《建（构）筑物托换技术规程》（T/CECS 295-2023）实施应用（五）

文摘 2024-08-31 18:55 北京

工程实例6：建筑物整体移位中错位托换梁设计

6.1 工程概况

某住宅楼为四层砖混结构，1997年竣工，建筑平面呈长方形，长度44.4m，宽12.25m，3个梯位，建筑面积2635m²。由图1可见，该建筑平面布局复杂，纵横向墙体错位，上部楼层墙体位置与底层墙体，见图2也不一致，悬挑长度达2m。因道路拓宽需要，拟将该建筑由南向北横向整体向后移位8m。

图1 标准层建筑平面图

图2 底层建筑平面图

6.2 错位托换梁设计

6.2.1 建筑物整体平移技术

整体水平移位又称整体平移，是指在保持原有建筑物使用功能不变、结构安全可靠的原则下，将建筑物整体从甲位置移动到乙位置。

建筑物整体平移前，一般都在建筑物靠近基础部位设置刚度较大的钢筋混凝土托换体系，将建筑物上部结构与基础分开。托换体系根据功能可分为上轨道梁、托换梁和水平联系梁三个部分，通过托换体系将上部结构的荷载全部传递至与平移方向平行的上轨道梁上，实现竖向力传递途径的改变。在上轨道梁下沿移动方向修筑临时基础(也称下轨道梁)，并在上轨道梁与下轨道梁之间置入滚动装置。平移时在托换体系上施加水平推力或牵引力。使房屋上部沿预定轨道移动到新址，就位后撤除滚动装置，将房屋上部与新址基础连成整体。由此可见，托换体系实现了竖向力与水平力的传递，是建筑物整体平移技术中确保建筑物安全与实现平移的首要且关键的步骤。

6.2.2 错位托换体系设计

由图2所示底层建筑平面可见，该建筑物底层横向墙体轴线共有25道，大体上在A～B轴间和C～D间形成南、北两个部分，其中只有1、9、17、25四轴的墙体前后贯通，其余21道墙体前后均未贯通，南北两侧的横墙轴线存在错位，纵墙共四道。竖向力托换体系初步方案拟在所有横墙底部设置上轨道梁，纵墙墙体底部设置托换梁将荷载传递至横向的上轨道梁。

在平移过程中，需通过外部施加水平力，来克服各道上轨道梁梁底的滚动摩擦力，从而使建筑物上部结构维持运动状态，“平移”至新址。通常是在建筑物外部对托换体系施加水平推力或牵引力，并通过托换体系将水平力传递至各上轨道梁。为了可靠实现竖向力托换和水平力在各上轨道梁间的传递，本工程对托换体系进行了多方案比较优化设计。

方案一:所有横墙下均设置上轨道梁，并对各上轨道梁分别施加水平外力。采用推力时设置千斤顶反力座需要2.5～3.0m的操作空间，在南侧建筑物外侧空间较大，可在上轨道梁梁端施加13道水平推力。北侧12道上轨道梁的水平推力则需在建筑物内部施加，而BC轴墙体间距仅为1.13m操作空间，无法设置千斤顶反力座。这种情况下，只能在建筑物北向对12道上轨道梁采用拉力牵引，需要在托换梁中预埋预应力束，并在建筑物外设置牵引拉力反力座，移位时同时采用顶推力与牵引拉力相结合。托换体系方案一，如图3所示，图中箭头所示为水平推力或拉力。采用这种方案由于施力点多，在建筑物移位过程中容易因施工误差造成合力作用点与建筑物重心严重偏移而产生偏位，使建筑物偏离轨道。并且由于南北侧所施加的推力与拉力没有连通，容易使建筑物南北侧受力不平衡而产生附加应力的不利影响。

图3 托换体系方案一示意图

图4 托换体系方案二示意图

方案二: 拉通上轨道梁。将3、5、7、11、13、15、19、21 轴的上轨道梁延伸至D轴，这样共有13道前后拉通的上轨道梁。将建筑物北侧2、4、6、8、1 2、14、16、18、20、22、24轴的墙体荷载通过转换传至C、D轴的转换梁上，C、D轴的转换梁再传至上轨道梁上。转换体系共13道上轨道梁，水平推力施加在南侧上轨道梁梁端。托换体系方案二如图4所示，图中箭头表示水平推力。由图4可见，方案二形成了双重托换，多了1道转换工序，费时、费力、增加施工难度，在延伸轨道梁下需重新设置基础，大幅提高了工程造价。

方案三:设置斜向水平力转换梁。CD段墙体与AB段墙体错位距离为800mm或1000mm，仍然在所有横墙下设置上轨道梁，水平力施加在南侧13道上轨道梁的梁端。在B～C轴间设置斜向水平力转换梁，使施加在南侧上轨道梁上的水平推力通过斜向联系梁传递到北侧的上轨道梁上，如图5所示。南北侧错位墙体横向距离为1130mm，纵向距离为800mm或1000mm，错位墙体夹角为54.7°和48.5°。计算所得底层AB 段墙体线荷载标准值为342kN/m，CD段墙体线荷标准值为339kN/m，AB段轨道梁所需顶推力为198kN，CD 段轨道梁所需顶推力为103kN。在B、C 轴之间设置水平力转换梁系--斜向联系梁，详图5，按夹角48.5°计算，横向矢量为0.749，纵向矢量为0.663，因此施加于AB段轨道梁上的水平推力198kN，通过转换梁传递到CD段的横向水平推力为148kN，大于CD 段轨道梁所需水平推力103kN，且上轨道梁的水平推力的纵向分力在5轴处自身正负平衡，3轴与7轴纵向分力正负平衡，避免了扭转力的出现。

图5 托换体系方案三示意图

综合比较以上三种方案，方案三设置斜向水平力转换梁，传力途径明确、施工简便、工程造价省、具有显著的优越性，本工程最终采取方案三设置托换体系，现场水平推力施加及斜向水平力转换梁参见图6和图7。

图6 外部13道水平推力设置

图7 斜向水平力转换梁系

本工程通过对托换体系进行多方案比选优化设计，使托换体系的设计更为经济合理。该工程平移施工总工期为75天，建筑物顺利整体平移至指定的位置。在移位过程中，每道轴线上轨道梁的实测水平推力约为200kN，与理论计算值较为接近，且每一行程的水平推力较为均匀，建筑物行走过程稳定，建筑物长度44.4m，未出现两端偏位，整体移位效果好，获得得业主与住户的一致好评，取得良好的社会与经济效益。

效果情况

自1998年开始研究建（构）筑物托换技术，二十余年来在全国多个省市的数百个工程中实践使用，该技术在桥梁托换、地铁隧道工程托换、建筑物托换等领域中，其节约工期、降低造价、降低风险等方面都取得显著效果。这些科技成果的运用，为既有建筑加固改造、隧道穿越建筑物的设计与施工做出了重要的贡献。

近年来完成多项关于建（构）筑物托换技术科研工作及工程应用

1.托换类专利技术

（1）《调节桩头卸荷纠倾装置》ZL 032 66414.1

（2）《新修隧道穿越既有建筑物的托换系统》ZL 2012 2 0314077.2

（3）《一种钢托盘支撑传力系统》ZL 2013 1 0044998.0

（4）《一种可调节高度的永久支撑自锁装置》ZL 2016 2 0697033.0

（5）《一种建筑物特殊地基加固的处理系统》ZL 2017 2 0696765.2

（6）《建筑物桩基础复压提高承载力的装置》ZL 2018 2 0686436.4

（7）《修隧道穿越既有建筑主动托换的托换系统》ZL 2019 2 0617951.1

（8）《表层预应力嵌入技术加固混凝土构件的方法与机械装置》CN201310318532.5

（9）《一种钢筋混凝土柱双向X交叉托换技术》CN201310318664.8

2.在交通市政隧道穿越托换工程领域的工程应用

（1）2007年完成深圳地铁5号线创业立交桥桩基托换工程

（2）2010年完成深圳地铁5号线穿越南城百货商厦托换工程

（3）2010年完成深圳地铁1号线续建工程土建新安站某轴结构工程

（4）2012年完成深圳地铁7号线彩虹桥桩基托换工程

（5）2014年完成成都青龙场立交桥桩基托换工程

（6）2014年完成深圳滨河益田立交桩基托换工程

（7）2015年完成成都成绵乐铁路客运专线机场路隧道桥梁桩基托换工程

（8）2016年完成深圳地铁6号线牛咀大桥桩基托换工程

（9）2017年完成东湖立交东五和西三桥墩桩基托换顶升工程

（10）2018年完成广州地铁二、八线延长线穿越洪德、镇安立交桩基托换工程

（11）2019年完成珠三角城际铁路广佛环线东新高速桩基托换顶升施工工程

3.托换工程的获奖情况

（1）2011年获广东省土木建筑学会颁发的第三届广东省土木工程“詹天佑故乡杯”

（2）2012年获广州市科学技术奖励科学进步奖三等奖《建筑物厚板基础结构竖直桩托换加固封桩孔方法》

（3）2013年获广东省土木建筑学会科学技术奖励二等奖《加固改造、托换纠倾领域绿色技术的创新研究与工程应用》

（4）2014年获广东省土木建筑学会科学技术奖励二等奖《上部荷载较大时高层建筑整层置换梁、板、柱、剪力墙工艺的创新研究与工程应用》

（5）2014年12月全国工商联科技进步三等奖《加固改造、托换纠倾领域绿色技术的创新研究与工程应用》

（6）2016年获广东省土木建筑学会科学技术奖励三等奖《新建隧道穿越既有桥梁基础托换的关键技术》

（7）2017年获广东省土木建筑学会科学技术奖励三等奖《墩底力5千吨以上的群桩托换创新工艺研究》

（8）2020年获广东省土木建筑学会科学技术奖励三等奖《既有建筑物桩基础复压提高承载力变为托换桩的创新工艺》

4.著作出版

（1）建筑特种工程系列丛书共7册：建筑特种工程新技术-1、建筑物移位工程设计与施工-2、建筑物纠倾工程设计与施工-3、建筑物增层设计与施工-4、建筑物改造设计与施工-5、灾损建筑物处理技术-6、建筑物托换技术-7。以上系列丛书均为中国建筑工业出版社出版。

（2）专著《建筑物改造与病害处理》中国建筑工业出版社，主编唐业清、崔江余

（3）专著《地基基础设计施工手册》中国建筑工业出版社，主编唐业清、崔江余

（4）标准《建筑物移位纠倾增层改造技术规程》CECS 225

（5）标准《灾损建（构）筑物处理技术规范》CECS 269

特点与亮点

本规范主要针对既有建（构）筑物托换进行规定。主要涉及：桥梁改造工程、城市地下工程、既有建构筑物增层、改扩建工程、矿区城市巷道地面塌陷受损建(构)筑物的处理、灾损建(构)筑物处理工程等。

本规程主要特点：

1.涵盖的特种建筑工程技术全面，具有明显的广泛性、代表性。包括了目前我国在本学科的全部主要技术内容，如建筑物移位、纠倾、增层、改造加固、灾损处理和托换技术等。是我国在这本学科领域当前的技术成果和水平最全面的代表。

2.所列的托换技术先进，有许多方法是新专利技术的成果，因此具有新颖性、创新性。工程所选用的素材基本体现了我国当前特种建筑工程技术的最高水平和科研的最新成果，体现了我国建筑特种工程先进的技术实力。

3.本规程具有明显的实用性和可操作性。工程总结了大量工程实践经验，它们都是成功的处理各类建筑“疑难杂症”复杂工程的经验研讨、失败工程的教训剖析、高难度特殊工程的全面总结、典型工程的设计施土方法报导。

4.本规程内容充实，是广大靑年学子和技术人员学习、探讨本学科技术的最好入门工具和手段。它不仅是托换技术丰碩的工程案例的高度总结，还有较深入的机理探讨，较详细的相关工程技术标准的具体应用，有较广泛的建筑特种工程技术的发展展望的研讨。

5.本规程的技术内容具有明显的可行性和可靠性，因为参加规程编写的几十位专家，都是多年来站在建筑特种工程第一线，专门从事本学科的教学、科研、工程实施、技术标准编制等实力雄厚高水平的技术专家。

本规程的主要亮点：

本工程紧紧围绕建筑特种工程新技术进行总结和规定，托换技术在桥梁抬升加固、既有建筑物改造、城市地下工程的防护加固以及灾损建(构)筑物病害处理等工程中，具有广泛应用前景。托换技术在建筑领域的重要性会越来越被人们所认识。特别是在目前城市更新的大好形势下，老旧小区的改造建设中具有重要的参考价值，主要表现在以下几个方面

1.是国家抵御自然灾害、抗灾减灾的重要技术支撑；

2.是治理各种建筑物病害、保护国家财富、延长建筑物使用寿命的重要技术手段；

3.随着社会发展和人民生活水平的提高、人们对各类建筑物提出了较高的要求，需要对既有建筑物进行更新改造；

4.既有建筑物存量越来越多，新建工程逐渐减少，自然灾害越来越频繁，本规程的重要性和应用价值就越来越显著；

5.建筑特种工程新技术将随着人类生存的历史长河永存下去，托换技术将不断创新，应用会更为广泛，托换技术的发展前景广阔无限。

（完）

撰稿：刘丽（北京交通大学）

校审：王涛

编辑：孙辅南、沙安

建研院地基基础研究所 CABR DJS

中国建筑科学研究院地基基础研究所成立于1953年。主要面向全国工程建设和城镇建设中的各类岩土工程，致力于解决工程中的关键技术问题，负责编制与管理主要的地基基础工程技术标准与规范，开展基础工程专业领域所需的共性、基础性、公益性技术研究。

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