某3800噸觀音大佛整體迫降35m工程設計方法分析

彭濤，馬賢勝，衛海

（江蘇鴻基節能新技術股份有限公司，江蘇 南京 210019）

0 前言

建筑物迫降技術是改變建筑物標高的一項專門的建筑技術，屬于建筑物移位技術的一個分支，近年來由于工程建設的蓬勃發展和既有建筑物功能和性能要求的不斷提高，建筑物迫降技術[1]在建筑物糾偏等方面得到快速發展和廣泛應用。

根據國務院相關規定，2015年后新建的室外宗教標志性構筑物不得超過10m。由于現有山西省某風景區觀音大佛的總高度39.91m，遠超過了規定限值，因此需要進行整改或者拆除。現將觀音大佛原位保護，整體迫降35m。

1 概述

圖1 觀音大佛實景圖一

圖2 觀音大佛實景圖二

1.1 工程概況

觀音大佛佛像高度26.1m，蓮花寶座高度13.85m，大佛本體加蓮花底座總高度大約為39.91m，山下地平面至佛像頂部108m，總重量3800t，于2012年開工建設并建成。現由于政策變化，應業主要求，整體佛像下沉35m；觀音大佛佛像基礎采用樁筏基礎，原樁采用人工挖孔灌注樁，直徑D=800mm，樁長15m，為摩擦端承樁，樁端持力層為②層粉土層，筏板基礎厚度1m，蓮花底座為剪力墻結構。現采用錨桿靜壓樁進行荷載轉換，荷載轉換完成后，破除原樁基礎，利用錨桿靜壓樁及自動控制迫降系統進行迫降。

1.2 地質情況

第①層，雜填土(Q42ml)，本場地內除個別零星地段缺失外，基本均有分布，厚度變化不大，層厚0.50m～1.30m，平均厚度0.90m，層底深度0.50m～1.30m，層底標高863.91m～864.70m。褐黃等雜色，稍濕，松散，物質成分以粉土為主，含碎磚等建筑垃圾，土質不均。呈中等～高壓縮性。

第②層，粉土(Q3pl)，本場地內均有分布，厚度變化不大，層厚22.40m～23.50m，平均厚度23.10m，層底深度23.40m～24.20m，層底標高841.03m～841.82m。褐黃色，稍濕，稍密～中密，具大孔隙，垂直節理發育，土質較均一，含云母碎片、零星鈣質結核。飽和狀態下搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低。

第③層粉質粘土(Q2pl)，本場地內均有分布，厚度變化不大，層厚4.30m～5.90m，平均厚度5.00m，層底深度28.30m～29.30m，層底標高835.90m～836.91m。紅褐色，硬塑～堅硬狀態，含少量鈣質結核及菌絲。飽和狀態下搖振無反應，切面較光滑，干強度高，韌性中等。

第④層，粉土(Q2pl)，本場地內均有分布，厚度變化不大，層厚4.30m～5.30m，平均厚度4.80m，層底深度32.80m～34.60m，層底標高830.60m～832.43m。褐黃色，濕，中密，土質較均一，含云母碎片。飽和狀態下搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低。該層土的壓縮系數а1-2平均值0.30 MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值126.18MPa。標準貫入試驗實測擊數15～18擊。

第⑤層粉質粘土（Q2pl），本場地內均有分布，厚度變化較大，層厚2.70m～4.50m，平均厚度3.70m，層底深度37.00m～37.50m，層底標高827.82m～828.21m。紅褐色，可塑狀態，含零星鈣質結核及菌絲。飽和狀態下搖振無反應，切面較光滑，干強度高，韌性中等。該層土的壓縮系數а1-2平均值0.31 MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值99.58MPa。標準貫入試驗實測擊數19～20擊。

第⑥層，粉土(Q2pl)，本場地內均有分布，厚度變化不大，層厚7.00m～9.00m，平均厚度7.70m，層底深度44.30m～46.30m，層底標高818.93m～820.91m。褐黃色，濕，密實，土質較均一，含云母碎片。飽和狀態下搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低。該層土的壓縮系數а1-2平均值0.32MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值119.84MPa。標準貫入試驗實測擊數20～27擊。

第⑦層粉質粘土（Q2pl)，本場地內均有分布，厚度變化不大，層厚8.00m～11.10m，平均厚度10.00m，層底深度54.30m～55.60m，層底標高809.72m～810.93m。紅褐色，可塑～硬塑狀態，含少量鈣質結核及菌絲。飽和狀態下搖振無反應，切面較光滑，干強度高，韌性中等。該層土的壓縮系數а1-2平均值0.28MPa-1，呈中等壓縮性，回彈模量Ee平均值91.30MPa。標準貫入試驗實測擊數24～34擊。

2 迫降設計

2.1 錨桿靜壓樁設計

迫降施工是本工程的重點工作內容，先開挖3m土方，提供施工操作面，錨桿靜壓樁施工完成提供上部荷載的托換樁。通過托換節點進行荷載的托換。

原筏板底采用的人工挖孔樁深度15m，構筑物需要迫降35m，迫降深度遠大于原樁深度，在迫降過程中需要破除原樁，本設計采用的是錨桿靜壓樁進行荷載的托換，錨桿靜壓樁施工是利用構筑物本身的自重進行靜力壓樁。

圖3 錨桿靜壓樁示意圖

樁身截面尺寸：φ402x14mm直縫焊管或高頻直縫管(Q345b)。

根據土的物理指標與承載力參數之間的關系確定單樁豎向極限承載力標準值[2][3]，按下式估算：

式中：qsik——樁側第i層土的極限側阻力標準值；qpk——極限端阻力標準值。

單樁豎向承載力特征值Ra應按下式確定：

式中：

Quk——單樁豎向極限承載力標準值；

k——安全系數，取k=2。

承載力特征值取整為1800kN。

構筑物總重量為3800t；下部由32根φ402×14鋼管樁45長度，每個樁平均承擔荷載3800/32=119t/根；滿足承載力要求。

圖4 新增錨桿靜壓樁示意圖

設計單樁樁頂壓樁力Ra=3600kN，正常狀態下單樁豎向承載力特征值Ra=1800kN（有效樁長45m），樁端持力層7層粉質黏土層，終壓樁力≥3600kN；由于地質土層較好，臨時支撐樁既要達到相應的承載力，承受上部佛像重量及荷載，又要能夠滿足迫降35m深度的要求，因此壓樁由樁長和壓樁力雙控。

2.2 迫降節點設計

迫降上節點采用鋼結構節點，鋼節點的承載力[4]為R=3600kN，下部連接千斤頂或迫降小車等迫降設備，迫降設備下部設置迫降墊塊，墊塊支撐在鋼管樁上。通過多級托換迫降的方式進行迫降。

為保證迫降過程的安全性，迫降設備的承載力設置3倍安全系數，同時設置了另外兩道保護措施；第一道保護措施：所有的迫降設備都有液壓鎖裝置，保證液壓系統出現故障或者開挖過程中油管破損等情況都能保證每個迫降設備自動鎖死，保證迫降過程的安全性；第二道保護措施：在迫降設備活塞邊側放置鋼板小墊塊保證迫降過程中的剛性支撐。

圖5 迫降托換示意圖

圖6 迫降節點示意圖

圖7 迫降節點現場照片

2.3 迫降過程設計

迫降設備每次的行程為200mm，下部大墊塊每塊厚度為200mm，在千斤頂的內部有保護性小墊塊，小墊塊的厚度為20mm每塊，總共10塊；在迫降過程中，每次行程20mm，每迫降一次同時抽掉一塊小墊塊。每次迫降完成200mm后，逐步抽掉一個大墊塊，每次最多同時抽掉對稱位置的兩個托換樁上的大墊塊。同時進行補充壓力達到設計的荷載值；再進行逐個的抽換，直至全部完成抽換任務，再進行下一步的迫降行程。完成1m迫降后，進行挖土和破樁工作，再進行下一次的迫降工作。重復每次的迫降，直至迫降到設計深度。

圖8 迫降過程中照片

迫降過程中需要對整個構筑物進行傾斜率和迫降差值的實時監控，要求如下表。

監測情況及預警措施

2.4 迫降到位后對接

迫降到位后，逐個撤出全部設備，采用回填混凝土的方式進行回填。

3 結論

本文以觀音大佛構筑物為例進行迫降工程的設計，從托換錨桿靜壓樁、托換節點以及迫降過程等方面做了詳細的設計。其主要結論如下：

①錨桿靜壓樁既要滿足上部構筑物重量等荷載的相關承載力要求，并且達到迫降深度后剩余樁承載力仍能滿足相關承載力要求，同時也要滿足迫降深度的要求，因此錨桿靜壓樁的設計必須以壓樁力和樁長雙控；

圖9 迫降到位后照片

圖10 迫降到位對接示意圖

②托換節點采用鋼結構設計節點，既要滿足迫降承載力要求，也要滿足托換施工的便利性，為充分考慮迫降過程的風險，托換節點的承載力滿足3倍安全系數；

③為保證迫降過程的安全性，設置了兩道保護措施，一是所有迫降設備設置液壓鎖裝置，二是在迫降設備活塞一側放置鋼板小墊塊保證迫降過程中出現意外時，提供臨時保護剛性支撐；

④本項目在迫降構筑物的深度、迫降構筑物的重量等多個方面創造了多項世界紀錄。