某3800吨观音大佛整体迫降35m工程设计方法分析

彭涛，马贤胜，卫海

（江苏鸿基节能新技术股份有限公司，江苏 南京 210019）

0 前言

建筑物迫降技术是改变建筑物标高的一项专门的建筑技术，属于建筑物移位技术的一个分支，近年来由于工程建设的蓬勃发展和既有建筑物功能和性能要求的不断提高，建筑物迫降技术[1]在建筑物纠偏等方面得到快速发展和广泛应用。

根据国务院相关规定，2015年后新建的室外宗教标志性构筑物不得超过10m。由于现有山西省某风景区观音大佛的总高度39.91m，远超过了规定限值，因此需要进行整改或者拆除。现将观音大佛原位保护，整体迫降35m。

1 概述

图1 观音大佛实景图一

图2 观音大佛实景图二

1.1 工程概况

观音大佛佛像高度26.1m，莲花宝座高度13.85m，大佛本体加莲花底座总高度大约为39.91m，山下地平面至佛像顶部108m，总重量3800t，于2012年开工建设并建成。现由于政策变化，应业主要求，整体佛像下沉35m；观音大佛佛像基础采用桩筏基础，原桩采用人工挖孔灌注桩，直径D=800mm，桩长15m，为摩擦端承桩，桩端持力层为②层粉土层，筏板基础厚度1m，莲花底座为剪力墙结构。现采用锚杆静压桩进行荷载转换，荷载转换完成后，破除原桩基础，利用锚杆静压桩及自动控制迫降系统进行迫降。

1.2 地质情况

第①层，杂填土(Q42ml)，本场地内除个别零星地段缺失外，基本均有分布，厚度变化不大，层厚0.50m～1.30m，平均厚度0.90m，层底深度0.50m～1.30m，层底标高863.91m～864.70m。褐黄等杂色，稍湿，松散，物质成分以粉土为主，含碎砖等建筑垃圾，土质不均。呈中等～高压缩性。

第②层，粉土(Q3pl)，本场地内均有分布，厚度变化不大，层厚22.40m～23.50m，平均厚度23.10m，层底深度23.40m～24.20m，层底标高841.03m～841.82m。褐黄色，稍湿，稍密～中密，具大孔隙，垂直节理发育，土质较均一，含云母碎片、零星钙质结核。饱和状态下摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低。

第③层粉质粘土(Q2pl)，本场地内均有分布，厚度变化不大，层厚4.30m～5.90m，平均厚度5.00m，层底深度28.30m～29.30m，层底标高835.90m～836.91m。红褐色，硬塑～坚硬状态，含少量钙质结核及菌丝。饱和状态下摇振无反应，切面较光滑，干强度高，韧性中等。

第④层，粉土(Q2pl)，本场地内均有分布，厚度变化不大，层厚4.30m～5.30m，平均厚度4.80m，层底深度32.80m～34.60m，层底标高830.60m～832.43m。褐黄色，湿，中密，土质较均一，含云母碎片。饱和状态下摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低。该层土的压缩系数а1-2平均值0.30 MPa-1，呈中等压缩性，回弹模量Ee平均值126.18MPa。标准贯入试验实测击数15～18击。

第⑤层粉质粘土（Q2pl），本场地内均有分布，厚度变化较大，层厚2.70m～4.50m，平均厚度3.70m，层底深度37.00m～37.50m，层底标高827.82m～828.21m。红褐色，可塑状态，含零星钙质结核及菌丝。饱和状态下摇振无反应，切面较光滑，干强度高，韧性中等。该层土的压缩系数а1-2平均值0.31 MPa-1，呈中等压缩性，回弹模量Ee平均值99.58MPa。标准贯入试验实测击数19～20击。

第⑥层，粉土(Q2pl)，本场地内均有分布，厚度变化不大，层厚7.00m～9.00m，平均厚度7.70m，层底深度44.30m～46.30m，层底标高818.93m～820.91m。褐黄色，湿，密实，土质较均一，含云母碎片。饱和状态下摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低。该层土的压缩系数а1-2平均值0.32MPa-1，呈中等压缩性，回弹模量Ee平均值119.84MPa。标准贯入试验实测击数20～27击。

第⑦层粉质粘土（Q2pl)，本场地内均有分布，厚度变化不大，层厚8.00m～11.10m，平均厚度10.00m，层底深度54.30m～55.60m，层底标高809.72m～810.93m。红褐色，可塑～硬塑状态，含少量钙质结核及菌丝。饱和状态下摇振无反应，切面较光滑，干强度高，韧性中等。该层土的压缩系数а1-2平均值0.28MPa-1，呈中等压缩性，回弹模量Ee平均值91.30MPa。标准贯入试验实测击数24～34击。

2 迫降设计

2.1 锚杆静压桩设计

迫降施工是本工程的重点工作内容，先开挖3m土方，提供施工操作面，锚杆静压桩施工完成提供上部荷载的托换桩。通过托换节点进行荷载的托换。

原筏板底采用的人工挖孔桩深度15m，构筑物需要迫降35m，迫降深度远大于原桩深度，在迫降过程中需要破除原桩，本设计采用的是锚杆静压桩进行荷载的托换，锚杆静压桩施工是利用构筑物本身的自重进行静力压桩。

图3 锚杆静压桩示意图

桩身截面尺寸：φ402x14mm直缝焊管或高频直缝管(Q345b)。

根据土的物理指标与承载力参数之间的关系确定单桩竖向极限承载力标准值[2][3]，按下式估算：

式中：qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk——极限端阻力标准值。

单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定：

式中：

Quk——单桩竖向极限承载力标准值；

k——安全系数，取k=2。

承载力特征值取整为1800kN。

构筑物总重量为3800t；下部由32根φ402×14钢管桩45长度，每个桩平均承担荷载3800/32=119t/根；满足承载力要求。

图4 新增锚杆静压桩示意图

设计单桩桩顶压桩力Ra=3600kN，正常状态下单桩竖向承载力特征值Ra=1800kN（有效桩长45m），桩端持力层7层粉质黏土层，终压桩力≥3600kN；由于地质土层较好，临时支撑桩既要达到相应的承载力，承受上部佛像重量及荷载，又要能够满足迫降35m深度的要求，因此压桩由桩长和压桩力双控。

2.2 迫降节点设计

迫降上节点采用钢结构节点，钢节点的承载力[4]为R=3600kN，下部连接千斤顶或迫降小车等迫降设备，迫降设备下部设置迫降垫块，垫块支撑在钢管桩上。通过多级托换迫降的方式进行迫降。

为保证迫降过程的安全性，迫降设备的承载力设置3倍安全系数，同时设置了另外两道保护措施；第一道保护措施：所有的迫降设备都有液压锁装置，保证液压系统出现故障或者开挖过程中油管破损等情况都能保证每个迫降设备自动锁死，保证迫降过程的安全性；第二道保护措施：在迫降设备活塞边侧放置钢板小垫块保证迫降过程中的刚性支撑。

图5 迫降托换示意图

图6 迫降节点示意图

图7 迫降节点现场照片

2.3 迫降过程设计

迫降设备每次的行程为200mm，下部大垫块每块厚度为200mm，在千斤顶的内部有保护性小垫块，小垫块的厚度为20mm每块，总共10块；在迫降过程中，每次行程20mm，每迫降一次同时抽掉一块小垫块。每次迫降完成200mm后，逐步抽掉一个大垫块，每次最多同时抽掉对称位置的两个托换桩上的大垫块。同时进行补充压力达到设计的荷载值；再进行逐个的抽换，直至全部完成抽换任务，再进行下一步的迫降行程。完成1m迫降后，进行挖土和破桩工作，再进行下一次的迫降工作。重复每次的迫降，直至迫降到设计深度。

图8 迫降过程中照片

迫降过程中需要对整个构筑物进行倾斜率和迫降差值的实时监控，要求如下表。

监测情况及预警措施

2.4 迫降到位后对接

迫降到位后，逐个撤出全部设备，采用回填混凝土的方式进行回填。

3 结论

本文以观音大佛构筑物为例进行迫降工程的设计，从托换锚杆静压桩、托换节点以及迫降过程等方面做了详细的设计。其主要结论如下：

①锚杆静压桩既要满足上部构筑物重量等荷载的相关承载力要求，并且达到迫降深度后剩余桩承载力仍能满足相关承载力要求，同时也要满足迫降深度的要求，因此锚杆静压桩的设计必须以压桩力和桩长双控；

图9 迫降到位后照片

图10 迫降到位对接示意图

②托换节点采用钢结构设计节点，既要满足迫降承载力要求，也要满足托换施工的便利性，为充分考虑迫降过程的风险，托换节点的承载力满足3倍安全系数；

③为保证迫降过程的安全性，设置了两道保护措施，一是所有迫降设备设置液压锁装置，二是在迫降设备活塞一侧放置钢板小垫块保证迫降过程中出现意外时，提供临时保护刚性支撑；

④本项目在迫降构筑物的深度、迫降构筑物的重量等多个方面创造了多项世界纪录。