某建筑物平移工程頂推動力影響因素研究

戴占彪，李旭光，郝雨杭

（1.天津大學建筑工程學院，天津 300072；2.河北建研科技有限公司，石家莊 050021）

某建筑物平移工程頂推動力影響因素研究

戴占彪1，2，李旭光2，郝雨杭2

（1.天津大學建筑工程學院，天津 300072；2.河北建研科技有限公司，石家莊 050021）

以某辦公樓平移工程為例，對建筑物平移工程中首次頂推動力大于之后的頂推動力的原因進行了探究和分析，得出了首次頂推力會在建筑物上部產生較大的剪應力，對建筑物安全有一定影響的結論；通過對影響因素的分析，得出首次頂推動力數值的大小與粘結力的大小、下軌道梁鋼板上雜質是否清除干凈、滾軸和鋼板的變形、下軌道梁的變形等因素有關，并給出了減小首次頂推動力的解決措施。

首次頂推動力； 粘結力； 變形； 平移工程

隨著建筑物平移工程的不斷增多，建筑物整體平移技術也越來越成熟。建筑物平移過程中頂推動力數值的大小是平移工程的關鍵所在，首次頂推力尤為重要。根據筆者多年的平移施工經驗，首次頂推力的大小約為以后頂推力的2～3倍，而迄今為止對平移工程中頂推力研究較少，1992年解放軍后勤工程學院通過平移模擬實驗對牽引力進行了研究［1］；2005年中國礦業大學研究了三種不同材料滾軸的滾動摩擦系數、彈性恢復力［2］；山東建筑大學通過試驗定量地分析了滾軸直徑和建筑物自重與啟動牽引力F的關系，得出滾動式平移牽引力的計算公式［3］，但是建筑物平移過程中的首次頂推力研究還是空缺。該文對造成首次頂推力較大的原因進行了探究，并對減小首次頂推力提出了建議和解決方案。

1 工程概況

某單位辦公樓為一座4層建筑物，因為整體規劃需要對其由北向南整體平移30m。該建筑物建于1988年，東西長47.1m，南北寬7.2m，為4層磚混結構，條形基礎。平移場區東西長47.1m，南北寬30.0m，如圖1所示。

2 工程現場牽引力測試

辦公樓經加固完成后，上部結構總重量為24 245kN，該平移工程采用滾動式平移方式，滾軸直徑采用60mm的實心鋼滾軸，滾軸長度為250mm，間距為200mm。在該辦公樓的平移工程中，根據建筑物平移所處的不同位置分別測試了牽引力與建筑物移動位移的具體數值，圖2所示為建筑物不同平移位置下牽引力與移動位移關系曲線。

曲線Ⅰ為建筑物首次平移啟動時，牽引力與移動位移的關系曲線；曲線Ⅱ為建筑物距離原址3.6m時開始平移，牽引力與移動位移的關系曲線；曲線Ⅲ為建筑物距離原址10m時開始平移，牽引力與移動位移的關系曲線；曲線Ⅳ為建筑物距離原址22m時開始平移，牽引力與移動位移的關系曲線。從圖2可以發現，建筑物平移時啟動牽引力要大于平移過程中的牽引力，前者約為后者1.2倍。因此，設計時應以啟動時的牽引力作為控制值。該辦公樓平移時首次啟動頂推力數值為576kN，建筑物平移一段距離后啟動頂推力為200kN左右，建筑物平移中首次頂推力遠遠大于之后的頂推力，首次頂推力大約為以后頂推力的2.88倍，由此可見，首次頂推力大小的控制是平移工程中設計和施工的一個重要控制因素。

建筑物由靜止狀態到運動狀態將產生一個加速度，該加速度會對房屋上部結構產生一個剪應力，導致房屋前后傾斜、搖擺。對磚混結構房屋，抗剪能力較差，如果加速度過大，一方面可能因此而產生的剪應力超過房屋的抗剪能力，導致房屋出現水平裂縫，降低房屋的整體性和可用性；另一方面可能導致房屋前后傾塌，使平移失敗。該加速度主要由頂推力控制，由圖2可以發現，在所有的加速度中，以首次頂推力產生的加速度為最大，因此探究造成首次頂推力增大的原因以及如何減小頂推力具有很重要的意義。

3 頂推動力影響因素分析

建筑物平移過程中，頂推力數值的大小與粘結力的大小、下軌道梁鋼板上雜質是否清除干凈、滾軸和鋼板的變形、下軌道梁的變形等因素有關。

3.1 粘結力因素

該辦公樓為4層砌體結構，墻體的托換方式是雙梁式墻體托換方法，即在墻的兩側加上托梁，將荷載通過雙加梁的拉結作用傳遞給滾軸與下軌道梁，形成受力體系的轉換，如圖3所示。

從圖3可以看到，托梁將上部結構荷載通過位于梁底均勻布置的滾軸傳到下軌道梁上，托換梁從受力上相當于受到了均布荷載的倒置連續梁，兩個上托換梁通過聯系梁形成整體，增加了建筑物托換結構的整體性和剛度。施工時采用由下至上的順序依次施工，通過下軌道梁－滾軸－托換梁的順序完成了砌體墻體的托換，最后采用切割技術，將上部結構與基礎進行分離，即將滾軸與滾軸之間的墻體通過切割分離開來。大多數建筑物平移工程采用人工鑿斷、風鎬、氣割鑿斷等技術，該工程中采用風鎬技術進行切割，通過滾軸與滾軸之間的間隙將墻體與基礎分割，形成一條肉眼可見的空隙，從而形成上部結構與基礎的分離。通過風鎬切割技術形成的切割面并不是完全平面，而是不平整的面，如圖4所示。

在圖4中，將墻體下部切割放大后可以發現，其切割面并不平整，處于一個凹凸不平的面，當B點通過平移運動到A點位置時，將會發生咬合現象，A點會對B點產生一個阻礙上部結構運動的阻力，這種阻力稱為粘結力。在首次平移時粘結力會發生在凹凸處，隨著平移的進行切割面處將會逐漸趨于平整，直至這種粘結力消失。在此過程中，頂推力隨著粘結力的消失而逐漸變小。

3.2 雜質因素

在建筑物平移過程中，如果下軌道鋼板上存在混凝土碎屑和砌體碎屑等雜質，這些雜質會大大增加滾軸在平移過程中的摩擦系數，從而增大摩擦阻力。中國礦業大學分別對工程塑料合金滾軸、鋼管混凝土滾軸和鋼管聚合物滾軸在光滑鋼板面和有混凝土碎屑鋼板面上滾動摩擦系數進行了測定，如表1所示。

表1 滾動摩擦系數

從表1可以發現，3種不同的滾軸在有混凝土碎屑鋼板面的滾動摩擦系數大約是光滑鋼板面的滾動摩擦系數的2倍左右，因此下軌道鋼板的表面是否有雜質是影響牽引力數值大小的一個重要因素。在建筑物平移之前，雖然可以通過預先清理下軌道鋼板減少碎屑降低滾動摩擦系數，但是在建筑物平移過程中，滾軸內側的碎屑一般人工不易清除干凈，這就在一定程度上增大了首次頂推力的數值。同時，在建筑物首次平移過程中，切割面會在平移過程中產生大量的碎屑，這些碎屑分布在下軌道鋼板表面，在平移過程中增大了動摩擦系數。在平移一段距離后，鋼板上的碎屑已經可以通過人為手段清除干凈，并且切割面上已經不再產生碎屑，這時動摩擦系數已經減小，此時建筑物平移時的頂推力也大大降低。

3.3 滾軸和鋼板的變形

建筑物在平移前，由于長時間靜止放置，上部結構荷載通過滾軸傳遞給下軌道及其鋼板，因此滾軸和下軌道鋼板都將會產生變形。然而建筑物平移工程中需要滾軸和鋼板擁有一定的變形能力，這是由于軌道平整度誤差會導致滾軸受力不均勻，如滾軸選擇不當將會引起上部結構的開裂，因此滾軸和軌道應有一定的變形能力，使軌道均勻受力。平移前滾軸和鋼板的變形如圖5所示。

通過圖5可以發現，建筑物長時間靜止放置會導致滾軸和鋼板的共同變形，鋼板在滾軸的作用下向兩邊凸起，而滾軸在鋼板的作用下會趨于橢球形，這兩方面的變形會導致建筑物在首次平移時，頂推力需要克服的不再是純滾動摩擦，而是一部分滑動摩擦和一部分滾動摩擦，滾軸與鋼板接觸的部分與鋼板之間有相對運動，滾軸與鋼板的摩擦力為滑動摩擦力和滾動摩擦阻力矩的合力，這時候滾軸與鋼板的變形已經屬于典型的赫茲接觸。鋼板與滾軸的接觸面形成相對滾軸的凸起，支持力的水平分力阻礙平動，豎直分力阻礙轉動滾動摩擦。隨著建筑物的平移，滾軸與鋼板具有彈性恢復力，均恢復為正常形態，此時平移過程又恢復為滾動摩擦，此時阻力相對首次啟動時的阻力較小，頂推力相對首次啟動時的牽引力也較小。

3.4 下軌道梁的變形因素

在建筑物托換過程中，建筑物下部的托換結構是分批次分段進行托換的。通常托換施工時相鄰墻體不得同時托換，前一段托換混凝土強度達到設計強度的70%以上時，才可以進行下一步施工。該辦公樓的墻體托換施工順序如圖6所示。

從圖6可以發現，縱墻的施工順序由南向北依次順序托換施工，橫墻采用間隔施工順序依次托換，由于托換順序的不同，造成了托換結構對基礎施加的作用力各不相同，托換結構越早對基礎作用的時間越長，下軌道梁沉陷量越大。同時，對于同一片墻體，其托換也并不是同時施工托換，從圖3可以發現，托換時先對右半部分進行托換，再對左半部分進行托換，這樣造成在同一片墻體下，由于施工順序的不同下軌道梁的沉降量亦有所不同。于是下軌道梁形成凹凸不平的軌道面，整個托換順序時間越長，建筑物靜置時間越長，這種凹凸現象就會越明顯。軌道的凹凸不平會造成滾軸的行走平面處于不平行狀態，導致滾軸無法均勻受力，造成滾軸在扭曲的狀態下開始轉動，這是造成首次頂推力增大的重要原因。

4 解決措施

在建筑物平移工程中，減小頂推力尤其是首次頂推力的數值可以大大增加平移過程的整體穩定性和安全可靠度。

1）分割上部結構與基礎時可以增加切割次數，保證切割面之間保留足夠的空隙，以避免產生較大的粘結力。在切割時宜采用先外后里，先斷鋼筋，后斷混凝土核心區的斷柱方法，切割的順序、方法、程序均應以減小對原結構的損傷為前提。

2）針對不同的平移工程，合理選擇滾軸的類型、直徑、間距等因素，合理控制滾軸的變形因素。在平移前，注意保持滾軸擺放位置與下軌道梁相平行，同時保持下軌道梁上部鋼板與滾軸的干凈。

3）建筑物的托換工程應在保證工程質量的前提下盡快完成，同時采用水準儀法對軌道進行平整度監測，軌道平整度控制應包括局部凹凸和軌道坡度。局部凹凸值過大將導致滾軸受力不均勻，建議局部凹凸控制限值為2mm；軌道坡度將影響平移牽引力的大小并且使上部結構產生傾斜，其限值建議取1／1 000且總值不得超過5mm。

4）在首次平移時，嚴格控制牽引力增加的速率，保持牽引力以較低的速率增長，以避免建筑物產生突然的啟動而造成上部結構的損傷。

5 結 論

通過對某單位辦公樓平移工程中牽引力的測試，對頂推力的影響因素進行了分析，得到了以下結論：

a.對平移中首次頂推力遠遠大于之后頂推力的原因進行了分析，得到首次頂推力數值的大小與粘結力的大小、鋼板雜質是否清除干凈、滾軸和鋼板的變形、下軌道梁的變形等因素有關。

b.在建筑物的平移工程中，應增加切割次數，合理選擇滾軸的類型和切割的順序，對軌道平整度進行監測，保持滾軸擺放位置，嚴格控制牽引力增加的速率，通過以上手段降低建筑物平移過程中首次頂推力帶來的負面影響。

［1］姚國中，黃自新.房屋整體平移技術及模擬試驗研究［J］.建筑結構，1995，31（5）：9－10.

［2］袁廣林，袁迎曙.建筑物整體平移中的滾軸及其應用研究［J］.四川建筑科學研究，2006，32（4）：129－131.

［3］夏風敏，賈留東，張 鑫，等.建筑物平移牽引系統的設計［J］.建筑結構，2006，36（9）：8－10.

Influencing Factors Research of Jacking Force in the Building Translation Project

DAI Zhan－biao1，2，LI Xu－guang2，HAO Yu－hang2
（1.College of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2.Hebei Building Research Engineering Co，Ltd，Shijiazhuang 050021，China）

Based on an office building translation project as an example in this paper，it is analyzed that the first jacking force is greater than the later jacking force in the building translation project.It is concluded that the jacking force for the first time can produce larger shear stress in the upper buildings，which can affect the building’s safety.By the analysis of the influencing factors，it is obtained that the size of the jacking force in the first time is related to the size of the cohesive force，the impurities on the lower track’s steel，the deformation of the rollers，the steel plates and the track beam.It gives some measures to reduce the jacking force for the first time.

the first jacking force； cohesive force； deformation；translation project

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.023

2014－03－18.

河北省2012科技計劃項目（12215801D）.

戴占彪（1980－），碩士生，工程師.E－mail：daizhanbiao＠163.com