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        某3800噸觀音大佛整體迫降35m工程設(shè)計(jì)方法分析

        2022-03-10 04:07:44彭濤馬賢勝衛(wèi)海
        安徽建筑 2022年2期
        關(guān)鍵詞:層底墊塊構(gòu)筑物

        彭濤,馬賢勝,衛(wèi)海

        (江蘇鴻基節(jié)能新技術(shù)股份有限公司,江蘇 南京 210019)

        0 前言

        建筑物迫降技術(shù)是改變建筑物標(biāo)高的一項(xiàng)專門的建筑技術(shù),屬于建筑物移位技術(shù)的一個分支,近年來由于工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展和既有建筑物功能和性能要求的不斷提高,建筑物迫降技術(shù)[1]在建筑物糾偏等方面得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

        根據(jù)國務(wù)院相關(guān)規(guī)定,2015年后新建的室外宗教標(biāo)志性構(gòu)筑物不得超過10m。由于現(xiàn)有山西省某風(fēng)景區(qū)觀音大佛的總高度39.91m,遠(yuǎn)超過了規(guī)定限值,因此需要進(jìn)行整改或者拆除?,F(xiàn)將觀音大佛原位保護(hù),整體迫降35m。

        1 概述

        圖1 觀音大佛實(shí)景圖一

        圖2 觀音大佛實(shí)景圖二

        1.1 工程概況

        觀音大佛佛像高度26.1m,蓮花寶座高度13.85m,大佛本體加蓮花底座總高度大約為39.91m,山下地平面至佛像頂部108m,總重量3800t,于2012年開工建設(shè)并建成?,F(xiàn)由于政策變化,應(yīng)業(yè)主要求,整體佛像下沉35m;觀音大佛佛像基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ),原樁采用人工挖孔灌注樁,直徑D=800mm,樁長15m,為摩擦端承樁,樁端持力層為②層粉土層,筏板基礎(chǔ)厚度1m,蓮花底座為剪力墻結(jié)構(gòu)。現(xiàn)采用錨桿靜壓樁進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)換,荷載轉(zhuǎn)換完成后,破除原樁基礎(chǔ),利用錨桿靜壓樁及自動控制迫降系統(tǒng)進(jìn)行迫降。

        1.2 地質(zhì)情況

        第①層,雜填土(Q42ml),本場地內(nèi)除個別零星地段缺失外,基本均有分布,厚度變化不大,層厚0.50m~1.30m,平均厚度0.90m,層底深度0.50m~1.30m,層底標(biāo)高863.91m~864.70m。褐黃等雜色,稍濕,松散,物質(zhì)成分以粉土為主,含碎磚等建筑垃圾,土質(zhì)不均。呈中等~高壓縮性。

        第②層,粉土(Q3pl),本場地內(nèi)均有分布,厚度變化不大,層厚22.40m~23.50m,平均厚度23.10m,層底深度23.40m~24.20m,層底標(biāo)高841.03m~841.82m。褐黃色,稍濕,稍密~中密,具大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,土質(zhì)較均一,含云母碎片、零星鈣質(zhì)結(jié)核。飽和狀態(tài)下?lián)u振反應(yīng)迅速,無光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低。

        第③層粉質(zhì)粘土(Q2pl),本場地內(nèi)均有分布,厚度變化不大,層厚4.30m~5.90m,平均厚度5.00m,層底深度28.30m~29.30m,層底標(biāo)高835.90m~836.91m。紅褐色,硬塑~堅(jiān)硬狀態(tài),含少量鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲。飽和狀態(tài)下?lián)u振無反應(yīng),切面較光滑,干強(qiáng)度高,韌性中等。

        第④層,粉土(Q2pl),本場地內(nèi)均有分布,厚度變化不大,層厚4.30m~5.30m,平均厚度4.80m,層底深度32.80m~34.60m,層底標(biāo)高830.60m~832.43m。褐黃色,濕,中密,土質(zhì)較均一,含云母碎片。飽和狀態(tài)下?lián)u振反應(yīng)迅速,無光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.30 MPa-1,呈中等壓縮性,回彈模量Ee平均值126.18MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測擊數(shù)15~18擊。

        第⑤層粉質(zhì)粘土(Q2pl),本場地內(nèi)均有分布,厚度變化較大,層厚2.70m~4.50m,平均厚度3.70m,層底深度37.00m~37.50m,層底標(biāo)高827.82m~828.21m。紅褐色,可塑狀態(tài),含零星鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲。飽和狀態(tài)下?lián)u振無反應(yīng),切面較光滑,干強(qiáng)度高,韌性中等。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.31 MPa-1,呈中等壓縮性,回彈模量Ee平均值99.58MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測擊數(shù)19~20擊。

        第⑥層,粉土(Q2pl),本場地內(nèi)均有分布,厚度變化不大,層厚7.00m~9.00m,平均厚度7.70m,層底深度44.30m~46.30m,層底標(biāo)高818.93m~820.91m。褐黃色,濕,密實(shí),土質(zhì)較均一,含云母碎片。飽和狀態(tài)下?lián)u振反應(yīng)迅速,無光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.32MPa-1,呈中等壓縮性,回彈模量Ee平均值119.84MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測擊數(shù)20~27擊。

        第⑦層粉質(zhì)粘土(Q2pl),本場地內(nèi)均有分布,厚度變化不大,層厚8.00m~11.10m,平均厚度10.00m,層底深度54.30m~55.60m,層底標(biāo)高809.72m~810.93m。紅褐色,可塑~硬塑狀態(tài),含少量鈣質(zhì)結(jié)核及菌絲。飽和狀態(tài)下?lián)u振無反應(yīng),切面較光滑,干強(qiáng)度高,韌性中等。該層土的壓縮系數(shù)а1-2平均值0.28MPa-1,呈中等壓縮性,回彈模量Ee平均值91.30MPa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測擊數(shù)24~34擊。

        2 迫降設(shè)計(jì)

        2.1 錨桿靜壓樁設(shè)計(jì)

        迫降施工是本工程的重點(diǎn)工作內(nèi)容,先開挖3m土方,提供施工操作面,錨桿靜壓樁施工完成提供上部荷載的托換樁。通過托換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行荷載的托換。

        原筏板底采用的人工挖孔樁深度15m,構(gòu)筑物需要迫降35m,迫降深度遠(yuǎn)大于原樁深度,在迫降過程中需要破除原樁,本設(shè)計(jì)采用的是錨桿靜壓樁進(jìn)行荷載的托換,錨桿靜壓樁施工是利用構(gòu)筑物本身的自重進(jìn)行靜力壓樁。

        圖3 錨桿靜壓樁示意圖

        樁身截面尺寸:φ402x14mm直縫焊管或高頻直縫管(Q345b)。

        根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值[2][3],按下式估算:

        式中:qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

        單樁豎向承載力特征值Ra應(yīng)按下式確定:

        式中:

        Quk——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

        k——安全系數(shù),取k=2。

        承載力特征值取整為1800kN。

        構(gòu)筑物總重量為3800t;下部由32根φ402×14鋼管樁45長度,每個樁平均承擔(dān)荷載3800/32=119t/根;滿足承載力要求。

        圖4 新增錨桿靜壓樁示意圖

        設(shè)計(jì)單樁樁頂壓樁力Ra=3600kN,正常狀態(tài)下單樁豎向承載力特征值Ra=1800kN(有效樁長45m),樁端持力層7層粉質(zhì)黏土層,終壓樁力≥3600kN;由于地質(zhì)土層較好,臨時支撐樁既要達(dá)到相應(yīng)的承載力,承受上部佛像重量及荷載,又要能夠滿足迫降35m深度的要求,因此壓樁由樁長和壓樁力雙控。

        2.2 迫降節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        迫降上節(jié)點(diǎn)采用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),鋼節(jié)點(diǎn)的承載力[4]為R=3600kN,下部連接千斤頂或迫降小車等迫降設(shè)備,迫降設(shè)備下部設(shè)置迫降墊塊,墊塊支撐在鋼管樁上。通過多級托換迫降的方式進(jìn)行迫降。

        為保證迫降過程的安全性,迫降設(shè)備的承載力設(shè)置3倍安全系數(shù),同時設(shè)置了另外兩道保護(hù)措施;第一道保護(hù)措施:所有的迫降設(shè)備都有液壓鎖裝置,保證液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者開挖過程中油管破損等情況都能保證每個迫降設(shè)備自動鎖死,保證迫降過程的安全性;第二道保護(hù)措施:在迫降設(shè)備活塞邊側(cè)放置鋼板小墊塊保證迫降過程中的剛性支撐。

        圖5 迫降托換示意圖

        圖6 迫降節(jié)點(diǎn)示意圖

        圖7 迫降節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場照片

        2.3 迫降過程設(shè)計(jì)

        迫降設(shè)備每次的行程為200mm,下部大墊塊每塊厚度為200mm,在千斤頂?shù)膬?nèi)部有保護(hù)性小墊塊,小墊塊的厚度為20mm每塊,總共10塊;在迫降過程中,每次行程20mm,每迫降一次同時抽掉一塊小墊塊。每次迫降完成200mm后,逐步抽掉一個大墊塊,每次最多同時抽掉對稱位置的兩個托換樁上的大墊塊。同時進(jìn)行補(bǔ)充壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的荷載值;再進(jìn)行逐個的抽換,直至全部完成抽換任務(wù),再進(jìn)行下一步的迫降行程。完成1m迫降后,進(jìn)行挖土和破樁工作,再進(jìn)行下一次的迫降工作。重復(fù)每次的迫降,直至迫降到設(shè)計(jì)深度。

        圖8 迫降過程中照片

        迫降過程中需要對整個構(gòu)筑物進(jìn)行傾斜率和迫降差值的實(shí)時監(jiān)控,要求如下表。

        監(jiān)測情況及預(yù)警措施

        2.4 迫降到位后對接

        迫降到位后,逐個撤出全部設(shè)備,采用回填混凝土的方式進(jìn)行回填。

        3 結(jié)論

        本文以觀音大佛構(gòu)筑物為例進(jìn)行迫降工程的設(shè)計(jì),從托換錨桿靜壓樁、托換節(jié)點(diǎn)以及迫降過程等方面做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。其主要結(jié)論如下:

        ①錨桿靜壓樁既要滿足上部構(gòu)筑物重量等荷載的相關(guān)承載力要求,并且達(dá)到迫降深度后剩余樁承載力仍能滿足相關(guān)承載力要求,同時也要滿足迫降深度的要求,因此錨桿靜壓樁的設(shè)計(jì)必須以壓樁力和樁長雙控;

        圖9 迫降到位后照片

        圖10 迫降到位對接示意圖

        ②托換節(jié)點(diǎn)采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn),既要滿足迫降承載力要求,也要滿足托換施工的便利性,為充分考慮迫降過程的風(fēng)險,托換節(jié)點(diǎn)的承載力滿足3倍安全系數(shù);

        ③為保證迫降過程的安全性,設(shè)置了兩道保護(hù)措施,一是所有迫降設(shè)備設(shè)置液壓鎖裝置,二是在迫降設(shè)備活塞一側(cè)放置鋼板小墊塊保證迫降過程中出現(xiàn)意外時,提供臨時保護(hù)剛性支撐;

        ④本項(xiàng)目在迫降構(gòu)筑物的深度、迫降構(gòu)筑物的重量等多個方面創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

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