某文物建筑的平移保護(hù)工程探討

秦文科

（湖北星汶建設(shè)工程有限公司，湖北 武漢 430090）

1 工程概況

某建筑為尚未定級的不可移動文物，房屋荒廢多年，無人居住使用，且房屋多處出現(xiàn)墻體損壞、開裂等病害，屋面大面積坍塌、二層樓板大面積坍塌散失。該建筑原址保留存在一定的困難，周邊的開發(fā)將對建筑造成很大的擾動，為了更好地保護(hù)文物本體的安全及展示，提出遷移保護(hù)的思路。在對不可移動文物保護(hù)工項目進(jìn)行充分的前期技術(shù)服務(wù)工作的基礎(chǔ)上，匹配保護(hù)建筑歷史價值的保護(hù)方案，最終確定采取遷移的方式。

該建筑呈“矩形布置”，長約34.0m，寬約23.0m，占地面積約782.0m。為地上2層砌體結(jié)構(gòu)，1層層高為4.6m，2層層高為5.1m，房屋總高度為11.3m。房屋為條形基礎(chǔ)形式，部分為磚砌體，部分為條石，無圈梁，無構(gòu)造柱。

為確保文物遷移工程的安全可靠，應(yīng)針對房屋結(jié)構(gòu)特點，制定有效加固措施，同時又不以損傷文物本體、保存文物價值的原則，采取切實有效的平移方案，并對遷移過程進(jìn)行有效監(jiān)測與監(jiān)控，確保文物遷移工程的安全可靠。

2 特點及難點

本平移工程的特點、難點及應(yīng)對措施闡述如下。

特點為：①該房屋為文物保護(hù)建筑，整個施工過程應(yīng)不損害文物價值，對關(guān)鍵部位需要重點保護(hù)；②房屋鄰近漢江，地基相對較弱；③依據(jù)檢測報告與現(xiàn)場開挖探測，承重墻體基礎(chǔ)形式多樣，部分墻體下未設(shè)置放大腳基礎(chǔ)，而且基礎(chǔ)埋深較淺，承載力相對不足；④該建筑物荒廢多年，破損嚴(yán)重，縱橫向聯(lián)系弱，剛度整體性較差，且材料強度較低。

難點為：根據(jù)鑒定報告，綜合評定該房屋安全等級為C級（局部危房）。該建筑整體穩(wěn)定性較差，對不均勻沉降敏感，容易產(chǎn)生不均勻沉降、抵抗不均勻沉降能力不足。

針對以上特點及難點，采取了針對性的應(yīng)對措施，見表1示意。

表1 工程特點、難點及應(yīng)對措施

3 上部結(jié)構(gòu)臨時性加固

建筑結(jié)構(gòu)整體性極差，平移前上部結(jié)構(gòu)需進(jìn)行臨時性加固，加固至整體性符合整體安全平移的條件，同時具有可逆性。

3.1 局部加固法

局部墻體破損、開裂及磚體松動處，墻體內(nèi)外側(cè)采取木板包裹，并通過絲桿錨固。內(nèi)墻門洞采用木支撐臨時加固，對門窗洞口過大處輔以鋼結(jié)構(gòu)支撐加固。砌體封堵墻采用MU5級加砌混凝土砌塊、M5級水泥砂漿，封堵砌體與原結(jié)構(gòu)間采用塑料薄膜隔離。

3.2 腳手架加固法

腳手架通過有效連接可形成鋼桁架體系，縱橫方向具有一定的整體剛度，且安裝方便。通過腳手架頂托支撐緊貼于內(nèi)、外墻面的木模板傳力，能滿足平移過程中振動產(chǎn)生的次生外力。前期考慮到土方開挖的施工空間，腳手架加固僅限局部存在倒塌或破損嚴(yán)重的墻體部位。

待托盤梁、軌道梁施工完畢，布置滿堂腳手架對房屋整體進(jìn)行加固。墻體內(nèi)外腳手架在門窗洞口部位貫通，拉結(jié)成整體。局部凹凸部位采用木龍骨和木板固定。

3.3 型鋼加固法

臨時加固的設(shè)計：臨時加固以不改變原結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑為原則，采用可逆的加固方式加強建筑的穩(wěn)定性、整體性和整體剛度。

平移過程為解決差異沉降等引起局部應(yīng)力集中問題，需采取結(jié)構(gòu)加固措施，采用對建筑外觀影響較低的鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、張拉螺栓相結(jié)合的方式對墻面進(jìn)行外拉內(nèi)撐臨時加固，待移位結(jié)束后拆除。

沿外墻外側(cè)共設(shè)置三道鋼系梁，外墻內(nèi)側(cè)共設(shè)置三道方木，外墻角部設(shè)置鋼柱，外墻門窗洞處設(shè)置對拉螺栓拉結(jié)。同時，與縱橫兩個方向在鋼系梁標(biāo)高處設(shè)置對拉拉索。

鋼立柱均置于上托盤梁上，鋼立柱布置需避開線角，鋼系梁設(shè)置需繞開房屋線角，鋼系梁布置可結(jié)合外立面保護(hù)適當(dāng)調(diào)整豎向分布或局部錯位搭接。

4 托換結(jié)構(gòu)體系與軌道結(jié)構(gòu)體系施工

采取鋼筋混凝土雙夾梁托換結(jié)構(gòu)形式，通過托換技術(shù)，將上部結(jié)構(gòu)荷載從原基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換至移動裝置和軌道上。

托盤梁總體施工流程：測量放線→聯(lián)系梁墻洞開設(shè)→洞口加固→墻體鑿毛→綁扎鋼筋→模板支設(shè)→澆筑砼→養(yǎng)護(hù)拆模。

托盤梁施工原則：由兩側(cè)向中間分區(qū)施工，施工中注意對原建筑的本體保護(hù)，嚴(yán)禁施工過程中碰壞及污染原建筑需要保護(hù)的部位。

依據(jù)托換要求，共設(shè)置5條混凝土下滑道梁，作為平移過程中的房屋臨時基礎(chǔ)?；旱钠秸且莆恍凶叩年P(guān)鍵，滑動面標(biāo)高和平整度要嚴(yán)格控制，在砼澆筑、軌道鋪設(shè)階段均需嚴(yán)格控制標(biāo)高和軸線偏差，滑道相對水平誤差不得大于±20mm，軸線偏差不得大于50mm?；炷翂|層達(dá)到4～5MPa后，技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計圖紙對下滑道梁中線位置進(jìn)行放樣，并且需對下滑道梁進(jìn)行找平。

5 平移方案

建筑物整體平移技術(shù)是指在保證建筑結(jié)構(gòu)整體性的前提下將建筑物從原址水平搬遷至新址的建筑技術(shù)。目前常用平移方式有頂推式（牽拉式）、拖車式、交替步履式。

本工程占地面積大，約800m，上部結(jié)構(gòu)整體性較差，平移距離相對較近，不適用于拖車方式；本工程要求旋轉(zhuǎn)86.4°，而且占地面積相對較大，頂推式（牽拉式）無法精確擬合旋轉(zhuǎn)路徑，需要不斷糾正旋轉(zhuǎn)方面，而且對旋轉(zhuǎn)筏板和滑道平整度要求很高，不適用于采用頂推式（牽拉式）。綜合考慮，本工程采用了步履式機器人行走方式。

通過實施步履式行走方式，使建筑物隨著步履走行器移動方式同步行走，能有效減少施工人員的需求，同時減少了軌道鋪設(shè)、滑塊搬移等配套工作。通過有效控制，步履走行器可實現(xiàn)平移穩(wěn)定、振動較小的效果，大大降低了平移施工的風(fēng)險。同時，通過采用A、B兩組行走器交替頂升、平移的方式，使頂升的安全系數(shù)加倍。

6 移位施工及技術(shù)措施

6.1 旋轉(zhuǎn)平移方案選擇

常規(guī)的旋轉(zhuǎn)施工辦法為下滑道梁采用筏板形式，邊旋轉(zhuǎn)邊糾偏或旋轉(zhuǎn)到位前進(jìn)行糾偏，旋轉(zhuǎn)精度低，旋轉(zhuǎn)速度慢。

根據(jù)施工單位現(xiàn)有設(shè)備以及現(xiàn)場各方面情況綜合考慮，最終決定采用步履走行器平移設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移，該設(shè)備可以控制設(shè)置一個虛擬旋轉(zhuǎn)軸，然后按照弧形軌道布置步履走行器，通過調(diào)整步履走行器的角度最后調(diào)整各條軌道上的步履走行器的行走速度達(dá)到旋轉(zhuǎn)的目的。該設(shè)備因為是分布在建筑不同部位進(jìn)行頂推，使得建筑受力分散，相較于原有老設(shè)備不容易產(chǎn)生集中受力及壓縮變形，對建筑尤其是老建筑更有效地進(jìn)行一個相對靜態(tài)的平移，保證上部結(jié)構(gòu)安全，同時整個旋轉(zhuǎn)平移控制系統(tǒng)的平移速度也相對傳統(tǒng)平移更加快速便捷。

6.2 旋轉(zhuǎn)平移設(shè)計

經(jīng)核算，房屋上部結(jié)構(gòu)荷載為3500T，然后根據(jù)設(shè)備性能及受力分析設(shè)置40（AB各40臺，共計80臺）個行走控制點，每個控制點設(shè)置AB兩組交替行走器，每個行走器可以提供200T豎向承載力，40個控制點可以提供8000T頂升力，安全系數(shù)為2。根據(jù)新舊址位置以及建筑結(jié)構(gòu)平面圖關(guān)系，本次平移共設(shè)置5條直線軌道，到達(dá)新址筏板后調(diào)整步履走行器方向，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)軌道長35米，平移軌道及步履走行器行走控制點布置平面圖如圖1示意。

圖1 步履走行器平面布置圖

6.3 旋轉(zhuǎn)平移常見問題及解決辦法

施工現(xiàn)場嚴(yán)格按照托盤梁及下滑梁標(biāo)高控制，確保托盤梁與下滑梁間的空間能夠安裝步履走行器，施工過程中只能將空間變大，不能變小。當(dāng)兩者間的高度過大時，可以通過在上托盤梁底鑿毛后用灌漿料來填充；當(dāng)兩者間因意外情況空間不能滿足步履走行器安裝要求時，可以采取對上托盤梁底的保護(hù)層鑿除來增加凈空，但是不能破壞梁鋼筋，鑿除后需要用砂漿或者灌漿料進(jìn)行抹平，以保證步履走行器上平面的接觸面平整。

托盤梁在施工時的底模腳手架搭設(shè)時，嚴(yán)格控制模板平整度，可以在設(shè)備安裝區(qū)域適當(dāng)加密支撐以較少混凝土澆筑后的變形。

當(dāng)混凝土澆筑后發(fā)現(xiàn)托盤梁下底面表面平整度達(dá)不到要求，則在設(shè)備安裝空間滿足需要的情況下，在步履走行器頂部鋼板與托盤梁底間塞薄鋼板或者用灌漿料填充，必須保證步履走行器安裝平直。

下軌道梁完成面高差必須符合設(shè)計要求，當(dāng)現(xiàn)場高差偏差過大時，必須進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)軌道梁標(biāo)高高于設(shè)計與允許高差時，將高出部分采用電錘等小型機具進(jìn)行鑿除，鑿除過程中不能傷及軌道梁鋼筋，然后對鑿除完的部位采用砂漿進(jìn)行找平，找平后的標(biāo)高嚴(yán)格控制在設(shè)計標(biāo)高；當(dāng)軌道梁標(biāo)高低于設(shè)計標(biāo)高時，則采用砂漿進(jìn)行找平，找平后的標(biāo)高嚴(yán)格控制在設(shè)計標(biāo)高。

步履走行器安裝前需要進(jìn)行位置測量放線，偏差需要嚴(yán)格控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，安裝時需要保證千斤頂?shù)拇怪币约白咝衅鞯慕嵌确较虬凑赵O(shè)計朝向。步履走行器的測量放線位置需要基本吻合弧形軌道的弧度，減少角度偏差對產(chǎn)生的水平分力增加旋轉(zhuǎn)總的頂推力。

為防止平移過程中各走行器細(xì)小偏差帶來的累積效應(yīng)，平移前和平移過程中需要對平移軌跡進(jìn)行精細(xì)測量，與設(shè)計軌跡進(jìn)行對比分析，并依據(jù)偏差結(jié)果及時對走行器的行走速度、方向等進(jìn)行有效調(diào)整。

平移過程是一個循環(huán)幾個動作的重復(fù)過程，根據(jù)建筑平移距離的遠(yuǎn)近重復(fù)次數(shù)不同，小到幾十次大到幾千次，在如此高頻率的運行下，設(shè)備難免會出現(xiàn)故障及損壞，所以在旋轉(zhuǎn)平移施工前，現(xiàn)場根據(jù)以往施工經(jīng)驗，各類設(shè)備及配件按照損壞概率準(zhǔn)備足夠備件，以備現(xiàn)場更換需要，并且旋轉(zhuǎn)過程中需要定期根據(jù)前階段設(shè)備損壞情況以及現(xiàn)場備件進(jìn)行統(tǒng)計分析，然后根據(jù)統(tǒng)計分析表及時補充設(shè)備及配件。

7 平移監(jiān)測和信息化管理

7.1 監(jiān)測布置

在自動化監(jiān)測布置系統(tǒng)中，裂縫監(jiān)測對象為承重墻體，應(yīng)力監(jiān)測對象為托盤梁混凝土和鋼筋應(yīng)力，傾斜監(jiān)測對象為承重墻體頂部四個角點X、Y兩個方向，不均勻沉降監(jiān)測對象為承重墻體。

人工監(jiān)測根據(jù)現(xiàn)場施工情況確定，其中裂縫監(jiān)測主要以墻體裂縫、托盤梁、軌道梁裂縫監(jiān)測為主，托梁三維變形監(jiān)測包括梁體的撓度、水平位移，墻體傾斜監(jiān)測主要為房屋X/Y方向的傾斜，建筑物垂直、水平位移監(jiān)測主要以托盤梁和墻體特點部位為觀測對象，對其水平位移、豎向變位進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測報警值和監(jiān)測頻率具體安排如表2所示。

表2 監(jiān)測預(yù)警值和報警值

自動化監(jiān)測頻率為：1次/h，如有必要可隨時加密測量，最高可加密至1次/10min。基本監(jiān)測頻率為：下托換梁土方開挖之前1h/次，下托換梁土方開挖開始1次/30min，頂升平移施工開始1次/10min。

7.2 實時監(jiān)測技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)云監(jiān)控已在建筑物頂升平移項目中取得了良好的應(yīng)用。遠(yuǎn)程通信設(shè)備連接操作方便，同時通過采集端與展示端多渠道立體化地開放監(jiān)視，可以滿足不同工況的使用。

本項目中，托換、平移、旋轉(zhuǎn)都屬于高風(fēng)險作業(yè)，并且周圍環(huán)境復(fù)雜，存在諸多不可控因素，因此在施工過程中進(jìn)行全程監(jiān)控，提供安全預(yù)警數(shù)據(jù)，確保施工全程安全。同時，為保證對原文物建筑的原樣保護(hù)以及為后期修繕工作提供更詳細(xì)的資料，項目建立基于BIM技術(shù)的數(shù)字化文物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測管理平臺，實現(xiàn)“事前模擬，事中監(jiān)控”的安全監(jiān)管方式，包括基于BIM技術(shù)的施工模擬（BIM建模、BIM動態(tài)施工模擬視頻動畫）以及數(shù)字化文物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測管理平臺（包括BIM輕量化圖形引擎、BIM安全監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)接口開發(fā)等）。

①平移實施前建立全結(jié)構(gòu)的BIM施工模型，從施工準(zhǔn)備階段到建筑平移階段進(jìn)行全過程動畫拆解。施工動畫模擬的意義在于以下三個方面：第一，明確技術(shù)路線，高效開展施工交底；第二，以三維動態(tài)的方式進(jìn)行決策，便于技術(shù)方案評審；第三，對原文物建筑的原樣保護(hù)以及為后期修繕工作提供更詳細(xì)的資料，利于文物保護(hù)，從技術(shù)層面，可形成標(biāo)準(zhǔn)，長期服務(wù)于文保工程。

②在施工過程中，利用傾角、沉降、裂縫等測量傳感器，實時采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全程監(jiān)控。同時，建立基于B/S架構(gòu)的BIM文物結(jié)構(gòu)安全管理平臺，在BIM模型中三維展示安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng)，設(shè)定安全范圍，若超出預(yù)警，平臺實時報警，并直觀展示報警位置?；贐/S架構(gòu)的BIM平臺采用了國內(nèi)自主研發(fā)的BIM三維圖形引擎實時渲染，擺脫了軟件的束縛，保證數(shù)據(jù)安全，并可在瀏覽器中隨時查閱。監(jiān)測系統(tǒng)的平臺展如圖2所示。

圖2 基于BIM技術(shù)的數(shù)字化文物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)展示

目前項目已順利平移到指定位置，并就位連接。整個平移施工過程中沉降、傾斜均在允許范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)無新增裂縫，原有裂縫無明顯擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

8 總結(jié)

對于有價值的歷史、文物建筑，為了更好地實施保護(hù)和展示利用，采用整體移位的方式從技術(shù)上是可行的。通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的臨時加固，采取有效、可靠的平移實施方案，同時做好全過程的房屋監(jiān)測與信息化監(jiān)控手段，是房屋平移工程有效實施的基本保障。同時，關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)云監(jiān)控技術(shù)在建筑物頂升平移項目中的研究開發(fā)，可拓展控制領(lǐng)域的范疇，為類似領(lǐng)域的施工和大型構(gòu)件的平移、頂升和建設(shè)提供良好的參照，并為文物數(shù)字資產(chǎn)保護(hù)奠定良好基礎(chǔ)。

注釋

①張小龍，龐小軍，熊云凡.歷史文物站房分階段整體平移技術(shù)[J].建筑施工，2021（6）：1061-1063.

②王建永.淺基礎(chǔ)文物建筑平移工程設(shè)計與施工[J].建筑施工，2020（1）：74-78.

③周楚瑤.砌體房屋平移加固托換結(jié)構(gòu)受力性能分析[D].長沙：湖南大學(xué)，2020.

④陳蕃鴻，董清崇，王依列，等.步履式頂推平移技術(shù)在廈門后溪長途汽車站主站房平移中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2021（1）：11-15.

⑤黃超，陳蕃鴻，許錦林，等.BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大型建筑位移監(jiān)控量測中的應(yīng)用[J].建筑施工，2021（1）：115-118.