建筑物的遷移課件

建筑物的糾偏與遷移——遷移篇

主要內(nèi)容概述上軌道結(jié)構(gòu)和下軌道結(jié)構(gòu)截斷施工就位后上下結(jié)構(gòu)連接加固施工驗收國內(nèi)與國外的建筑遷移技術(shù)國外建筑物遷移技術(shù)

世界上第一座建筑物整體遷移工程是1873年位于新西蘭新普利茅斯市的一所一層農(nóng)宅的平移，當(dāng)時使用蒸汽機車作為牽引裝置，施工情景見圖：1999年6月位于美國卡羅萊納州海岸的一座燈塔為了免于不斷的海岸侵蝕,當(dāng)局決定將其移至487.69m外的地方.為了將建筑的頂起，采用了世界上最大的液壓頂升系統(tǒng),由100個千斤頂將其頂高1.52m,為了保證此高聳結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承力系統(tǒng)的可靠性,采用擴大鋼梁作為底盤，見圖國內(nèi)建筑物遷移技術(shù)我國建筑物移位技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，落后于歐美、前蘇聯(lián)等國家近半個世紀(jì)，但是這項技術(shù)在我國發(fā)展迅猛，勢頭良好。隨著國家建設(shè)的飛速發(fā)展，在我國有許多建筑物移位成功的工程實例。1.1987年上海外灘天文臺平移工程,利用托盤工藝將天文臺從原處整體移位到離原地24.2m位置.這次成功的移位工程,被傳媒稱為“華夏第一移”。遷移技術(shù)是伴隨著頂升技術(shù)而萌生出來的可用于一般建筑遷移的一項新技術(shù),它突破了保護性古建筑的昂貴的遷移費用的限制,開辟了舊城改造及建筑可動性的新領(lǐng)域。遷移技術(shù)經(jīng)過十多年的探索與實踐，據(jù)不完全統(tǒng)計,目前為止已創(chuàng)造出多項世界之最:最大遷移建筑群達(dá)7幢,累計遷移距離689m,換向9次,最遠(yuǎn)的一幢遷移96m,換向3次.移速度最快6m/h。遷移最大建筑面積3585平方米,最大旋轉(zhuǎn)角度為90°，遷移建筑物最重5900噸,最長達(dá)80m。其基本原理是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物體進行必要的安全加固,在建筑物基礎(chǔ)的頂部設(shè)置托換結(jié)構(gòu)，在地基上設(shè)置行走軌道，利用托換結(jié)構(gòu)來承擔(dān)建筑物的上部荷載，然后在托換結(jié)構(gòu)下將建筑物的上部結(jié)構(gòu)與原基礎(chǔ)分離，在水平力或頂推力的作用下，使建筑物通過設(shè)置在托換結(jié)構(gòu)上的托換梁沿下軌道相對移動，沿規(guī)定的路線到達(dá)預(yù)先設(shè)置好的新基礎(chǔ)上,然后實施結(jié)構(gòu)的連接和修復(fù)工作。因此,建筑物遷移工程的設(shè)計,包括托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計,基礎(chǔ)與下軌道的設(shè)計,牽引系統(tǒng)的設(shè)計及建筑物遷移到位后的連接設(shè)計等方面的內(nèi)容。移位技術(shù)分類1.整體直線遷移既有建筑物沿著軸線方向或縱向遷移2.整體斜向遷移既有建筑物沿著與軸線某一角度遷移3.換向遷移既有建筑物先橫向遷移后再縱向遷移4.原地旋轉(zhuǎn)遷移既有建筑物在原地旋轉(zhuǎn)一定的角度5.組合遷移既有建筑物多種遷移的組合遷移過程中監(jiān)測內(nèi)容軌道平整度監(jiān)測沉降和沉降差監(jiān)測移動速度、行程和結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)監(jiān)測關(guān)鍵部位裂縫調(diào)查平移加速度監(jiān)測測點布置位置確定遷移過程中應(yīng)嚴(yán)格控制建筑物移動速度和加速度，注意到不同部位對移動的不同步要求，同時要求所有千斤頂和液壓牽引裝置的協(xié)調(diào)工作；對結(jié)構(gòu)相應(yīng)關(guān)鍵部位應(yīng)該做好動,靜態(tài)監(jiān)測,指定專人觀測結(jié)構(gòu)移動的速度、加速度、結(jié)構(gòu)移動過程中各部位的沉降差、距離差等指標(biāo),以保證移動的平穩(wěn)性和可靠性。建筑物的移位步驟常規(guī)建筑物移位步驟：1、加固原建筑物使其成為可移動體;2、設(shè)置新基礎(chǔ),滿足一般基礎(chǔ)的設(shè)計要求;3、安裝移動軌道和滾動支座.建筑物平移時對軌道的要求較高：1軌道必須水平,以減少摩阻力;2能承受隨滾動支座移動過程中的作用力;4、設(shè)置牽引支座.牽引支座,千斤頂、鋼絲繩和牽引環(huán)組成牽移建筑物的動力系統(tǒng),牽引支座絡(luò)千斤頂提供足夠的反力才能使建筑能移動,牽引支座的數(shù)量需要經(jīng)過計算確定;5、移動行進控制.行進系統(tǒng)由行進標(biāo)尺,移動顯示指示針和終點限位裝置三部分組成;6、行進移動過程:安裝千斤頂（調(diào)整鋼絲繩）-->牽移（隨時安裝可移動軌道和滾動支座）-->牽移-->一直到達(dá)新址;7、到位后上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接。結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核驗算時，計算模型應(yīng)符合結(jié)構(gòu)受力與構(gòu)造情況，結(jié)構(gòu)上作用荷載應(yīng)經(jīng)調(diào)查或檢測核實，相應(yīng)的荷載效應(yīng)組合與分項系數(shù)應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定.應(yīng)計算出上部結(jié)構(gòu)的重力中心，以便在設(shè)計水平牽引力時，使?fàn)恳狭χ行呐c重力中心盡量重合.保證建筑物遷移的同步要求。根據(jù)原地質(zhì)勘察材料，并結(jié)合工程現(xiàn)狀和實測資料確定當(dāng)前的地基承載力。對遷移路線和新址應(yīng)做補充地質(zhì)勘查。綜合考慮上述結(jié)果，按照現(xiàn)行加固要求，給出建筑物現(xiàn)行的鑒定結(jié)論，提出是否要補強加固的建議。遷移建筑物加固與補修結(jié)構(gòu)加固根據(jù)檢測與計算復(fù)核的結(jié)果,確定對建筑物進行必要的加固與修補。對建筑物遷移前的加固,應(yīng)考慮在遷移過程中和遷移后的安全要求，分為建筑物整體性加固、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固補強、既有建筑物裂縫的修補。建筑物整體加固方法有增設(shè)拉接構(gòu)件、增設(shè)水平和豎向構(gòu)件，如鋼結(jié)構(gòu)支撐、混凝土圈梁構(gòu)造柱。荷載及荷載組合建筑物遷移設(shè)計中需要考慮的荷載包括恒荷載、樓面活荷載、風(fēng)荷載、地震荷載以及建筑物移動過程中的牽引荷載及其他（施工過程中的中間構(gòu)件）荷載取值恒荷載、樓面活荷載的取值按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定采用。風(fēng)荷載在設(shè)計建筑物的永久構(gòu)件時應(yīng)按新建建筑物取值。最好是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料和施工時間，確定是否考慮風(fēng)荷載及風(fēng)荷載取值的大小。地震作用在設(shè)計建筑物的永久構(gòu)件時應(yīng)按新建建筑物取值.對于在設(shè)計建筑物移動施工過程中的中間構(gòu)件，可不考慮;對于遷移牽引力所引起的建筑物的震動，由于移動的速度通常緩慢，只有0.8~1.6m/h，多個工程的實測結(jié)果表明，其引起的建筑物的加速度遠(yuǎn)小于6度設(shè)防時的加速度。荷載組合在設(shè)計建筑物的永久構(gòu)件時應(yīng)按新建筑物進行組合；在設(shè)計建筑物移動施工過程中的中間構(gòu)件時，可按荷載標(biāo)準(zhǔn)值或?qū)嶋H值進行組合。牽引力計算公式建筑物遷移牽引力大小的確定是遷移工程的關(guān)鍵所在，影響牽引力大小的因素很多，如建筑物的重量、軌道的平整度、滾軸直徑。以下是一個牽引力的經(jīng)驗公式，通過9層建筑物的模型試驗得到的，僅作參考：F=kfG(1)其F為建筑物的牽引力，k為綜合系數(shù)，取值為1.5~2.0，受滾軸壓力、直徑和軌道平整度的影響，由試驗或施工經(jīng)驗確定，滾軸壓力大，直徑偏小，軌道平整度差時，k取大值，f為摩擦系數(shù)，為建筑物的重量。式(1)中未考慮軌道涂抹潤滑油等的影響，現(xiàn)場實測表明，軌道涂抹潤滑油可降低牽引力25%。遷移時的動力施加方式常用的動力施加方法有推力式、拉力式和推拉結(jié)合式。推力式即是在建筑物移動方向后側(cè)的基礎(chǔ)上設(shè)置反力架，在反力架上固定千斤頂，通過千斤頂?shù)男谐虂硗苿咏ㄖ锵蚯耙苿?，如圖：該法施工簡單，需要隨時移動反力架和千斤頂?shù)奈恢?，保證建筑物將推力施加到建筑物上，該方法完全依靠滾軸的方向來控制建筑物的移動方向，用于長距離平移中難度較大，因此推力是用于建筑物移動距離較短的工程。拉力式拉力式即是在建筑物移動方向前方的基礎(chǔ)上設(shè)置反力架，在反力架上固定千斤頂，然后將高強鋼絲或鋼絞線一端固定在建筑物內(nèi)或后端，一端固定在千斤頂上，通過千斤頂?shù)男谐虂砝瓌咏ㄖ锵蚯耙苿?，如圖：該方法省略了反力架和千斤頂移動的工作量，張緊的鋼筋或鋼絞線可協(xié)調(diào)建筑物的移動方向。推拉結(jié)合式推拉結(jié)合式是在建筑物移動方向前后側(cè)的基礎(chǔ)上都設(shè)置反力架和千斤頂，通過前后同時施力來帶動建筑物的前進。此法適用于建筑物重量較大、需要的牽引力較大的平移工程。新型推力式此法結(jié)合普通推力式和拉力式的特點。即利用預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)，在建筑物的移動方向的前后都設(shè)置反力架，安裝移動系統(tǒng)時，將高強鋼筋或鋼絞線的兩端分別固定在前、后兩個反力架上，并施加約等于建筑物正常移動時摩擦力的預(yù)拉力，將鋼筋或鋼絞線張緊。預(yù)先穿在鋼筋或鋼絞線上的千斤頂固定在建筑物的后側(cè)，千斤頂后端內(nèi)設(shè)錨具，該錨具在千斤頂施力時，阻止千斤頂與鋼筋的相對位移，通過千斤頂?shù)男谐虂硗苿咏ㄖ锵蚯耙苿?，而在千斤頂回油時，該錨具松開，千斤頂向前移動一個過程，如此反復(fù)推動建筑物向前移動。如圖托換技術(shù)建筑物托換是整個遷移過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),涉及到對上部結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件,如對框架和砌體結(jié)構(gòu)主要是墻,柱等構(gòu)件的托換。托換結(jié)構(gòu)相當(dāng)于建筑物在遷移過程中的基礎(chǔ)，它能可靠地對上部結(jié)構(gòu)進行托換和傳遞牽引力。托換其原理在于通過設(shè)立托梁代替基礎(chǔ),轉(zhuǎn)換上部墻體、柱子的傳力途徑,隔絕基礎(chǔ),現(xiàn)行的方法主要是單梁和雙梁式墻體托換技術(shù),而柱托換則是通過設(shè)置托換節(jié)點對柱進行托換,具體技術(shù)包括鋼筋混凝土包裹柱式梁托換,型鋼柱托換節(jié)點等技術(shù)。雖然理論上可行并有一定的應(yīng)用實踐,但還不成熟。多數(shù)情況下，上軌道梁即用來做托換結(jié)構(gòu)。上軌道結(jié)構(gòu)上軌道結(jié)構(gòu)主要承受建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載，以及遷移過程中水平牽引力或豎向頂升力。但由于水平牽引力或豎向頂升力僅在建筑物的遷移過程中出現(xiàn)，因此，必須保證上軌道結(jié)構(gòu)在僅有上部荷載作用時和上部荷載與水平牽引力或豎向頂升力同時作用時兩種情況下的可靠性。上軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計前，首先應(yīng)確定建筑物的切斷位置。建筑物位置切斷的確定非常靈活，應(yīng)綜合考慮對上部結(jié)構(gòu)的影響、對建筑物使用功能的影響、基礎(chǔ)形式以及施工的難度和工程量。確定切斷位置，原則上應(yīng)保證建筑物到位后不對建筑物的使用功能造成影響。上軌道結(jié)構(gòu)上軌道結(jié)構(gòu)的布置原則上軌道結(jié)構(gòu)是建筑物在平移過程中的基礎(chǔ),它能可靠對上部結(jié)構(gòu)進行托換和傳遞牽引力，因此它必須滿足以下幾點：與原結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件有可靠的連接，保證原結(jié)構(gòu)的荷載能有效地傳遞到上軌道結(jié)構(gòu)上;在平移過程中，能明確而有效地傳遞水平力，不對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響;具有足夠的強度，保證在上部結(jié)構(gòu)荷載和牽引荷載的作用不發(fā)生破壞;具有足夠的剛度,不能因其變形過大而在上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,造成上部結(jié)構(gòu)的破壞或增大移動阻力;具有足夠的穩(wěn)定性。上軌道結(jié)構(gòu)的形式為保證上軌道結(jié)構(gòu)具有足夠的整體性和穩(wěn)定性,既能有效地傳遞牽引或頂升荷載,又能適應(yīng)上軌道節(jié)點可能產(chǎn)生的不均勻位移,通常將各上軌道結(jié)構(gòu)彼此進行連接,設(shè)計成水平方向的水平桁架體系。上軌道結(jié)構(gòu)的形式該體系包括柱下的托換節(jié)點、墻下的托換梁、水平連梁和斜撐，如下圖：對于墻、柱等不同的受力構(gòu)件，采用的托換形式也不同。一般承重墻下設(shè)托換梁，沿建筑物平移方向的托換梁可兼作上軌道梁，墻下托換梁有單梁式和雙梁式兩種,如圖：墻下托換梁墻下托換梁受力模型與其托換形式（單梁式還是雙梁式）、是否兼作上軌道以及墻下的滾軸或頂升點的布置方案有關(guān)系。對于單梁式托換梁應(yīng)根據(jù)滾軸布置方案確定。當(dāng)建筑物遷移工程中滾軸采用滿布置方案時，托換梁僅受到上部墻體和下部滾軸的壓力作用，理論上，該梁只要滿足滾軸部位的局部受壓即可。（但實際上，由于軌道不可能絕對平整，致使每個滾軸所受的壓力不同。）同時考慮到施工的方便，采用混凝土梁時，梁的截面寬度不宜小于（墻寬+50），高度最好不要小于300mm。當(dāng)采用鋼筋梁時，應(yīng)確保梁底截面連接焊縫的平整性。當(dāng)采用墻下單梁式上軌道時，應(yīng)分段、分批掏空墻體施工，逐步將墻體直接傳遞到基礎(chǔ)的荷載托換到上軌道梁上。因此，上軌道梁宜分段對稱施工，避免房屋結(jié)構(gòu)受力不均勻。可以看出墻下單梁式上軌道施工周期較長，施工復(fù)雜。雙梁式托換梁即在原結(jié)構(gòu)墻體的兩側(cè)設(shè)置托換梁，每隔一段距離，在兩個托梁之間設(shè)置連接健。托換梁的截面寬度不宜小于200mm,連接健的間距取1~2m為宜。墻體的重量通過連接健以及托換梁與墻體的摩擦傳遞到托換梁上。關(guān)于通過連接健和托換梁與墻體的摩擦傳遞的豎向荷載分配，根據(jù)大量的文獻(xiàn)資料，并結(jié)合有限元分析及現(xiàn)場試驗的結(jié)果，可認(rèn)為上部墻體的荷載傳遞到托換梁上和連接健上的比例為0.5：0.5。柱下托換梁柱下托換方式有包裹式托換和單梁式托換兩種，單梁式托換即直接在柱下設(shè)置托換梁，荷載傳遞明確，但其施工難度和對上部結(jié)構(gòu)的破壞較大，應(yīng)用較少，只在特殊要求和上部荷載較小時采用。包裹式托換即在柱的四邊均設(shè)置托換梁，將建筑物平移方向外包梁適當(dāng)延長，通過托換梁與柱表面的摩擦將柱上荷載傳遞到托換梁上。因此該種托換方式主要通過托換梁與柱側(cè)面的摩擦傳遞荷載，為保證荷載的有效傳遞，柱表面應(yīng)鑿毛增糙，且應(yīng)采用化學(xué)植筋的辦法在結(jié)合面上增設(shè)連接鋼筋，保證柱子與上軌道的可靠連接。包裹式托換，沿建筑物平移方向可將外包梁適當(dāng)延長，以將建筑物的上部荷載均勻地傳遞到下軌道和基礎(chǔ)上，如圖：柱子的單梁式托換對于柱下荷載較小，而建筑物又有特殊要求的情況下，可在柱下直接托換的單梁式托換方式，如下圖：其設(shè)計與施工類于墻的單梁式托換。遷移的下軌道下軌道結(jié)構(gòu)的作用就是為上部結(jié)構(gòu)提供移動的道路，同時把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基。對于建筑物的下軌道梁可按倒連續(xù)梁或彈性地基梁計算，必須保證上部荷載作用在各個不利位置時其地基承載力能滿足要求，且下軌道的設(shè)計必須保證整個移動過程軌道平面的水平，能夠承擔(dān)滾軸傳來的上部全部荷載；下軌道的設(shè)計原則：1.與建筑物的移動方向一致，頂面盡量平整光滑，以減小建筑物的摩擦力；2.平移過程中，能提供水平反力；3.具有足夠的強度，保證在上部結(jié)構(gòu)荷載和牽引荷載下不發(fā)生破壞；4.具有足夠的剛度，不能因其變形過大而在上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，造成上部結(jié)構(gòu)的破壞或增大移動阻力。下軌道結(jié)構(gòu)體系下軌道結(jié)構(gòu)體系主要包括下軌道基礎(chǔ)、下軌道梁、下軌道鋼板（或型鋼）下軌道基礎(chǔ)包括3部分，即建筑物新址處的基礎(chǔ)、移動過程中的中間基礎(chǔ)、建筑物原位處的基礎(chǔ)。對于建筑物新址處和移動過程中的基礎(chǔ)形式，需根據(jù)上部荷載與地基承載力的關(guān)系確定，可采用獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板或樁基和箱基。其基礎(chǔ)的設(shè)計方法應(yīng)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，不過對于移動過程中的基礎(chǔ)，由于平移施工時其可變荷載并沒有達(dá)到最不利的數(shù)值，且建筑物在此段地基上的作用時間較短，因此該段基礎(chǔ)的設(shè)計可按建筑物平移時的實際荷載狀況設(shè)計。下軌道基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)的材料及形式宜采取恰當(dāng)?shù)倪B接措施，盡量提高下軌道基礎(chǔ)和原基礎(chǔ)的共同工作性能，減小下軌道基礎(chǔ)的沉降變形。下軌道梁也分為建筑物新址處的下軌道梁、移動過程中的下軌道梁、建筑物原位處的下軌道梁。一般情況下下軌道梁盡量采用鋼筋混凝土制作軌道梁，（因鋼筋混凝土能夠很好的與原基礎(chǔ)形成一個整體）.下軌道鋼板（或型鋼）一般還要在下軌道梁頂鋪設(shè)墊板,以保證平整度等。原址內(nèi)每一段下軌道梁施工完后，必須等材料達(dá)到一定強度后，方可鋪設(shè)下軌道鋼板（或型鋼）、安裝滾動裝置、施工上軌道梁。截斷施工上部結(jié)構(gòu)墻、柱與原基礎(chǔ)的分離稱為截斷施工，包括柱的截斷和墻體的截斷。進行截斷施工時，應(yīng)注意以下幾個問題：1.上軌道梁結(jié)構(gòu)體系的混凝土達(dá)到設(shè)計強度時方可開始截斷；2.截斷施工前，應(yīng)檢查托換結(jié)構(gòu)的可靠性方可進行施工，有條件時宜預(yù)先卸荷；3.截斷施工順序，必須按施工方案進行；4.截斷施工時，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測墻、柱、上軌道及下軌道梁結(jié)構(gòu)體系的狀態(tài)變化；5.截斷宜采用機械切割，以盡量減少震動及對相鄰部位結(jié)構(gòu)的損傷或破壞；6.采用機械切割時，由于切割過程中需要冷卻水，因此，應(yīng)注意冷卻水可能對地基產(chǎn)生的不利影響。鋼筋混凝土柱（墻）的截斷常采用的方法有兩種：1.用風(fēng)鎬鑿除和人工截斷，該法施工簡單，成本低，但截斷時有震動、噪音大、施工條件差；2.采用金剛石線鋸切割或混凝土取芯機和輪式鋸片等機械切割，該法震動小、噪音小、成本高，對相鄰部位的損傷或破壞小。就位后上下結(jié)構(gòu)連接加固連接設(shè)計就是建筑移動到位后，將上部托換結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)進行連接，使上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)成為一體。建筑物就位后的連接，應(yīng)滿足穩(wěn)定性和抗震的要求，具體的加固方法可行,加固質(zhì)量可靠,同時注意應(yīng)該對完成遷移的建筑物的整體動力特性進行驗證,以及做好對已完成建筑物的安全評估工作。對于多層砌體結(jié)構(gòu)（高寬比不大于2，層數(shù)小于6層）的墻體和基礎(chǔ)的空隙應(yīng)用細(xì)混凝土填實；框架結(jié)構(gòu)層數(shù)大于6層的砌體結(jié)構(gòu)，需經(jīng)計算分析確定連接形式。目前，框架柱固結(jié)連接常采用的連接方式為上軌道和下軌道梁中分別預(yù)埋鋼筋，等建筑物到達(dá)新址時，用鋼板或短鋼筋將上軌道梁和下軌道梁的預(yù)埋鋼筋進行連接，如圖

墻體的連接。墻體托換梁與新基礎(chǔ)之間的空隙應(yīng)采用不低于原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的砌體材料砌筑,砌體頂部與托換梁應(yīng)砌筑飽滿,間隙較小的則采用細(xì)石砼灌注密實?？蚣苤倪B接。框架柱與新基礎(chǔ)連接,當(dāng)柱主筋每邊少于4根時,其連接一般采用主筋上下搭接焊接,并在接頭處設(shè)置加密箍筋;當(dāng)柱主筋每邊多于4根時,由于鋼筋搭接是在同一水