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特种工程施工工艺解析

特种工程施工主要指纠倾工程、工程平移和托换工程等施工技术。特种工程施工是一项高风险，技术复杂的工程，为了取得纠倾扶正、平移或托换工程的成功，必需事先制定好技术方案，并在施工中不断加以完善补充，做好信息化施工。这里主要介绍这几种工程的施工工艺及其特点，说明其操作过程相对来说技术要求高、施工难度大和存在较大的风险性。
　　建筑物的平移
　　 建筑物的平移分为滚动平移和滑动平移两种，而滚动平移又包括上下轨道间设置滚轴的滚动平移和上下轨道间设置转轮的滚动平移。建筑物的平移包括平移、转动、抬升和下落等内容，其中平移的较多。
　　平移工程的设计（一）
　　荷载计算：计算承重结构作用于托换结构上墙体底线荷载或柱子底集中荷载值。
　　结构计算：包括托换结构设计，截面计算、配筋计算以及结构的联结构造措施；
　　下轨道设计：下轨道即原建筑物的基础受力验算和补强设计；
　　轨梁的设计要求是：顶面必须水平，以减少推移过程中的阻力；能够承受滚轴所传递的竖向荷载而不发生沉降；安全系数≥1.05。
　　新基础设计：平移过程中新设置的基础的受力、变形验算及补强设计；新基础满足以下要求：基础能承受建筑物的长期荷载，不会因突然加载而产生不均匀下沉；能够承受整体移动荷载，在任何位置都不允许发生影响移动的变形；新基础梁面应与旧基础轨梁面齐平，以利于平移作业。
　　平移工程的设计（二）
　　地基设计：平移路线的地基，按性进行设计，安全系数可取性设计时的80％。平移后的地基基础设计，若出现新旧基础的交错，应考虑既有建筑地基承载力的提高，造成新旧基础间地基变形的差异，必要时应作加固处理。
　　滚动支座设计：滚动支座一般采用实心钢棒或钢管混凝土，支座上下采用厚20mm的钢板作为上下轨道面，以利于应力扩散及减少滚动摩擦力，要求滚轴与钢板间的摩擦系数μ＝0.1；滚动支座要设计有限位卡；滚动支座的间距及数量应根据支承力的大小设计。
　　移动装置的设计：移动装置有牵引式及顶推式两种，一般牵引式用于荷载较小的小型建筑物，顶推式用于较大型的建筑物，必要时可两种方式并用；托换粱系作为移动的上轨道粱，基础作为下轨道粱，平移前应进行下轨道粱的修整和找平；下轨道粱系应同时根据位移荷载的滚动压力进行设计。
　　平移工程的施工工艺（一）
　　A 监测原结构的牢固程度，根据工程实际需要，对拟平移建构筑物进行加固和保护；
　　B 接着是整个托换结构施工。托换承台及连梁的施工；最关键的是要做好承台与柱接触处新旧混凝土界面的处理、入柱锚筋的施工。并在形成可移体前，做好支撑体系的支护。托换时分段置入上下钢板及置入滚动支座，控制施工的准确度，保证钢板的水平；
　　 C 可移体的形成。待托换底盘达到和轨道梁达到设计强度后，在预定位置安放千斤顶，千斤顶上部垫塞2cm～4cm厚的钢板与基础梁顶紧，接着在距离基础梁底以下40cm处将构造柱沿水平方向切开，使原基础梁与竖向框架组成空间框架结构，基础以上部分则成为可移体。
　　平移工程的施工工艺（二）
　　d:新基础体系和平移路线基础的施工；都要达到强度后方可进行推移施工。由于轨道梁属于临时建筑，但在平移工程中却是十分关键的工序和部位。应严格按设计要求进行上下轨道粱的钢筋混凝土浇注施工，要建立严格的施工管理及质量监测体系；
　　e:平移 对建构筑物进行推移，推顶施工或牵引力要有测力装置，确保提供有效牵引力，严格按设计要求施工；平移时要控制速率不大于50mm/min，保持匀速前进，并设置限制滚动装置。平移施工首先应有施工组织计划、完善指挥及监测系统，推移期间尤其做好水平及垂直变位的观测；对原结构的变形和轨道的变形要密切关注。
　　平移工程的施工工艺（三）
　　f:就位 当拟平移建（构）筑物达到新基础时，要调整好原中心和中心的偏差。一般进行适当的纠偏和旋转施工，已达到设计的要求。
　　g:连接新基础和拟平移建（构）筑物。平移到位时应立即进行结构的连接并分段浇捣混凝土；竣工后要进行变形观测，并竣工验收资料。
　　
　　平移工程施工流程图
　　平移动画演示
　　平移的优缺点
　　(1)与拆迁相比，平移建筑物的技术经济效益显著。如果平移距离不是很远的话，费用相对较低。采用平移法的另一个优点就是节省材料，原建筑基础以上部分不需要重建。因此，这项技术应认真进行深入研究，在条件适宜的工程中推广应用。
　　(2)建构筑物平移技术的适用条件是：平移建筑物仍有较高的利用价值或者是文物之类的（非保留不可），场地又具有平移的条件，拆迁施工工期紧张的建筑物用此法效果尤为显著。
　　
　　平移的优缺点（二）
　　(3)平移过程中的安全措施须尽量完善。拟平移建（构）筑物平移过程中成为无固定点的可移体，故抗震、抗风能力极低，所以必须考虑中止措施，有足够的支撑体系，对可移体的移动能够有效控制。有了可靠的中止措施后，还可把轨梁设计成下坡，进一步减少平移过程中的阻力。
　　(4)轨道设计应尽量做到能重复使用，不能二次利用是一个很大的浪费，因此，应考虑用钢构件（成品）组拼轨梁，用之代替钢筋混凝土梁，以利于重复使用降低工程造价。
　　
　　纠倾工程
　　 纠倾（纠偏）是指已有建（构）筑物偏离垂直位置发生倾斜而影响正常使用时采取的纠正措施。纠倾是一项技术难度较大、责任性较强和冒有一定的风险的工程。它必须会同勘察、设计、施工及科研或学校单位，摸清已有建（构）筑物发生倾斜的原因，提出纠倾的可行性方案。建筑物整体刚度较好时，纠倾比较单一，否则必须结合建筑物的加固进行难度更大的纠倾。任何一种纠倾方案都应考虑首先尽快制止基础沉降多的部位再继续下沉，然后按一定次序采取稳妥措施使少沉部位迫降，或使多沉部位顶升纠偏。在纠偏过程中，必须设置严密的监测系统。按纠倾的方法可分为抬升纠倾、迫降纠倾和综合纠倾。
　　纠倾的主要施工方法
　　纠倾的主要施工方法。纠倾方法可以分为四大类：迫降纠倾（掏土，水处理、加压、砂基液化、桩体卸荷法、）、抬升纠倾、横向加载法和综合纠倾。迫降纠倾是指在倾斜建筑物基础沉降多的一侧采取阻止下沉的措施，而在沉降少的一侧采取迫降措施的纠倾方法。迫降纠倾方法包括直接掏土法、钻孔取土纠倾法、地基应力解除纠倾法、沉井深层冲水掏土纠倾法、反向掏芯抽降纠倾法、顶桩掏土纠倾法、压重纠倾法、锚杆降压桩法、应力解除法、触变法、桩身卸荷法、降水纠倾法、注水纠倾法等；抬升法包括基础底部抬升法、基础上部锚杆静压桩抬升法、地圈梁顶升纠偏法、上部结构托梁顶升纠偏法、地基注浆膨胀抬升法和双灰桩法等；横向加载法主要是指扶墙式的挡墙法；综合纠倾就是指上述各种方法中的两种或几种方法结合起来用，采用综合手段来纠倾。
　　建筑物倾斜原因的分析（一）
　　建筑物地基土厚不均匀，软硬不均。在山坡、河滩或回填土建造的建筑物，其地基土一般有厚薄不均，软硬不匀现象。若对地基处理不当，或者所选用的基础形式不对，很容易造成建筑物的倾斜。
　　地基稳定性差和受环境影响大。湿陷性黄土和膨胀土受环境影响大；尤其湿陷性黄土入水后产生大量的附加沉降，而且超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍。当黄土的土层分布较深，湿陷面积较大，同时建筑物的刚度较好而且重心和基础形心不重合时，会引起建筑物的倾斜。
　　建筑物倾斜原因的分析（二）
　　勘察不准、设计有误、地基承载力不足。对于软土地基、可塑性粘土和高压缩性淤泥质土等地质条件，荷载对其沉降影响较大。
　　布置或使用不当造成建筑物重心与基底形心偏离过大。引起附加荷载或弯矩导致建筑物倾斜。
　　地基土软弱，基础埋深小。地基土软弱导致在应力作用下很容易发生变形，基础埋深小将导致建筑物抵抗不均匀的沉降能力弱。
　　建筑物倾斜原因的分析（三）
　　引起建筑物倾斜的其它原因：沉降缝处两相邻单元或者临近的两座建筑物，由于地基应力重叠作用，会导致相邻单元（建筑物）的相倾；地震作用引起的地基土液化和地下工程的开挖等会引起建筑物的倾斜；由于施工质量差，造成局部基础破损而导致建筑物倾斜；边坡滑移而引起的地基破坏，造成建筑物倾斜或开裂；水平外力引起的建筑物的倾斜；地基上冻胀引起的倾斜；地基中有有空洞孔洞引起建筑物倾斜；在室外靠近建筑物墙体大量长期堆载，造成建筑物倾斜下沉等。
　　
　　建筑物纠倾方法的合理选择
　　根据倾斜原因，选择合理的纠倾方法，是制定好纠倾技术方案、确保纠倾工程成功的重要前提，选择纠倾方法时，应注意以下各点：
　　 (1)为避免采用迫降法造成的室内净空减少、室内外管线标高改变所带来的一系列问题，并降低工程造价，应尽可能选用抬升法。
　　 (2)对因管道漏水或其他原因地基海水而引起建筑物的倾斜，可采用浸水法或掏土法。浸水时要控制浸水量，掏土时要避免突然下沉现象。
　　建筑物纠倾方法的合理选择（二）
　　 (3)对饱和软土或含水量较高的砂性土地基上由基坑开挖、降水引起的倾斜，可在建筑物的另一侧降水(井点管、滤水管、沉井、大口径井)，使建筑物回倾。
　　 (4)在软土地基上倾斜的建筑物，可用软掏土法纠倾(如应力解除法)，但应控制回倾速率。
　　 (5)对于粉土、粉质枯土、枯土等地基上的倾斜建筑物，用其他方法难于奏效时，可采取辐射并纠倾法。
　　建筑物纠倾方法的合理选择（三）
　　(6)位于砂土或砂性填土地基上的建筑物发生倾斜时，可采用局部振捣液化法使地基发生瞬时液化，造成基础下沉而达到纠倾的目的。
　　 (7)由于建筑物自重偏心引起倾斜时，可采用增层(或加载)反压纠倾法。
　　 (8)当采用桩基础的建筑物倾斜时，可采用桩体卸载法或桩顶卸荷法纠倾。
　　建筑物纠倾方法的合理选择（四）
　　 (9)如地基下沉量过大，软土层较厚，建筑物又具有较好的整体刚度时，要采用顶升纠偏法或横向加载纠倾法。
　　(10)对于倾斜量较小的建筑物，可采用水平双灰桩法纠倾。
　　 (11)对在煤矿开采区或土层易发生斜向滑塌变形地区修建房屋时，施工时应预留纠倾条件，如预留砂垫层、顶升纠偏孔或锚杆降压桩孔等。
　　
　　建筑物纠倾方法的合理选择（五）
　　(12)建筑物纠倾时，并不只是采用一种方法，根据其倾斜和地基土层特征，可采用两种或多种并用的纠倾方法，如锚杆降压桩及压重法、注水法和掏土法和应力解除法或双灰桩法等。
　　 (13)建筑物防止复倾加固，应选择有效的方法与纠倾同时进行。防复倾可采用双灰桩、灌浆、扩大基础底面积以及地坪筏板法等。
　　纠倾设计的要点（一）
　　纠倾工程是一项高风险，技术复杂的工程，为了取得纠倾扶正工程的成功，必需事先制定好纠倾技术方案，并在施工中不断加以完善补充，做好信息化施工。
　　在制定施工方案前，应对倾斜建筑物的上部结构、地基基础状况以及倾斜、裂缝产生的原因进行调查分析。对整体结构刚度差的建筑物，纠倾前要对原结构进行有针对性的加固，防止纠倾施工时发生破损甚至倒塌。
　　纠倾设计的要点（二）
　　纠偏归纳起来有迫降纠偏托换和顶升纠偏纠偏托换两大类。其实质是人为地调整基础不均匀沉降，达到纠偏的目的。
　　在制定施工方案时，要考虑建筑物地基在纠倾施工时产生的附加沉降，并估计纠倾后建筑物地基可能持续的变形（即滞后的回倾量），应采取妥善处理措施，在纠倾施工时及施工后要加强现场观测。要考虑纠倾后的再复倾可能性，采取有效加固手段如防复倾的地基处理。
　　纠倾设计的要点（三）
　　同样，选择的纠倾方案既要安全可靠，施工简便，又要经济合理降低工程造价缩短工期，应当制定现场监测方式、监测点的设置、监测内容和手段，以便通过监测控制回倾速率和掌握纠倾复位结束的时机，预留好滞后回倾量，注意建筑物裂缝变化情况，根据裂缝变化规律，调整纠倾速率和采取相应辅助措施。同时应有安全防护及报警措施。
　　纠倾方案应对纠倾后空心土的回填方法及墙体裂缝的处理等做出明确的规定，这将有利于建筑物整体刚度，增加抗倾覆的能力和通过基底应力分流措施降低原地基底压力。 M
　　以断柱顶升纠偏纠倾法来说明纠倾的工艺过程
　　
　　断柱顶升纠偏纠偏技术。主要是包柱式托换承台或整体夹梁体系支承二层以上楼层的荷载，并将荷载传递给支撑顶升纠偏体系，通过在严密监测控制下的逐步顶升纠偏纠偏，使房屋扶正。
　　托换需前调查研究的内容：1现场得工程地质和水文地质条件；2被托换的建筑物的结构、构造和受力特性；3托换施工期内影响；4使用期间和周围的实际情况
　　以断柱顶升纠偏纠倾法来说明纠倾的工艺过程
　　明确顶升纠偏纠偏工程的要求和工程效果
　　施工期尽可能短，顶升纠偏纠偏要确保安全，对原结构破坏尽量小，特别是二层以上。修复以后的结构，必须符合有关国家规范。
　　进行顶升纠偏施工应考虑的因素
　　(1)由于拟顶升纠偏建（构）筑物建成后都经历了沉降过程，结构中除正常的内力外，还积累了一定的沉降所产生的应力，在顶升纠偏时，这些应力的释放，对托换体系、支撑体系及原结构都有冲击，故所设计的体系必须承受冲击，平缓地将应力释放。
　　(2)同时在顶升纠偏过程中应考虑顶升纠偏力的不平衡或基础沉降对结构和顶升纠偏的影响，并尽量消除这些不利因素。
　　(3)由于上部结构可能存在质量不均匀，在顶升纠偏过程中会出现平移、扭转和倾斜的可能，必须考虑房屋重心与所有顶升纠偏合力的作用点要重合，才能消除这些可能性
　　(4)在顶升纠偏过程中，房屋重心升高，解决支撑体系的稳定问题，也是方案设计的核心问题
　　
　　施工方案的确定（一）
　　顶升纠偏工程设计几个体系：基础体系、托换体系、支撑体系。
　　原基础承载力的评测。根据工程实际需要，对建筑物进行加固；或对建筑物基础全部或部分支托住；或对建筑物地基或基础进行加固。当建筑物基础下有新建地下工程时，应将荷载传递到新建的地下工程上；
　　托换体系的选择。托换体系就是通过原结构柱子界面与托换结构界面的连接传递，能有效安全的将二层以上荷载承托起来，托换结构可有钢筋砼、钢结构、钢－钢筋砼组合结构。
　　施工方案的确定（二）
　　钢筋砼结构变形小，与原结构界面连接为新旧砼连接，通过新旧砼界面处理、机械咬合力、钢筋桶箍和锚筋的作用，可安全可靠将荷载传至新结构，优点是对原结构尽量少破坏，多利用原结构周边界面。钢结构变形大，与原结构界面连接为钢与砼连接，需大量穿越原结构，通过螺栓抗剪来传递荷载至新结构，缺点是对原结构损伤较大。
　　施工方案的确定（三）
　　支撑顶升纠偏体系的设计。该体系主要是将托换底盘上的荷载传递至基础上，在顶升纠偏中不能失稳，并能有效抵抗水平力。可采用了组合钢管支撑结构或钢筋砼支撑结构。
　　支撑托换体系设计
　　支撑托换体系主要是将托换底盘上的荷载传递至基础上，在顶升纠偏中不能失稳，并能有效抵抗水平力。可采用了组合钢管支撑结构或钢筋砼支撑结构。支撑托换体系的要有足够的强度和刚度，有一定的安全储备，以防出现工程施工操作上的意外或者不可抗力事件的出现。
　　施工方案的确定（四）
　　顶升纠偏施工
　　首先，必须进行基础加固；
　　然后，做顶升托换平台结构和模拟铰支座，
　　最关键的是要做好平台与柱接触处新旧砼界的处理、入柱锚筋的施工。整个托换底盘施工好后，达到设计强度之后方可下部断柱施工。
　　施工方案的确定（五）
　　断柱前进行试压，在做好前面这些工作后，所有钢管支顶垫块也准备好后，千斤顶就位、垫好后，在断柱前要进行试顶，以检查托换平台的质量，确定平台、钢筋砼墩及千斤顶是否都满足要求。
　　断柱，将柱断开，并马上垫回钢管垫块，并再次检查并加固支撑体系。
　　施工方案的确定（六）
　　进行顶升纠偏操作，顶升纠偏时每级顶升纠偏量根据现场情况可定位5mm——10mm，每两个千斤顶的行程即可将垫块换成标准型钢垫块，并进行横向、竖向的垫块连接，在顶升纠偏过程中不断重复以上程序，直至顶升纠偏至建筑物扶正。
　　接柱 垫紧连接所有垫块，进行接柱，并在新的±0.00标高处将钢筋流出，待柱砼标号达到设计要求后，开始进行垫块拆卸、承台及连梁的拆除及首层楼板的施工。
　　施工方案的确定（七）
　　驳柱 达到设计强度值后，可对顶升平台、模拟铰支座拆除和进行恢复工程施工。
　　断柱顶升纠偏动画演示
　　整个顶升纠偏的施工必须注意以下几个问题
　　(1)检测系统的布置
　　在拟施行顶升纠偏建（构）筑物的顶升纠偏运动中，必须非常注意建（构）筑物的运动状态，是否有发生平移、扭转或倾斜，承台支撑系统的情况，基础是否发生沉降，因为这些问题的出现，如不加以控制和及时纠正，则可导致灾难性后果的出现，轻则不能将工程顺利进行下去，重则将会令建（构）筑物毁于一旦，采取人工，仪器、电脑相结合的做法，在每柱设一贴尺，由各柱施工人员对每级顶升纠偏量、钢管垂直度和形态、整个顶升纠偏体系、托换承台情况进行监测，在拟顶升纠偏建（构）筑物四周及其内部设置足够的水准仪，对每条柱的升降情况和基础情况进行监测，在拟顶升纠偏建（构）筑物四周设置经纬仪，对拟顶升纠偏建（构）筑物的位移、倾斜情况进行监测，并将所有仪器的监测数据输入电脑，通过电脑的汇总、分析与人工观测结果进行比较，作为继续顶升纠偏的决策依据，及时发现问题，采取相应措施进行纠正，确保安全和工程的顺利进行，并随时进行二层以上楼层裂缝情况的监测。
　　整个顶升纠偏的施工必须注意以下几个问题
　　(2)顶升纠偏量和顶升纠偏压力的控制
　　为使托换底盘能作为一个平面一起升高，必须每排柱顶升纠偏量要相同，采取预升压力双控制的措施，每级顶升纠偏量和千斤顶、最小压力的限制，将每柱顶升纠偏量差距减至最小，这个措施，确保了拟施行顶升纠偏建（构）筑物上部结构不产生次应力，结构不受破坏。
　　整个顶升纠偏的施工必须注意以下几个问题
　　(3)型钢支顶的安装
　　支顶安装质量关系到工程的成败，垫块支座处通过干硬性砂浆进行找平，垫块就位时采用吊锤进行垂直度校正，垫块法兰盘间用螺栓连接好，斜拉钢筋点要在法兰盘上，严禁焊在钢管上，施工过程中必须注意，不能碰撞钢管，以防变形和失稳。
　　(4)换千斤顶、垫块和接柱的顺序
　　由于千斤顶回油时，支顶会产生压缩变形，为使上部结构不会产生应力集中，以上项目应采取跳隔式进行施工。