手掘式顶管基础托换技术在玉皇阁保护工程中的应用

手掘式顶管基础托换技术在玉皇阁保护工程中的应用
赵冬，王玉兰，张艳强
(西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055)
[摘要]以开封玉皇阁整体顶升保护工程为例，介绍了一种新颖的基础托换技术，其基本思路为：采用手掘式顶管技术缓慢将预制混凝土箱梁顶入建筑物下，逐步使上部结构坐落在一系列箱梁上，随后浇筑芯梁和联系梁，最终使建筑物坐落在一个整体性良好的“托盘”上。此外，给出了关键构件箱梁的设计原则、顶进系统的设计及相关计算方法，为砖石古建保护提供了一种新技术。

内容摘抄：

1工程概况
开封玉皇阁（见图1）位于开封市延庆观内，建于公元1233年，是一座国内极其罕见的融北方游牧民族蒙古包穹顶式建筑与中原楼阁式建筑为一体的无梁式仿木砖石古建筑。为彻底解决玉皇阁受地下水侵蚀和差异沉降导致阁体多处开裂等现有结构病害，于2008年对其实施整体顶升保护施工。其基本施工工艺流程为：结构现状预加固→深层水泥搅拌桩竖向止水帷幕止水→管井井点初次降水一基础托换→再次降水→钢管静压桩顶升承台→千斤顶整体顶升。经勘察，阁体无基础，其近1.6m厚的砖墙直接坐落在由土、石灰和碎砖瓦夯筑而成的地基上，由此决定了整体顶升施工工序中的关键环节是基础托换（即给阁体设置新的基础，以便于整体顶升)。形象地说，基础托换的目的就是在阁体底部放置一个“托盘”，从而使顶升过程中干斤顶的顶升力通过“托盘”均匀传至上部结构。

2基础托换方案设计
由于阁体经历了几百年风雨沧桑，青砖的强度和灰浆的黏结性能削弱较多，整体性较差。为避免施工扰动对阁体造成二次损伤，本方案巧妙地把手掘式顶管技术引人施工中。手掘式顶管技术是一种非开挖地下管道铺设技术，其基本原理为首先在铺设管道前端掘土，然后利用千斤顶从顶进工作坑将待铺设管道按设计高程逐节顶人土层，从而实现管道铺设。其优越性在于能最大限度地降低施工对地面或地面建筑物的直接影响。基础托换具体思路如下。

3箱梁设计
混凝土箱梁是基础托换施工中的主要受力构件，也为施工人员提供了作业空间，故施工过程中必须确保安全。主要设计原则如下：①箱梁宽度不应小于墙厚，以使墙体全部坐落其上，也可适当放宽顶进中左右偏差的要求；②箱梁内部空间高度不宜小于800mm,以方便施工人员进人箱梁内进行掘土、纠偏等作业：③箱梁长度通常不宜大于2m,以方便运输和施工；④严格控制箱梁尺寸偏差和表面粗糙度，如胀模造成构件尺寸增大，外形不规整，必须进行仔细剔凿打磨，以降低摩阻力和避免箱梁尺寸不一致使顶进中箱梁与土体之间产生空隙（空隙容易引起地层损失，从而导致上部结构发生附加沉降，结构内产生附加应力而造成二次损伤)；⑤施工期间箱梁承受上部结构重量以及顶进力的作用，必须对其抗压、抗弯和抗剪承载力认真计算，确定合适的箱梁截面及配筋；⑥箱梁应预留注浆孔，顶进过程中通过注浆孔同步注浆以填补施工时箱梁与土体之间产生的空隙且可诚小顶进时的摩阻力，顶进结束后通过注浆孔浇筑、振捣以保证内部芯梁的密实度。
4顶进系统设计计算
4.1顶进系统设计
顶进系统是指顶进箱梁施工时现场设置的临时性设施及使用的设备，主要包括基础、导轨、后背墙及顶铁等。①基础采用碎石木枕基础；②导轨用2根角钢相对焊接在槽钢轨枕上制成；③后背墙采用装配式简易方木后背墙：④顶铁按使用性质分为纵向顶铁、横向顶铁及立铁，纵向顶铁的主要作用是延长千斤顶的行程，用两端由厚钢板封堵的圆钢管制成，长度按一定模数排成系列：横向顶铁的主要作用是把顶力均匀地传递到箱梁横截面上，避免箱梁端面局部受压而破坏；而立铁是安放在后背墙的顶铁，主要作用是把顶力均匀传递到后背墙，后两者皆由工字钢焊接而成(见图2)。

（略）

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