自行式模塊化平板小車在古建筑長距離移位工程中的應(yīng)用

彭勇平

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 概述

1.1 古建筑概況

背景古建筑位于徐州市火車站西側(cè)，于1932年興建，為西式樓房，主體2層，方石基礎(chǔ)，水磨石砌墻。菱花鐵窗，藻井門楣，體現(xiàn)了西式建筑的風(fēng)格。2樓為居室，頂為平臺（圖1）。2011年公布為徐州市文物保護單位。

圖1 古建筑外觀

古建筑主體結(jié)構(gòu)外輪廓線長度為12.48 m，寬度為11.82 m，總高度約12 m，共2層，建筑面積約為300 m2。房屋前大門凸出約2.10 m，有2根石柱。主體結(jié)構(gòu)為水磨石砌體墻承重，墻厚達700 mm。1層樓層板為木樓板，2層樓層板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有金庫并設(shè)2道石砌體墻，墻下基礎(chǔ)為方石砌筑基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為2.10 m。

該房屋年代久遠(yuǎn)，且為砌體結(jié)構(gòu)，有諸多損壞部位，其中包括墻體裂縫、墻面破損、內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞等。

1.2 古建筑移位的必要性

由于徐州市新建地鐵1號線正好從該古建筑底下穿過，且古建筑所處地塊為地鐵車站區(qū)域內(nèi)，需進行大開挖施工。為保留并保護好古建筑，采用整體平移到合適的新址是最好的方式，比起采用落架復(fù)原的方式保護更能完整地保留古建筑的歷史信息。

1.3 移位概況

根據(jù)規(guī)劃，擬將古建筑整體平移至原址的西北方向約240 m的位置（圖2），整體標(biāo)高不變。整體移位線路還需避開正在施工的相關(guān)建筑設(shè)施，路線較為復(fù)雜。

圖2 平移路線示意

2 移位方案設(shè)計

2.1 采用SPMT平移方式的必要性

如采用傳統(tǒng)的滑道式平移方式，工藝成熟，安全可靠。但是施作鋼筋混凝土滑道時間長、成本高，且平移速度較慢、轉(zhuǎn)向多次耽誤工期，整體工期及造價均不理想。而采用自行式模塊化平板車（SPMT）平移方式則避免了上述問題，平移道路上只需地基臨時加固處理，時間快、成本低，平移速度快且轉(zhuǎn)向快捷，大大縮短工期，并降低造價。

SPMT主要由不同規(guī)格的模塊組成（可縱橫向拼接），配置動力頭（PPU）、電器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。PPU內(nèi)置柴油發(fā)動機、液壓泵組、油箱、控制面板等部件，發(fā)動機帶動液壓泵，輸出液壓動力，驅(qū)動各軸上的液壓電動機使車輛運行?？蓪崿F(xiàn)平板車的升降、平移、上下坡及轉(zhuǎn)向等各種復(fù)雜的動作[1]。

2.2 SPMT移位技術(shù)關(guān)鍵點

本項目采用SPMT平移古建筑的關(guān)鍵技術(shù)點如下：

1）由于該建筑所處位置地勢較低，而采用SPMT平移需確保有足夠的空間讓平板車進入建筑底部實施，所以擬采用折中的辦法處理，即將建筑地坪以上的結(jié)構(gòu)脫離基礎(chǔ)并整體頂升，便于SPMT進入建筑下部托換平移，而基礎(chǔ)部分采用落架復(fù)原的方式遷移至新址保護。

2）該建筑為砌體結(jié)構(gòu)，整體性較差，而在本項目中需經(jīng)歷整體頂升和整體平移的多次復(fù)雜移位過程。所以需采用可靠的底部托盤結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的上部臨時加固保護措施，托盤結(jié)構(gòu)保證上部荷載的有效傳遞和整體結(jié)構(gòu)的剛度滿足變形的要求，臨時保護措施確保上部細(xì)部結(jié)構(gòu)的安全性。

3）本項目所平移建筑占地面積小，剛度小，但荷載卻較大且分布不均，不同于以往SPMT所運輸?shù)拇篌w積、大剛度及大質(zhì)量的構(gòu)件。按荷載計算所用SPMT軸線較多，平板車整體長度較長，如何將上部較集中的大荷載有效地分散到SPMT上是本項目最難的技術(shù)要點。

2.3 SPMT配置設(shè)計

采用SPMT平移建筑，需先對SPMT的承載能力進行復(fù)核。根據(jù)本項目采用的SPMT型號，單軸極限承載能力40 t，考慮到自重及安全儲備，建議使用到30 t左右。

該古建筑自身總荷載約1 050 t，托盤及加固結(jié)構(gòu)250 t，平板車自重270 t，合計總荷載為1 570 t。根據(jù)SPMT單軸承載能力驗算共需54條軸線，按均布每條軸線荷載約為28.7 t。

SPMT的布置需綜合考慮上部結(jié)構(gòu)的大小、質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)形式等各個因素。該古建筑占地面積小，但其荷載大且集中在四周墻體軸線上，如將SPMT布置在建筑兩側(cè)，則托盤結(jié)構(gòu)會要求斷面很高來滿足剛度的需求，綜合考慮托盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以及SPMT的合理布置方位，最終確定采用在平移前進方向并排布置3列SPMT的方式（圖3）。

圖3 SPMT平板車布置

另外，還需對SPMT平移過程的穩(wěn)定性進行校核，通常的做法是將所有的SPMT模塊車編成3組，相應(yīng)的油路系統(tǒng)編成3個回路[2]，形成三點穩(wěn)定支撐，建筑的重心必須投影到三點形成的三角形內(nèi)，重心垂線與重心到三邊的垂線形成3個夾角[3]，稱為穩(wěn)定角。根據(jù)行業(yè)規(guī)范，這3個夾角的角度都必須大于7°。本項目根據(jù)校核，穩(wěn)定角最小為20°，表明平移過程是安全的（圖4）。

圖4 穩(wěn)定角計算示意

2.4 托盤結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

本項目平移的最關(guān)鍵性節(jié)點即為建筑下部的托盤結(jié)構(gòu)，它是保證古建筑結(jié)構(gòu)安全的重要基石[4-8]。

SPMT配置設(shè)計結(jié)果顯示，3列車的長度相等且均超過建筑的邊長很多，為有效擴散建筑的荷載，托盤結(jié)構(gòu)首先就需要沿SPMT長度方向延伸，加大與SPMT車板的支撐面積。

為明確建筑托盤與SPMT車板之間力的傳遞關(guān)系，一般采用在車板上安裝若干個支墩的形式。而根據(jù)擴大后的托盤結(jié)構(gòu)與SPMT車板之間力的模擬驗算，上部荷載無法均勻有效地通過支墩傳遞至車板上，各個支墩受力大小差異很大，有的支墩受力太大導(dǎo)致托盤結(jié)構(gòu)斷面尺寸要求很大，而有的支墩甚至出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，本方案借鑒了SPMT的三點穩(wěn)定支撐原理，將車板上的支墩全部替換成千斤頂，也編成3組，每組形成油路系統(tǒng)聯(lián)通回路，即每組千斤頂內(nèi)部壓力相等，單個千斤頂頂力一致。這樣就確保了上部建筑的荷載通過3組千斤頂支墩明確有效地分配、擴散到SPMT車板上，同時通過三點穩(wěn)定支撐保證建筑的傾覆安全（圖5）。

圖5 托盤結(jié)構(gòu)平面布置

同時，托盤結(jié)構(gòu)還需考慮前期頂升時的受力工況，頂升受力點與上述千斤頂支墩位置錯開。托盤結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具體采用傳統(tǒng)平移工程中常用的夾墻梁形式，形成平面框架體系。托盤結(jié)構(gòu)分頂升工況和平移工況分別進行驗算分析（圖6、圖7）。分析表明其各項力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

圖6 頂升工況內(nèi)力分布

圖7 平移工況內(nèi)力分布

2.5 臨時加固措施

平移是一個動態(tài)的過程，古建筑為砌體結(jié)構(gòu)，整體性較差，且存在較多的薄弱結(jié)構(gòu)，如門柱、木樓板以及內(nèi)部裝飾結(jié)構(gòu)等。

為保證平移過程中古建筑的安全性，采用腳手架鋼管實施內(nèi)撐外拉的保護性措施，即在室內(nèi)搭設(shè)滿堂腳手架，在室外搭設(shè)雙排腳手架，內(nèi)外腳手架通過門窗拉通連接成整體，使得需要保護的所有建筑結(jié)構(gòu)靠落在腳手架網(wǎng)架上。整個腳手架體系坐落在托盤結(jié)構(gòu)上，隨古建筑一起進行平移[9-15]。

3 方案實施

在理論上解決上述各個技術(shù)難點后，按照以下的施工流程實施SPMT平移方案：施工準(zhǔn)備→托盤結(jié)構(gòu)施工→搭設(shè)腳手架臨時保護→頂升→平移施工→新址降落→就位連接。

其中行進道路平整度誤差允許值達到10 mm，并采用厚20 mm鋼板鋪設(shè)。平移速度控制在0.5 km/h以內(nèi)，平移過程中建筑四周的水平高差允許值在50 mm以內(nèi)。

根據(jù)平移結(jié)果，相對于采用傳統(tǒng)的滑道式平移方式，本項目采用SPMT平移的優(yōu)勢如下：相對工期縮短70%～90%；平移費用相對節(jié)約投資20%～40%；大大減少建筑垃圾的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

建筑物整體移位新技術(shù)為城市建設(shè)中解決好繼承與發(fā)展這對矛盾提供了一條新思路，隨著移位技術(shù)近年來的逐步發(fā)展，移位施工的距離要求越來越高，從一開始的幾十米到現(xiàn)在的上百米甚至幾百米，并對移位施工的過程控制提出更高要求。

本工程采用SPMT平板車作為古建筑物長距離移位的一種手段，解決了因古建筑整體結(jié)構(gòu)較為脆弱而產(chǎn)生的移位時必須克服的若干技術(shù)難點，確保了古建筑在長距離移位過程中的安全性和可靠性，同時，也節(jié)約了古建筑異地保護的經(jīng)濟成本，并大大縮短了移位施工的工期，為今后類似項目的實施提供重要的技術(shù)支持，具有一定的借鑒意義。