形。设计基础埋深1.8米，基础宽度2.2米。并在轨道间增设3道加强连系梁，以增加下轨道的空间刚度和整体性；
  ③新布置的东西向下轨道：同②新布置的南北向下轨道；
  ④永久基础作为下轨道：除承担建筑物平移的短期荷载外，并应能承担建筑物的长期荷载，同时考虑上部荷载是一次性到位的。设计永久基础为筏基，基础埋深1.4 米，底板厚300mm。 下轨道梁高400mm，宽同上轨道梁，其上固定5mm 厚钢板。
  4.2.2上轨道
  在墙底所做的托换梁为上轨道，上轨道应能承受建筑物移动时的水平荷载，应能承受建筑物的自重及楼面荷载，应能承受滚轴的反作用力。本工程布设南北向上轨道两侧楼体各8根，东西向上轨道两侧楼体各6根，其中东西向上轨道有两道是在开间中间位置增设的。其上部无墙体，目的是增大楼体整体刚度及增大上轨道与滚轴的接触面积，确保楼体在平移过程中不受破损。上轨道的位置与下轨道的位置是相互对应的。上部有墙体的上轨道梁高400mm，宽同上部墙厚，主筋为6φ22。上部无墙体、增设的上轨道，其高600mm，宽500mm，主筋10φ22。上轨道底面固定5mm厚钢板。
  4.2.3滚轴
  楼体的移动系通过滚轴的滚动来实现的。滚轴位于上、下轨道之间，与钢板直接接触，设计滚轴为直径φ60mm的圆钢，长度与上轨道宽度相等，布设滚轴间距为300mm。施工上轨道的同时布设好滚轴，上、下轨道及滚轴施工完成后，滚动系统即形成。
  4.2.4支顶支座
   支顶支座、千斤顶、支顶垫块组成楼体移动的动力系统。支顶支座给千斤顶提供足够的反力才能推进楼体。由于本工程楼体移动距离较远，故支顶支座由固定支顶支座和可移动支顶支座（钢支架）组成。固定支顶支座位于楼体前进的反方向，与上、下轨道在同一轴线上，同下轨道连成整体。设计南北向固定支顶支座两侧楼体各8个，东西向固定支顶支座两侧楼体各6个，总计28个。钢支架通过钢插销与下轨道连接，在施工下轨道时，每隔2米预留一个插销孔，这样楼体每移动2米，便可以调整一次钢支架及千斤顶的位置，使千斤顶距楼体的距离不大于2米，其好处在于支顶垫块长度不大于2米，减少了垫块总用量，同时也避免了垫块过长受力后不稳定的缺点，施工简单、方便。钢支架数量与固定支顶支座数量相等，总计也是28个。
  4.2.5支顶垫块
  巨大的推动力由千斤顶提供，而千斤顶行程是有限的，本工程选用的千斤顶行程为400mm，因此，必须设置支顶垫块，每次千斤顶顶推楼体400mm，就要回缩千斤顶增加一个支顶垫块（或换一个支顶垫块），使千斤顶重新具有推移400mm的能力。本工程支顶垫块由直径φ146壁厚5mm的钢管制作而成，钢管两侧焊有厚度10mm钢板。其优点是重量小，便于移动，长度为400mm，800mm，1200mm，可组合成以400mm为进级的各种尺寸，共制作支顶垫块16组。
  4.2.6动力设备
  使楼体移动可采用滑轮系统移动法或液压缸移动法，所需要的设备可采用卷扬机或千斤顶。
本工程采用液压千斤顶作为动力设备，其优点是移动量直观，容易控制。共使用16台100吨卧式千斤顶和4台液压泵站。

  5、平移施工

  平移工程是一项风险较大的特种专业工程，因此，施工中各个环节必须按设计要求严格执行，尤其是正式移位前，要仔细检查各个环节是否存在问题，制定详细的施工组织设计。
  5.1 分体
平移前将建筑物中央厅房拆除，使建筑物成为东、西分离的两个单体建筑，拆除过程中不得损伤建筑物结构。
  5.2 切断：
  5.2.1施工上轨道（托换梁）、下轨道（原基础梁）。将墙体与地梁连接处分段断开。将原基础梁改造成下轨道，其表面必须水平且平整，并铺设钢板。其上布置圆钢滚轴，滚轴上铺设上轨道钢板并浇注上轨道，每段施工完毕后待其强度达到设计要求时再施工相邻的下一段，直至全部完成。
  5.2.2切断与楼体连接的上、下水管线、供电管线等。
  5.3 前移轨道及永久基础
  施工前移轨道、加强连系梁、支顶支座及永久基础。
  5.4 监测
  5.4.1平移前对建筑物竖直、水平状况进行测量，做好移前调位工作，确保平移工程安全。
  5.4.2检查楼体裂缝，对已有裂缝进行预先加固，增加房屋的整体刚度，防止移位时继续裂损。
  5.5 移位
  完成各种准备工作检查无误后，安放千斤顶及应力扩散垫板，用千斤顶向前推移楼体。开始推移时应逐级增加推力，并保持各千斤顶同时受力，且受力大小相等，直至楼体开始移动。楼体移动速率不大于每分钟50mm，移位过程中对楼体进行全面监测（包括楼体各点的前移距离、前移方向、楼体倾斜状况及楼体裂缝情况），根据监测结果及时调整施工工艺，使楼体沿着前移轨道安全、平稳、准确无误地移至设计位置。
  5.6 转向
  将滚轴换至东西向轨道下面。
  5.7 连接
  楼体就位后，对楼体倾斜状况和位置进行量测，达到设计要求后立即进行结构连接，分段浇注混凝土。施工楼梯间，恢复各种管线及室内外地坪等，使建筑物尽快恢复使用功能。

  6、平移效果

  本工程自开工至楼体移动就位共用时85天，其中平移实施19天，完成两幢楼的转向平移，平移总距离130.23米。楼体到达新址后，经测量就位误差小于3mm。平移后其楼体的原有裂缝没有任何变化。更没有出现新增裂缝，楼体到达设计位置后，辽宁省建设科学院对该楼进行了鉴定，其鉴定意见为：
  6.1 现场宏观检查现两部分结构无明显的结构性裂缝，结构现状良好。
  6.2 经计算该两部分结构满足静力及7度抗震设防要求。
  6.3 现两部分构造设置满足现行规范要求。

  7、结论

  7.1 对于形体较大建筑物是可以分体、或转向平移的。
  7.2 平移工作是风险较大的特种专业工程，在正式设计前应确定各个环节的设计原则，然后制定详细的施工设计和施工组织设计。
  7.3 移位前及移位过程中必须对建筑物的倾斜、裂缝进行监测，如出现异常，应立即停止，分析原因，并采取相应的措施。
  7.4 新基础与主体连接应满足原抗震设计要求。