1 工程概况

　　1.1 项目概况

　　大同展览馆始建于1969年，位于大同市红旗广场北侧，坐北朝南。建筑平面呈H形布置，东西向总长约171m，南北向最宽处约72m，总建筑面积约18 200m²，是大同市具有代表性的近现代优秀建筑。整幢展览馆结构共设置6道变形缝，自基础起6道变形缝将整幢建筑分成7个相对独立分区，编号为A～G，如图1所示。D分区为3层结构，其余分区均为2层结构;1,2层层高7.2m,3层层高6.1m;地下1层(F,G区除外)，地下室层高4.5m。

　　1.2 结构概况

　　原主体结构形式为多层内框架结构，局部砖混结构，梁、柱均为现浇钢筋混凝土。基础承重墙下为混凝土条形基础，各柱为混凝土独立柱基础。A～E区有地下室结构，地下室地坪顶标高为-4.500m，基础底标高为-6.000m。F,G区无地下室结构，室内地坪标高为±0.000，基础底标高为-4.500m，室外地坪标高为-2.500m。

　　

　　图1 大同展览馆分区  

　　 

　　1.3 工程地质条件

　　场地位于大同市盆地北部山前倾斜平原区，地形相对平坦。钻孔揭露25m深度内表层为现代人工堆积杂填土、素填土，其下为第四系上更新统冲洪积作用形成的粉土、粉质黏土和砂类土。各土层承载力特征值如表1所示。

　　  

　　表1 各土层承载力特征值 

　　 

　　 

　　

　　表1 各土层承载力特征值

　　场地土以中硬土为主，场地类别为Ⅱ类，为建筑抗震一般地段。在平移标高上土质以杂填土和素填土为主，不能满足平移时荷载要求，应统一再下挖2m，并采用河卵石加粉质黏土按2∶1分层夯实回填，并分层做压实试验，结果应达到设计要求。场地地下水位埋深>25m，可不考虑地下水腐蚀性，地基土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性。

　　1.4 平移规划

　　由于大同市古城保护修复计划，展览馆位置正处于古城西城轴线及瓮城(E,F,G 3区域占建)修复范围内。经广泛征求意见，最终确定对展览馆进行保护性整体平移至距古城墙约74m处。新址、旧址及城墙位置关系如图2所示。

　　

　　图2 新址、旧址及城墙位置示意  

　　 

　　2 平移路线比选确定

　　1)路线1房屋整体向北平移85m后，在中间址旋转90°，再向北平移125m，向西平移60m，到达新址。

　　2)路线2根据房屋结构特点及建筑形式，将房屋分成5个区进行平移旋转。各平移步骤如表2所示。

　　通过分析对比:路线1平移距离相对较短，路线简单，理论施工工期短，变形缝位置易发生错移，不利于房屋结构安全;路线2分体进行托换，结构受力明确，旋转施工易控制，有利于结构安全，路线复杂，要同时采取移位保证工期，平移后合龙对接要求控制精度高。最终经过专家论证，选择路线2平移更有利于结构受力安全，底盘筏板量小，平移时更易控制，且更快让出(F+G)区，方便修复计划展开。

　　3 平移装置选择

　　平移装置主要有支座式滑移、钢辊滚移、三维可控悬浮顶支座滑移。滑移较平稳、方便施工、偏位时易调整、摩擦阻力相对较大，需选择合适的减摩材料;滚移摩擦系数较小，对动力要求较低;三维可控悬浮顶支座滑移时能上下伸缩对施工平整度进行可控调节，常在大体量、荷载重、结构松散、平移路线复杂的建筑平移时使用。

　　最终根据展览馆带有变形缝且移位路线较复杂等特点选择悬浮顶滑移+临时钢管滑脚支撑平移方式，为展览馆精确合龙创造了条件。

　　4 托换研究

　　4.1 托盘计算

　　大同展览馆墙体托换采用墙下单肢梁托换法和墙侧双肢夹墙梁托焕法，如图3所示。单肢梁托换法主要应用在变形缝两侧需分离的墙体，双肢夹墙梁托焕法应用于常规内外墙及结构柱。经计算得出最大柱荷载为2 310kN，柱径1.05m×1.05m;最大墙荷载约为490kN/m。广州市鲁班建筑防水补强有限公司和华南理工大学合作试验得到的关于界面受剪承载力设计值设计回归公式如式(1)所示。

　　  

　　表2 路线2平移步骤 

　　 

　　 

　　

　　表2 路线2平移步骤

　　

　　 

　　式中:V为界面受剪承载力设计值;f_c为新旧混凝土轴心抗压强度设计值;A为抱柱梁与柱体接触面积。

　　

　　图3 墙体托换  

　　 

　　查阅同济大学研究报告^[1]得出，C30界面混凝土未进行凿毛处理时，最大承受荷载为330kN;界面进行凿毛处理时，最大承受荷载为1 461kN。试验柱截面尺寸为400mm×400mm，抱柱梁250mm(宽)×400mm(高)，计算得出为未凿毛K₁≤V/f_cA=0.036;凿毛时K₂≤V/f_cA=0.16，两者取平均值求得托换梁高度最小值如式(2)所示。

　　

　　 

　　式中:K为凿毛面剪切摩擦力调整系数，K=(K₁+K₂)/2;b为托盘梁宽度。托盘梁本身抗剪承载力计算如式(3)所示。

　　

　　 

　　式中:ρ_sv为箍筋配筋率;λ为剪跨比，且当λ<1.5时取1.5，λ>3时取0.5;k为调整系数，建议当λ<1.5时取1，λ>1.5取0.5;f_yv为箍筋抗拉屈服强度;本工程箍筋为8,HPB300，间距200mm。

　　施工过程中上托盘梁高0.7m、宽0.35m，安全系数为1.78，且自身抗剪V=6 611.5kN，满足要求。

　　4.2 平移装置受力

　　(A+B)区，C,D,E,(F+G)区采用悬浮顶滑移+临时钢管滑脚支撑，如表3所示，每个区使用100t悬浮顶和临时钢管滑脚，受力<1MPa。

　　  

　　表3 各分区悬浮顶和滑脚装置数量 

　　 

　　 

　　

　　表3 各分区悬浮顶和滑脚装置数量

　　4.3 底盘结构

　　底盘结构是整个建筑物平移基础，承受滑动面以上全部动、静荷载。采用C30钢筋混凝土，由下滑梁、旋转轨迹梁、连系梁、反力后背、限位挡等组成。下滑梁作为平移轨道基础，根据平移路线进行布置，对表面平整度要求高。

　　室内采用条形基础，并适当增加横向夹墙梁增强整体性;室外平移路线复杂，多个房屋单元体需多次折线平移和旋转施工，故室外过渡段及新址基础均采用筏板基础设计，根据筏板计算，设置内T梁型式;筏板顶标高与室内条形基础顶标高一致。

　　由于(F+G)区基础埋深与A～E区基础埋深高差为1.5m，根据计算，底盘需1m高梁，故底盘梁顶面标高按5区基础埋深考虑，尽量使底盘托盘设计不占用现有层高空间，最终底盘梁顶标高确定为-3.500m，梁底标高为-4.500m(见图4)。施工底盘梁时，(F+G)区需将原基础挖出，即挖至-4.500m，暴露柱独立基础和墙基础，室内段底盘梁施工前需对承台结合、柱及砖墙基础进行凿毛，以利于与下滑梁混凝土良好结合，保证共同受力。A～E区现有地下室地坪标高为-4.500m，故施工底盘梁时，仅对现有地下室地坪进行凿除，然后夯实室内回填土，作为持力层。

　　

　　图4 分区墙体底盘滑移条基结构设计  

　　 

　　室内下滑梁采用钢筋双肢混凝土梁，与平移路线一致，分为横、纵2个方向，与相应上托盘对应。室外底盘结构基础拟采用杂填土层为持力层，碾压现有杂填土后，进行基础设计。

　　5 顶推力计算

　　滑动摩擦力可根据钢与四氟乙烯板摩擦系数可得启动摩擦系数约为0.1，考虑不正常阻力取增大系数3，平移时既要考虑满足平移旋转牵引力还需满足分体建筑平移各轴线施力平衡。大同展览馆完成平移牵引设备汇总如表4所示。

　　6 旋转装置设计

　　顺利旋转是工程成功关键，合理的旋转轴位置和随建筑位置调整千斤顶旋转配套装置是难点。(F+G)区顶推旋转如图5所示。

　　  

　　表4 各分区牵引设备完成平移实际台数 

　　 

　　 

　　

　　表4 各分区牵引设备完成平移实际台数

　　

　　图5(F+G)区顶推旋转示意 

　　 

　　旋转轴选在分体建筑重心位置，(F+G)区在力偶作用下随着钢管转轴缓慢旋转，筏板底盘的钢管转轴孔已使用水钻提前钻凿完毕，随着分体建筑平移至指定旋转点，只需凿除部分上托盘梁，安放已绑扎好的钢筋及钢管转轴外箍钢套圈，浇筑提高1个强度等级的混凝土灌浆料即可，成型后插入钢棒。

　　如何将千斤顶顶推力随着建筑分区的旋转位移力方向的改变做到既准确又方便施工操作，将又是一个亟待解决的难点。采用自主改进的千斤顶、底旋转接头调整千斤顶顶推方向，该套组合设备现场预制焊接可多次重复使用，通过组合旋转接头保证建筑在旋转时能不断改变顶推力方向，该套旋转组合设备已在多个工程中得以运用。

　　7 新址基础连接

　　房屋平移到位后，利用临时钢管滑脚支撑先对房屋进行临时支撑，然后拆除悬浮千斤顶装置，再施工永久基础柱、梁、墙结构，完成整个连接工作。为保证原结构可靠性，临时支撑柱浇筑在连接结构中共同受力。

　　1)墙体连接房屋平移就位后需对墙体进行连接，拟不拆除夹墙梁，就位后直接在墙下浇筑微膨胀混凝土，使基础与砖墙连接。

　　2)立柱连接通过在新址基础筏板上植筋的方法连成整体。到位后，不凿除抱柱梁，仅凿除抱柱梁之间连系梁，然后在抱柱梁外侧10cm处植筋伸入筏板基础，并设置箍筋，重新浇筑，将抱柱梁包裹在新浇基础处。

　　8 结语

　　根据专家评审方案，将大同展览馆从变形缝处分为5个分体分别进行平移，各分体按既定顺序平移至新址后再逐一对接成H形原貌，总计平移距离约为1 710.11m，该工程已于2014年12月9日全部平移对接到位，相比拆除重建节约了大量资金。