CN114045863A - 一种建筑物整体下沉的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物整体下沉的装置及方法，该装置包括托换结构、千斤顶、垫块组、异型钢活塞柱和钢管桩，所述异型钢活塞柱从上到下依次设有上承压端板、中承压环板、限位环板和下承压板，所述下承压板上设有补砂孔，所述钢管桩从上到下包括中空段、填有细粉砂的填砂段、填有混凝土的实心段和桩尖，所述千斤顶的底座向上与托换结构下表面连接，其顶部向下设置在垫块组上，所述垫块组设置在异型钢活塞柱的上承压端板的上表面，所述异型钢活塞柱的下部嵌入钢管桩的中空段。本发明构造简单，施工方便，工期短，造价低。

Description

一种建筑物整体下沉的装置及方法

技术领域

本发明属于土木工程结构改造技术领域，具体涉及一种建筑物整体下沉的装置及方法。

背景技术

一直以来，用历史名人雕像打造旅游景点吸引游客是不少地方拉动旅游产业的方法之一。目前，有些地方建设的雕像出现超大、超高现象，违反了历史文化名城保护规划，破坏了城市风貌和历史文脉。如湖北荆州的巨型关公雕像，广东肇庆的巨型关公雕像，广西柳州的柳宗元铜像等，这些不仅违反了历史文化名城保护规划的相关规定，也破坏了古城风貌和历史文脉。为此，住房和城乡建设部发布了《关于加强大型城市雕塑建设管理的通知》，为大型城市雕塑的盲目跟风建设踩了刹车。对已花费巨资建成的巨型雕像如何整改，如何协调好保护与开发、传承与创新，这考验着技术人员和管理的智慧。经济合理的整改方案之一是将大型雕像就地整体下沉，理由：一是合理解决了超高问题；二是避免拆除带来的巨大资产浪费，三是能促进城市地下空间的开发和利用。

目前，建筑物整体移位技术在我国已非常成熟，移位路线包括纵向、横向、纵横双向、斜向、旋转、爬坡、顶升及组合路线等，但建筑物在原址就地整体下沉的工程技术和案例尚不多见。在建筑物纠偏工程中用到的迫降法，虽能实现局部迫降以扶正建筑物，但对自身荷载大的建筑物的整体下沉，迫降纠偏技术难以应用。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种建筑物整体下沉的装置及方法，能有效解决上述迫降纠偏技术难以应用的不足之处。

技术方案：一种建筑物整体下沉的装置，包括托换结构、千斤顶、垫块组、异型钢活塞柱和钢管桩，所述异型钢活塞柱从上到下依次设有上承压端板、中承压环板、限位环板和下承压板，所述下承压板上设有补砂孔，所述钢管桩从上到下包括中空段、填有细粉砂的填砂段、填有混凝土的实心段和桩尖，所述中空段侧壁设有入砂孔，所述填砂段侧壁设有至少一个等间距排列的出砂孔，所述出砂孔设有封口板，所述封口板上设有直径大于出砂孔直径的孔，且二者数量相等、圆心等高，所述封口板通过定位轨环与钢管桩贴紧，且可沿定位轨环水平滑动，所述千斤顶的底座向上与托换结构下表面连接，其顶部向下设置在垫块组上，所述垫块组设置在异型钢活塞柱的上承压端板的上表面，所述异型钢活塞柱的下部嵌入钢管桩的中空段。

优选的，所述千斤顶为双向液压千斤顶。

优选的，所述异型钢活塞柱下部嵌入钢管桩中空段的最小深度为保证限位环板进入钢管桩中空段。

优选的，所述上承压端板和中承压环板分别与异型钢管活塞柱外壁设有三角形加劲肋。

优选的，所述钢管桩上端外壁设有法兰环，且法兰环下表面与钢管桩外壁之间设有三角形加劲肋。

优选的，所述钢管桩的总长度根据其所要提供的竖向承载力确定，所述钢管桩实心段的长度不小于钢管桩总长度的2/3；所述填砂段和中空段的总长不小于一次设计行程与钢管桩外径之和，所述一次设计行程不小于30cm，且不大于500cm；所述填砂段的长度不小于钢管桩的内径，所述中空段长度不小于钢管桩外径与50cm中较大的一个值。

进一步的，所述异型钢管活塞柱的上承压端板与中承压环板的间距为20~50cm；所述中承压环板与限位环板之间的距离大于一次设计行程；所述限位环板和下承压板之间的距离小于最小中空段长度，中承压环板外径大于钢管桩外径，上承压端板、中承压环板、限位环板、下承压板厚度均不小于1.6cm。

优选的，所述千斤顶与垫块组的总高度大于钢管桩填砂段填砂至最大高度时异型钢活塞柱嵌入钢管桩中空段的长度。

优选的，所述方法包括如下步骤：

S1、托换结构施工，将托换结构支承于原桩上；

S2、挖开托换结构下部基坑，保证下沉施工操作空间净空不小于H，且大于2倍一次设计行程，所述H取200cm与h加上20cm中较大的一个值，所述h为异型钢活塞柱的高度；

S3、分段静压钢管桩，桩顶标高与托换结构之间的距离不小于h加上10cm，达到预设位置后，用混凝土填充实心段；

S4、水平滑动关闭钢管桩出砂孔的封口板，从钢管桩顶部装填细粉砂，填至预设高度；

S5、在钢管桩的中空段插入异型钢活塞柱，使得异型钢活塞柱的下承压板压在细粉砂上；

S6、在异型钢活塞柱的上方安装支承调平系统，调整好千斤顶和垫块组的位置；

S7、重复S1-S6完成需要数量的所述装置的安装，然后逐一启动千斤顶，顶紧托换结构并达到预设支承力，预设支承力为1.1-1.2倍所需支承力；

S8、切断每个托换结构的原桩；

S9、沿定位轨环水平滑动钢管桩出砂孔的封口板，将封口板上的孔与出砂孔圆心对齐，细粉砂流出，建筑物下沉，通过控制细粉砂的流出速度和流出量，控制下沉的速度和高度；

S10、完成下沉一次设计行程后，水平滑动封口板，封闭出砂孔；

S11、逐一挖土，启动千斤顶下压钢管桩，使得钢管桩下沉一次设计行程，压桩力不小于预设支撑力的1.5倍；

S12、收回千斤顶，将异型钢活塞柱的下承压板提高至入砂孔位置以上，使用漏斗向填砂段填入细粉砂；

S13、启动千斤顶，用异型钢活塞柱的下承压板将细粉砂压实；

S14、所有桩位下沉和填充细粉砂完成后，重复S9-S10，进行第二个一次行程下沉；

S15、重复S9-S14，直至建筑物下沉完成；

S16、逐一收回千斤顶和异型钢活塞柱，接长钢管柱，延伸至托换结构底面，基坑回填。

有益效果：通过循环填充、流出粉细砂的方式，实现建筑物的下沉，通过控制细粉砂流出速度来控制建筑物的下沉速度，通过控制细粉砂流量来控制建筑物的下沉高度，结构简单，操作容易，施工方便，所需工期较短，节约成本，可以有效实现建筑物的安全平稳下沉。

附图说明

图1是本发明一种建筑物整体下沉的装置结构示意图。

图2是本发明的填砂段的出砂孔和封口板的放大图。

图3是本发明的下承压板的放大图。

图中序号：1、托换结构，2、原桩，3、千斤顶，4、垫块组，5、异型钢活塞，6、上承压端板，7、中承压环板，8、限位环板，9、下承压板，10、钢管桩，11、桩尖，12、实心段，13、法兰环，14、入砂孔，15、出砂孔，16、填砂段，17、加劲肋，18、封口板，19、定位轨环，20、补砂孔，21、中空段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明：

实施例1

第一方面，本发明实施例提供了一种建筑物整体下沉的装置，如图1-3所示，该装置包括托换结构1、千斤顶3、垫块组4、异型钢活塞柱5和钢管桩10，所述异型钢活塞柱5从上到下依次设有上承压端板6、中承压环板7、限位环板8和下承压板9，所述下承压板9上设有补砂孔20，所述钢管桩10从上到下包括中空段21、填有细粉砂的填砂段16、填有混凝土的实心段12和桩尖11，所述中空段21侧壁设有入砂孔14，所述填砂段16侧壁设有至少一个等间距排列的出砂孔15，所述出砂孔15设有封口板18，所述封口板18上设有直径大于出砂孔15直径的孔，且二者数量相等、圆心等高，所述封口板18通过定位轨环19与钢管桩10贴紧，且可沿定位轨环19水平滑动，所述千斤顶3的底座向上与托换结构1下表面通过锚栓连接，其顶部向下设置在垫块组4上，所述垫块组4设置在异型钢活塞柱5的上承压端板6的上表面，所述异型钢活塞柱5的下部嵌入钢管桩10的中空段21。

上述千斤顶3为双向液压千斤顶。

上述异型钢活塞柱5下部嵌入钢管桩10中空段21的最小深度为保证限位环板8进入钢管桩10中空段21。

上述上承压端板6和中承压环板7分别与异型钢管活塞柱5外壁设有三角形加劲肋17。

上述钢管桩10上端外壁设有法兰环13，且法兰环13下表面与钢管桩10外壁之间设有三角形加劲肋17，法兰环的作用是方便提拉钢管桩。

上述钢管桩10的总长度根据其所要提供的竖向承载力确定，所述钢管桩10实心段12的长度不小于钢管桩10总长度的2/3；所述填砂段16和中空段21的总长不小于一次设计行程与钢管桩10外径之和，所述一次设计行程不小于30cm（避免行程过小而反复填砂，较大的高度可提高下降效率），且不大于500cm（根据钢管桩周压稳定性确定）；所述填砂段16的长度不小于钢管桩10的内径，所述中空段21长度不小于钢管桩10外径与50cm中较大的一个值。

上述异型钢管活塞柱5的上承压端板6与中承压环板7的间距为20~50cm；所述中承压环板7与限位环板8之间的距离大于一次设计行程；所述限位环板8和下承压板9之间的距离小于最小中空段21长度，中承压环板7外径大于钢管桩10外径，上承压端板6、中承压环板7、限位环板8、下承压板9厚度均不小于1.6cm。

上述千斤顶3与垫块组4的总高度大于钢管桩10填砂段16填砂至最大高度时异型钢活塞柱5嵌入钢管桩10中空段21的长度。

第二方面，本发明实施例提供了一种建筑物整体下沉的方法，包括如下步骤：

S1、托换结构1施工，将托换结构1支承于原桩2上；

S2、挖开托换结构1下部基坑，保证下沉施工操作空间净空不小于H，且大于2倍一次设计行程，所述H取200cm与h加上20cm中较大的一个值，所述h为异型钢活塞柱5的高度；

S3、分段静压钢管桩10，桩顶标高与托换结构1之间的距离不小于h加上10cm，达到预设位置后，用混凝土填充实心段12；

S4、水平滑动关闭钢管桩10出砂孔15的封口板18，从钢管桩10顶部装填细粉砂，填至预设高度；

S5、在钢管桩10的中空段21插入异型钢活塞柱5，使得异型钢活塞柱5的下承压板9压在细粉砂上；

S6、在异型钢活塞柱5的上方安装支承调平系统，调整好千斤顶3和垫块组4的位置；

S7、重复S1-S6完成所需数量的所述装置的安装，然后逐一启动千斤顶3，顶紧托换结构1并达到预设支承力，预设支承力为1.1-1.2倍所需支承力；

S8、切断每个托换结构1的原桩2；

S9、沿定位轨环19水平滑动钢管桩10出砂孔15的封口板18，将封口板18上的孔与出砂孔15圆心对齐，细粉砂流出，建筑物下沉，通过控制细粉砂的流出速度和流出量，控制下沉的速度和高度，在实际使用时，可以通过千斤顶以及附加PLC位移控制系统调整下沉时的水平度和细粉砂流出速度；

S10、完成下沉一次设计行程后，水平滑动封口板18，封闭出砂孔15；

S11、逐一挖土，启动千斤顶3下压钢管桩10，使得钢管桩10下沉一次设计行程，压桩力不小于预设支撑力的1.5倍；

S12、收回千斤顶3，将异型钢活塞柱5的下承压板9提高至入砂孔14位置以上，使用漏斗向填砂段16填入细粉砂；

S13、启动千斤顶3，用异型钢活塞柱5的下承压板9将细粉砂压实；

S14、所有桩位下沉和填充细粉砂完成后，重复S9-S10，进行第二个一次行程下沉；

S15、重复S9-S14，直至建筑物下沉完成；

S16、逐一收回千斤顶3和异型钢活塞柱5，接长钢管柱，延伸至托换结构1底面，基坑回填。

具体实施时，本发明装置的数量与安装位置的设计应满足如下条件：任一装置的缺失不影响上方建筑物的安全。然后将每个下沉装置按照下沉方法的操作步骤S1-S16同时进行操作，直至最终完成建筑物整体下沉的过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：包括托换结构（1）、千斤顶（3）、垫块组（4）、异型钢活塞柱（5）和钢管桩（10），所述异型钢活塞柱（5）从上到下依次设有上承压端板（6）、中承压环板（7）、限位环板（8）和下承压板（9），所述下承压板（9）上设有补砂孔（20），所述钢管桩（10）从上到下包括中空段（21）、填有细粉砂的填砂段（16）、填有混凝土的实心段（12）和桩尖（11），所述中空段（21）侧壁设有入砂孔（14），所述填砂段（16）侧壁设有至少一个等间距排列的出砂孔（15），所述出砂孔（15）设有封口板（18），所述封口板（18）上设有直径大于出砂孔（15）直径的孔，且二者数量相等、圆心等高，所述封口板（18）通过定位轨环（19）与钢管桩（10）贴紧，且可沿定位轨环（19）水平滑动，所述千斤顶（3）的底座向上与托换结构（1）下表面连接，其顶部向下设置在垫块组（4）上，所述垫块组（4）设置在异型钢活塞柱（5）的上承压端板（6）的上表面，所述异型钢活塞柱（5）的下部嵌入钢管桩（10）的中空段（21）。

2.根据权利要求1所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述千斤顶（3）为双向液压千斤顶。

3.根据权利要求1所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述异型钢活塞柱（5）下部嵌入钢管桩（10）中空段（21）的最小深度为保证限位环板（8）进入钢管桩（10）中空段（21）。

4.根据权利要求1所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述上承压端板（6）和中承压环板（7）分别与异型钢管活塞柱（5）外壁设有三角形加劲肋（17）。

5.根据权利要求1所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述钢管桩（10）上端外壁设有法兰环（13），且法兰环（13）下表面与钢管桩（10）外壁之间设有三角形加劲肋（17）。

6.根据权利要求1所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述钢管桩（10）的总长度根据其所要提供的竖向承载力确定，所述钢管桩（10）实心段（12）的长度不小于钢管桩（10）总长度的2/3；所述填砂段（16）和中空段（21）的总长不小于一次设计行程与钢管桩（10）外径之和，所述一次设计行程不小于30cm，且不大于500cm；所述填砂段（16）的长度不小于钢管桩（10）的内径，所述中空段（21）长度不小于钢管桩（10）外径与50cm中较大的一个值。

7.根据权利要求6所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述异型钢管活塞柱（5）的上承压端板（6）与中承压环板（7）的间距为20~50cm；所述中承压环板（7）与限位环板（8）之间的距离大于一次设计行程；所述限位环板（8）和下承压板（9）之间的距离小于最小中空段（21）长度，中承压环板（7）外径大于钢管桩（10）外径，上承压端板（6）、中承压环板（7）、限位环板（8）、下承压板（9）厚度均不小于1.6cm。

8.根据权利要求1所述的一种建筑物整体下沉的装置，其特征在于：所述千斤顶（3）与垫块组（4）的总高度大于钢管桩（10）填砂段（16）填砂至最大高度时异型钢活塞柱（5）嵌入钢管桩（10）中空段（21）的长度。

9.利用权利要求1-8任一项所述下沉装置进行下沉的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、托换结构（1）施工，将托换结构（1）支承于原桩（2）上；

S2、挖开托换结构（1）下部基坑，保证下沉施工操作空间净空不小于H，且大于2倍一次设计行程，所述H取200cm与h加上20cm中较大的一个值，所述h为异型钢活塞柱（5）的高度；

S3、分段静压钢管桩（10），桩顶标高与托换结构（1）之间的距离不小于h加上10cm，达到预设位置后，用混凝土填充实心段（12）；

S4、水平滑动关闭钢管桩（10）出砂孔（15）的封口板（18），从钢管桩（10）顶部装填细粉砂，填至预设高度；

S5、在钢管桩（10）的中空段（21）插入异型钢活塞柱（5），使得异型钢活塞柱（5）的下承压板（9）压在细粉砂上；

S6、在异型钢活塞柱（5）的上方安装支承调平系统，调整好千斤顶（3）和垫块组（4）的位置；

S7、重复S1-S6完成需要数量的所述装置的安装，然后逐一启动千斤顶（3），顶紧托换结构（1）并达到预设支承力，预设支承力为1.1-1.2倍所需支承力；

S8、切断每个托换结构（1）的原桩（2）；

S9、沿定位轨环（19）水平滑动钢管桩（10）出砂孔（15）的封口板（18），将封口板（18）上的孔与出砂孔（15）圆心对齐，细粉砂流出，建筑物下沉，通过控制细粉砂的流出速度和流出量，控制下沉的速度和高度；

S10、完成下沉一次设计行程后，水平滑动封口板（18），封闭出砂孔（15）；

S11、逐一挖土，启动千斤顶（3）下压钢管桩（10），使得钢管桩（10）下沉一次设计行程，压桩力不小于预设支撑力的1.5倍；

S12、收回千斤顶（3），将异型钢活塞柱（5）的下承压板（9）提高至入砂孔（14）位置以上，使用漏斗向填砂段（16）填入细粉砂；

S13、启动千斤顶（3），用异型钢活塞柱（5）的下承压板（9）将细粉砂压实；

S14、所有桩位下沉和填充细粉砂完成后，重复S9-S10，进行第二个一次行程下沉；

S15、重复S9-S14，直至建筑物下沉完成；

S16、逐一收回千斤顶（3）和异型钢活塞柱（5），接长钢管柱，延伸至托换结构（1）底面，基坑回填。

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