一、工程概况
卫生院病房楼建于2009年,二层框架结构,原来平屋面,后改造为坡屋面。长29.94m(东西向),宽18.14m(南北向),共布置7个开间。实心填土砖填充墙,水泥搅拌桩复合地基,独立基础。
图1 首层建筑平面图
根据业主的要求,拟将该楼整体向南(横向)平移18.8m,然后向西(纵向)平移71.2m,同时改造原来的门厅与楼梯方向。
图2 建筑平移平面图
二、场地工程地质条件
1.地形与地貌
拟建场地地处长江下游,属长江北岸漫滩相地貌,地势平坦,交通方便。以场地北侧已建综合楼室内地坪假设高程±0.000点,相当于黄海高程4.600m,场地相对标高一般为-1.30~-0.30米左右,场地局部有暗塘分布。
2.地下水条件
场地地下水的类型为:埋藏于①层杂填土中的上层滞水,受地表径流及大气降水的影响,其水位随季节性变化,一般水位约在地下0.80米。
3.地基土结构及岩性特性
经勘察查明,根据地层的沉积特点和物理力学特性自上而下共可划分为4层及1个亚层,各土层描述如下:
第①层素填土(Q4ml);第②层淤泥质粉质黏土(Q4al+pl);②-1层粉质黏土夹粉土(Q4al+pl);第③层 粉砂夹粉土(Q4al+pl);第④层粉土夹粉质黏土(Q4al+pl);
图3 工程地质剖面图
三、本工程平移的工程特点
(1)二层框架结构整体性较好,平面较规则,平移技术难度不大。
(2)地基比较软弱,平移线路较长,地基处理费用比重较大。
四、平移技术方案
1.荷载估算
迁移工程中的荷载包括恒载、活载、风荷载、动力荷载、摩擦反力等。不同验算阶段选用不同的恒载和活载水平。其中上部结构恒载、活载、风荷载取值根据《建筑结构荷载规范》(GB50009),迁移动力荷载以及摩擦反力根据室内试验以及过去工程实践实测结果。
根据现有结构形式与荷载水平,采用建筑结构PKPM软件建模计算,得到墙体与柱传到基础上的荷载,做为设计依据。屋面活载0.5KN/m2,楼面活载2.0KN/m2,屋面平改坡荷载按实估算,建筑结构恒荷载按实测估算。平移施工之前,应详细核对楼层荷载情况。本建筑物总重量约8865KN(含活载)。
图17 墙柱最大轴力简图
2、托换方案
框架结构地基梁封闭,在地基梁底面300mm位置截断柱。用钢筋混凝土包夹托换形式。
图18 柱式托换
3、新基础与轨道
新基础采用水泥搅拌桩复合地基,钢筋混凝土条形基础。水泥搅拌桩直径500mm,桩有效长度10.0m,(4)层粉土夹粉质粘土持力层,水泥掺入量15%。计划桩数量240根。
条形基础底面宽度1500mm,兼作纵向移动轨道梁。
图19 新基础平面图
图20 新基础与轨道结构图
图20 新基础结构图
4、原建筑室内轨道
原建筑内为水泥搅拌桩地基处理,独立基础,轨道基础采取枕木+混凝土梁跨越方式。
图21 室内轨道基础平面图
图22 室内轨道基础结构剖面图
5、过渡段轨道及地基处理
过渡段距离较长综合考虑工期和成本,采用灰土垫层与枕木槽钢轨道,枕木与槽钢可以周转使用。
图23 过渡段轨道基础结构剖面图
图24 过渡段轨道基础结构平面图
6、原地基梁临时加固
由于平移线路较长,而且L向平移,要求托换结构整体性要加强。采取钢结构临时加固地基梁体系。槽钢14a剪刀撑拉结,槽钢端部与柱锚固连接。
图25 过渡段轨道基础结构平面图
7、原建筑结构改造与拆除
原建筑平移位置后,南侧的门厅和北侧的楼梯需要互换位置。为节省平移费用,平移前拆除南侧门厅与北侧楼梯,平移到位后,再增设楼梯与门厅。其中如果没有特殊需要,门厅以上二层部分可以取消。互换位置的主要工作量是增加门厅基础、门厅结构、弥补原北侧楼梯洞口、开凿南侧楼梯洞口、增加楼梯结构等。
图26 首层平移前后建筑改造平面图
图27 二层平移前后建筑改造平面图
8、移动系统和装置
移动系统包括移动(滑动或滚动)装置、动力千斤顶和反力支座。
建筑物移动部分约880吨,采取轨道+滚轴移动方式,滚动系统的摩阻力系数按0.05考虑,即水平移动的总阻力约45-50吨左右。
动力千斤顶采用大行程千斤顶,按轴线设置,横向平移需要8个,纵向需要4个,千斤顶额度压力按照30MPa考虑,8个50吨千斤顶即可。
动力方案采用拉力牵引方案,在南侧与西侧轨道梁上增设对应加载反力点。启动阶段备用3套可动反力支座,以便局部阻力较大时助推。
9、同步平移
为保证平移稳定、同步,避免启动和卸载时振动加速度过大和移动扭转过大,采用以下措施:
楼房平移对控制的同步性要求较高,否则容易造成各个轴线位移不同步最终在结构内部产生附加应力,因此必须采取强有力的措施来保证牵引的同步性:
A.分级加荷:
施工前已经根据各横向轴线上轴力的合力计算出每轴所需要的推力。推力=轴力和×滑动摩擦系数×实际情况放大系数。第一级加荷加到设计荷载的30%,以后以每级10%的荷载递增,超过70%的设计荷载后,以5%的设计荷载递增,直到房屋移动。这样可以较准确的测定实际所需的摩擦系数。
由于采用大行程千斤顶,分级加荷可以有效的防止房屋移动过程中的偏移,并且房屋的振动减小很多。
B.移动前多次加荷训练:
在正式顶推前,分别测试每轴顶堆产生微小位移时的推力,以实际测定各轴加荷比例。然后反复调整油泵的油压力,直到房屋能够均匀的向前移动。测定时在各轴处设置百分表。通过百分表的读数能精确判断平移距离是否相同。精度在0.1mm以内。
C.严格控制移动同步:
平移过程中采用了多种实时监测措施来及时发现移动不平衡。不平衡有两个方面:一是整个房屋的扭转;另一是各纵向轴之间产生的位移差。
在每条轴线上设有1个牵引点,这些牵引点由高强钢铰线带动,高强钢铰线通过设置在轨道末端反力支座上的穿心千斤顶带动,在同步控制系统的操纵下,就可以将建筑拉动在轨道上前进。
为了使楼房受到的牵引力比较均匀,反力支座数量和牵引点的数量都比以往其它工程要多,在此基础上,配合已经施工的具有较大刚度的底盘,就可以充分保证楼房各部分均匀受力,同步前进。
图28 二层平移前后建筑改造平面图
10、就位连接
就位连接包括混凝土墙、框架柱及避雷装置的连接。
框架柱与剪力墙的连接采用下列方案:
(1)对于混凝土墙柱的对接,采用帮焊钢筋将框架柱与剪力墙中纵筋与新基础预埋纵筋连接,并在连接范围内设直径不小于6mm,间距不大于100mm的箍筋,然后在上托架和基础之间采用扩大截面法(扩大厚度约300mm)浇筑强度等级高一级的混凝土。
(2)钢筋混凝土框架柱与剪力墙对接完成后,根据情况对个别荷载较大的承力构件外围黏贴5-10mm厚度加强钢板。
11、结构改造与抗震加固
(1)结构改造加固:主要是楼梯与门厅更换位置后的结构加固
(2)抗震加固:本建筑建于2009年,国家2010年抗震规范有很大的变化,按现行规范校核原建筑结构,则很多方面不满足现行抗震规范要求。
12、恢复
(1)室内回填与地坪恢复:素土回填,人工夯实,200厚碎石垫层,100厚C20混凝土地坪,地砖面层。
(2)水电恢复:室内给水与排水、电力连接(不含室外管网费用)。
六、预计工期
准备工作10天,地基处理及桩基础20天,轨道梁10天,托换施工25天,上加固施工10天,平移10天,连接与恢复10天,各工种间相互交叉实施。综合有效工期80-90天。
七、工程造价(详见预算)