建筑物帶地下室整體平移技術(shù)結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟(jì)性分析*

許祎斌，于三力，孫 睿，賴福文祥，李健男

(中建一局華江建設(shè)有限公司，北京 100161)

1 平移工程概述

世界上最早的平移工程出現(xiàn)在1873年的新西蘭(見(jiàn)圖1a)，采用從農(nóng)房基礎(chǔ)下分離，使用蒸汽牽引的方式平移到位。1983年，英國(guó)沃靈頓市的學(xué)校歷史建筑平移15m(見(jiàn)圖1b)。移位前在基礎(chǔ)下設(shè)置鋼筋混凝土軌道梁，上下軌道梁之間放置鋼滾軸，用卷?yè)P(yáng)機(jī)和鋼絲繩做牽引裝置。在隨后的若干年內(nèi)，樓房平移方法主要采用在基礎(chǔ)下部修建新基座，然后在基座下修建滑道并頂推平移至新址。直到1992年，技術(shù)人員提出將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)分離，單獨(dú)將上部結(jié)構(gòu)平移至新址然后再進(jìn)行連接的方式。該方式的出現(xiàn)，取代了一部分平移建筑的移位方法。

平移工程在我國(guó)的發(fā)展雖然起步較晚，但是近年來(lái)發(fā)展迅速。2000年，山東省臨沂市辦公大樓平移工程(見(jiàn)圖1c)，采用從建筑1層中間切割分離，在切割位置上下設(shè)置軌道梁及托盤梁的分離方式平移到位。2006年，萊蕪高新區(qū)管委會(huì)綜合樓平移工程(見(jiàn)圖1d)，該工程地下1層，主樓15層，裙樓3層。采用從地下1層切割分離的方式，將建筑物平移至新址。

圖1 平移工程實(shí)例

2 工程概況

后溪長(zhǎng)途汽車站主站房平移工程位于廈門市集美區(qū)后溪鎮(zhèn)(見(jiàn)圖2)，總建筑面積6.82萬(wàn)m2，其中平移的主站房長(zhǎng)162m，寬33.6m，總面積為2.28萬(wàn)m2，重3.018萬(wàn)t，從主站房地下2層進(jìn)行切割分離、帶地下室整體旋轉(zhuǎn)90°，首次采用交替步履式頂推平移技術(shù)將主站房一次性旋轉(zhuǎn)平移到新址，最長(zhǎng)平移距離達(dá)288m。是國(guó)內(nèi)迄今為止體量最大、移位距離最長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)平移工程，并于2019年9月6日創(chuàng)建筑物旋轉(zhuǎn)平移弧度最長(zhǎng)的吉尼斯世界紀(jì)錄。工程的實(shí)施縮短了工期、降低造價(jià)，有效避免了因拆建產(chǎn)生的建筑垃圾和建材浪費(fèi)，大幅度降低粉塵和噪聲污染。

圖2 平移主站房

3 平移方案比選

3.1 首層切割

在不考慮平移的安全性和可操作性時(shí)，采用首層切割的方式，優(yōu)勢(shì)在于避免了在平移結(jié)構(gòu)原址處開(kāi)挖基坑的施工步驟(同時(shí)節(jié)省了基坑圍護(hù)降水等費(fèi)用)，可以迅速進(jìn)行建筑物的切割分離工序，開(kāi)展后續(xù)工作，從而縮短平移工期。同時(shí)，平移結(jié)構(gòu)質(zhì)量也將大大減輕(約1.5萬(wàn)t)。

然而，對(duì)于平移新址需要新建地下室而言，還需考慮新址地下室的建設(shè)工期。采用正負(fù)零板切割的方式，直接降低了平移工程作為節(jié)約建材避免環(huán)境污染的意義。在操作層面，由于1層大廳最大柱間距高達(dá)18m，托換時(shí)所考慮的單柱承載力尤其是柱彎矩非常大，經(jīng)計(jì)算，Mx達(dá)1 300～1 600kN·m，共計(jì)12根，My達(dá)700～900kN·m，共計(jì)4根，很難滿足要求。其次，首層柱間距大，整體穩(wěn)定性也差，不利于移位安全。且移位建筑主體重約1.5萬(wàn)t，正負(fù)零板承載力不足，無(wú)法作為建筑移位的基礎(chǔ)。首層作為原建筑的工作大廳，其裝修較為精美，從首層切斷還會(huì)對(duì)首層的精裝修造成破壞，大大提升了后期恢復(fù)的成本。

3.2 地下1層切割

該方式平移建筑質(zhì)量介于首層切割與地下2層切割，達(dá)2.25萬(wàn)t。施工前需要開(kāi)挖基坑至地下1層處，將同樣面臨地下1層板面承載力不足難以作為建筑物移位基礎(chǔ)的問(wèn)題(需先進(jìn)行支撐)，以及托換時(shí)單柱承載力的問(wèn)題。

3.3 地下2層切割

該方式缺點(diǎn)在于平移前需先開(kāi)挖基坑至基地，在平移路徑上開(kāi)挖基坑，需要耗費(fèi)一定的工期，平移質(zhì)量達(dá)3萬(wàn)t以上。其優(yōu)勢(shì)也特別明顯，采用地下2層的切割方式，該層柱距較小，且底板下具有穩(wěn)定的基礎(chǔ)，經(jīng)計(jì)算，原Mx降低為<100kN·m，原My為470kN·m。將上部結(jié)構(gòu)帶地下室進(jìn)行整體移位，能夠保障平移安全。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選用地下2層切割，完好地利用2層地下室，避免了重建與拆除，且能比較好地保護(hù)上部的精美裝修、增大平移面積，大幅減少平移后的修繕工作。

3.4 基礎(chǔ)位置切割

采用從基礎(chǔ)位置進(jìn)行切割分離的方式施工更加復(fù)雜，該方法目前主要應(yīng)用在一些小型民用建筑或歷史建筑物的平移工程。在施工前，首先需要開(kāi)挖基坑至原建筑底板基礎(chǔ)以下，露出原基礎(chǔ)，再采用托換技術(shù)將建筑物托換在穩(wěn)固的新建軌道梁上，最后切割分離建筑物平移至新址。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于最大程度地保護(hù)了原建筑整體性，對(duì)一些具有保護(hù)價(jià)值的歷史建筑意義重大。

然而，在后溪長(zhǎng)途汽車站平移工程中，由于原建筑含2層地下室，底板底深度達(dá)9.35m，廈門市地下水位常年處于-1.000m左右深度，加之施工時(shí)處于廈門市臺(tái)風(fēng)季節(jié)，暴雨帶來(lái)的高水位將使得施工極不便利(選擇其他層切割有效避免在施工托盤梁軌道梁時(shí)這一問(wèn)題)。另一方面，不同于民用淺基礎(chǔ)，該工程基礎(chǔ)采用的是預(yù)應(yīng)力管樁承臺(tái)基礎(chǔ)，平移至新址需要考慮如何在新址處建立一個(gè)具有足夠承載力的基礎(chǔ)并連接。根據(jù)地勘情況，勢(shì)必需要另外在新址上打樁，新打的樁基如何與平移過(guò)來(lái)的建筑物底板連接，目前仍難以尋找到經(jīng)濟(jì)可靠的解決辦法。

4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

根據(jù)以上分析，選擇前3種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，如表1所示。

由表1可以看出，方案3與方案1相比造價(jià)節(jié)省2 540萬(wàn)元，選方案1與方案2相比較造價(jià)節(jié)省1 275萬(wàn)元。方案3平移到位工期最短，較方案2提前60d，較方案1提前100d。

表1 3種方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，針對(duì)廈門后溪長(zhǎng)途汽車站平移工程施工工況，選擇從地下2層切割分離經(jīng)濟(jì)性最佳，降低成本，縮短工期，極大保護(hù)了建筑物的完整性。同時(shí)在安全施工方面，具有施工操作簡(jiǎn)單、安全的特點(diǎn)，是最適宜平移的切割分離位置。類似工程在進(jìn)行切割分離位置選擇時(shí)可以參考。