戴占彪，李旭光，郝雨杭

（1.天津大学建筑工程学院，天津 300072；2.河北建研科技有限公司，石家庄 050021）

某建筑物平移工程顶推动力影响因素研究

戴占彪1，2，李旭光2，郝雨杭2

（1.天津大学建筑工程学院，天津 300072；2.河北建研科技有限公司，石家庄 050021）

以某办公楼平移工程为例，对建筑物平移工程中首次顶推动力大于之后的顶推动力的原因进行了探究和分析，得出了首次顶推力会在建筑物上部产生较大的剪应力，对建筑物安全有一定影响的结论；通过对影响因素的分析，得出首次顶推动力数值的大小与粘结力的大小、下轨道梁钢板上杂质是否清除干净、滚轴和钢板的变形、下轨道梁的变形等因素有关，并给出了减小首次顶推动力的解决措施。

首次顶推动力； 粘结力； 变形； 平移工程

随着建筑物平移工程的不断增多，建筑物整体平移技术也越来越成熟。建筑物平移过程中顶推动力数值的大小是平移工程的关键所在，首次顶推力尤为重要。根据笔者多年的平移施工经验，首次顶推力的大小约为以后顶推力的2～3倍，而迄今为止对平移工程中顶推力研究较少，1992年解放军后勤工程学院通过平移模拟实验对牵引力进行了研究［1］；2005年中国矿业大学研究了三种不同材料滚轴的滚动摩擦系数、弹性恢复力［2］；山东建筑大学通过试验定量地分析了滚轴直径和建筑物自重与启动牵引力F的关系，得出滚动式平移牵引力的计算公式［3］，但是建筑物平移过程中的首次顶推力研究还是空缺。该文对造成首次顶推力较大的原因进行了探究，并对减小首次顶推力提出了建议和解决方案。

1 工程概况

某单位办公楼为一座4层建筑物，因为整体规划需要对其由北向南整体平移30m。该建筑物建于1988年，东西长47.1m，南北宽7.2m，为4层砖混结构，条形基础。平移场区东西长47.1m，南北宽30.0m，如图1所示。

2 工程现场牵引力测试

办公楼经加固完成后，上部结构总重量为24 245kN，该平移工程采用滚动式平移方式，滚轴直径采用60mm的实心钢滚轴，滚轴长度为250mm，间距为200mm。在该办公楼的平移工程中，根据建筑物平移所处的不同位置分别测试了牵引力与建筑物移动位移的具体数值，图2所示为建筑物不同平移位置下牵引力与移动位移关系曲线。

曲线Ⅰ为建筑物首次平移启动时，牵引力与移动位移的关系曲线；曲线Ⅱ为建筑物距离原址3.6m时开始平移，牵引力与移动位移的关系曲线；曲线Ⅲ为建筑物距离原址10m时开始平移，牵引力与移动位移的关系曲线；曲线Ⅳ为建筑物距离原址22m时开始平移，牵引力与移动位移的关系曲线。从图2可以发现，建筑物平移时启动牵引力要大于平移过程中的牵引力，前者约为后者1.2倍。因此，设计时应以启动时的牵引力作为控制值。该办公楼平移时首次启动顶推力数值为576kN，建筑物平移一段距离后启动顶推力为200kN左右，建筑物平移中首次顶推力远远大于之后的顶推力，首次顶推力大约为以后顶推力的2.88倍，由此可见，首次顶推力大小的控制是平移工程中设计和施工的一个重要控制因素。

建筑物由静止状态到运动状态将产生一个加速度，该加速度会对房屋上部结构产生一个剪应力，导致房屋前后倾斜、摇摆。对砖混结构房屋，抗剪能力较差，如果加速度过大，一方面可能因此而产生的剪应力超过房屋的抗剪能力，导致房屋出现水平裂缝，降低房屋的整体性和可用性；另一方面可能导致房屋前后倾塌，使平移失败。该加速度主要由顶推力控制，由图2可以发现，在所有的加速度中，以首次顶推力产生的加速度为最大，因此探究造成首次顶推力增大的原因以及如何减小顶推力具有很重要的意义。

3 顶推动力影响因素分析

建筑物平移过程中，顶推力数值的大小与粘结力的大小、下轨道梁钢板上杂质是否清除干净、滚轴和钢板的变形、下轨道梁的变形等因素有关。

3.1 粘结力因素

该办公楼为4层砌体结构，墙体的托换方式是双梁式墙体托换方法，即在墙的两侧加上托梁，将荷载通过双加梁的拉结作用传递给滚轴与下轨道梁，形成受力体系的转换，如图3所示。

从图3可以看到，托梁将上部结构荷载通过位于梁底均匀布置的滚轴传到下轨道梁上，托换梁从受力上相当于受到了均布荷载的倒置连续梁，两个上托换梁通过联系梁形成整体，增加了建筑物托换结构的整体性和刚度。施工时采用由下至上的顺序依次施工，通过下轨道梁－滚轴－托换梁的顺序完成了砌体墙体的托换，最后采用切割技术，将上部结构与基础进行分离，即将滚轴与滚轴之间的墙体通过切割分离开来。大多数建筑物平移工程采用人工凿断、风镐、气割凿断等技术，该工程中采用风镐技术进行切割，通过滚轴与滚轴之间的间隙将墙体与基础分割，形成一条肉眼可见的空隙，从而形成上部结构与基础的分离。通过风镐切割技术形成的切割面并不是完全平面，而是不平整的面，如图4所示。

在图4中，将墙体下部切割放大后可以发现，其切割面并不平整，处于一个凹凸不平的面，当B点通过平移运动到A点位置时，将会发生咬合现象，A点会对B点产生一个阻碍上部结构运动的阻力，这种阻力称为粘结力。在首次平移时粘结力会发生在凹凸处，随着平移的进行切割面处将会逐渐趋于平整，直至这种粘结力消失。在此过程中，顶推力随着粘结力的消失而逐渐变小。

3.2 杂质因素

在建筑物平移过程中，如果下轨道钢板上存在混凝土碎屑和砌体碎屑等杂质，这些杂质会大大增加滚轴在平移过程中的摩擦系数，从而增大摩擦阻力。中国矿业大学分别对工程塑料合金滚轴、钢管混凝土滚轴和钢管聚合物滚轴在光滑钢板面和有混凝土碎屑钢板面上滚动摩擦系数进行了测定，如表1所示。

表1 滚动摩擦系数

从表1可以发现，3种不同的滚轴在有混凝土碎屑钢板面的滚动摩擦系数大约是光滑钢板面的滚动摩擦系数的2倍左右，因此下轨道钢板的表面是否有杂质是影响牵引力数值大小的一个重要因素。在建筑物平移之前，虽然可以通过预先清理下轨道钢板减少碎屑降低滚动摩擦系数，但是在建筑物平移过程中，滚轴内侧的碎屑一般人工不易清除干净，这就在一定程度上增大了首次顶推力的数值。同时，在建筑物首次平移过程中，切割面会在平移过程中产生大量的碎屑，这些碎屑分布在下轨道钢板表面，在平移过程中增大了动摩擦系数。在平移一段距离后，钢板上的碎屑已经可以通过人为手段清除干净，并且切割面上已经不再产生碎屑，这时动摩擦系数已经减小，此时建筑物平移时的顶推力也大大降低。

3.3 滚轴和钢板的变形

建筑物在平移前，由于长时间静止放置，上部结构荷载通过滚轴传递给下轨道及其钢板，因此滚轴和下轨道钢板都将会产生变形。然而建筑物平移工程中需要滚轴和钢板拥有一定的变形能力，这是由于轨道平整度误差会导致滚轴受力不均匀，如滚轴选择不当将会引起上部结构的开裂，因此滚轴和轨道应有一定的变形能力，使轨道均匀受力。平移前滚轴和钢板的变形如图5所示。

通过图5可以发现，建筑物长时间静止放置会导致滚轴和钢板的共同变形，钢板在滚轴的作用下向两边凸起，而滚轴在钢板的作用下会趋于椭球形，这两方面的变形会导致建筑物在首次平移时，顶推力需要克服的不再是纯滚动摩擦，而是一部分滑动摩擦和一部分滚动摩擦，滚轴与钢板接触的部分与钢板之间有相对运动，滚轴与钢板的摩擦力为滑动摩擦力和滚动摩擦阻力矩的合力，这时候滚轴与钢板的变形已经属于典型的赫兹接触。钢板与滚轴的接触面形成相对滚轴的凸起，支持力的水平分力阻碍平动，竖直分力阻碍转动滚动摩擦。随着建筑物的平移，滚轴与钢板具有弹性恢复力，均恢复为正常形态，此时平移过程又恢复为滚动摩擦，此时阻力相对首次启动时的阻力较小，顶推力相对首次启动时的牵引力也较小。

3.4 下轨道梁的变形因素

在建筑物托换过程中，建筑物下部的托换结构是分批次分段进行托换的。通常托换施工时相邻墙体不得同时托换，前一段托换混凝土强度达到设计强度的70%以上时，才可以进行下一步施工。该办公楼的墙体托换施工顺序如图6所示。

从图6可以发现，纵墙的施工顺序由南向北依次顺序托换施工，横墙采用间隔施工顺序依次托换，由于托换顺序的不同，造成了托换结构对基础施加的作用力各不相同，托换结构越早对基础作用的时间越长，下轨道梁沉陷量越大。同时，对于同一片墙体，其托换也并不是同时施工托换，从图3可以发现，托换时先对右半部分进行托换，再对左半部分进行托换，这样造成在同一片墙体下，由于施工顺序的不同下轨道梁的沉降量亦有所不同。于是下轨道梁形成凹凸不平的轨道面，整个托换顺序时间越长，建筑物静置时间越长，这种凹凸现象就会越明显。轨道的凹凸不平会造成滚轴的行走平面处于不平行状态，导致滚轴无法均匀受力，造成滚轴在扭曲的状态下开始转动，这是造成首次顶推力增大的重要原因。

4 解决措施

在建筑物平移工程中，减小顶推力尤其是首次顶推力的数值可以大大增加平移过程的整体稳定性和安全可靠度。

1）分割上部结构与基础时可以增加切割次数，保证切割面之间保留足够的空隙，以避免产生较大的粘结力。在切割时宜采用先外后里，先断钢筋，后断混凝土核心区的断柱方法，切割的顺序、方法、程序均应以减小对原结构的损伤为前提。

2）针对不同的平移工程，合理选择滚轴的类型、直径、间距等因素，合理控制滚轴的变形因素。在平移前，注意保持滚轴摆放位置与下轨道梁相平行，同时保持下轨道梁上部钢板与滚轴的干净。

3）建筑物的托换工程应在保证工程质量的前提下尽快完成，同时采用水准仪法对轨道进行平整度监测，轨道平整度控制应包括局部凹凸和轨道坡度。局部凹凸值过大将导致滚轴受力不均匀，建议局部凹凸控制限值为2mm；轨道坡度将影响平移牵引力的大小并且使上部结构产生倾斜，其限值建议取1／1 000且总值不得超过5mm。

4）在首次平移时，严格控制牵引力增加的速率，保持牵引力以较低的速率增长，以避免建筑物产生突然的启动而造成上部结构的损伤。

5 结 论

通过对某单位办公楼平移工程中牵引力的测试，对顶推力的影响因素进行了分析，得到了以下结论：

a.对平移中首次顶推力远远大于之后顶推力的原因进行了分析，得到首次顶推力数值的大小与粘结力的大小、钢板杂质是否清除干净、滚轴和钢板的变形、下轨道梁的变形等因素有关。

b.在建筑物的平移工程中，应增加切割次数，合理选择滚轴的类型和切割的顺序，对轨道平整度进行监测，保持滚轴摆放位置，严格控制牵引力增加的速率，通过以上手段降低建筑物平移过程中首次顶推力带来的负面影响。

［1］姚国中，黄自新.房屋整体平移技术及模拟试验研究［J］.建筑结构，1995，31（5）：9－10.

［2］袁广林，袁迎曙.建筑物整体平移中的滚轴及其应用研究［J］.四川建筑科学研究，2006，32（4）：129－131.

［3］夏风敏，贾留东，张 鑫，等.建筑物平移牵引系统的设计［J］.建筑结构，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科技计划项目（12215801D）.

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