歷史文化保護磚木結構建筑原位托換保護關鍵技術研究

摘"要：本研究以上海市某更新項目中單棟優(yōu)秀歷史保護建筑為例，探討研究了磚木結構歷史文化保護建筑原位托換的關鍵技術。通過現(xiàn)場調查和施工實踐，分析了該技術在保護這類建筑中的重要性。研究結果表明，原位托換關鍵技術包括原有結構加固、基礎處理、墻體加固、雙組鎖緊機構等，能夠有效解決具有一定程度結構老化和損壞的磚木結構建筑物的頂升問題，確保建筑物的安全和完整性。該研究成果可為類似建筑的保護和修復提供有益借鑒。

關鍵詞：磚木結構；保護建筑；原位托換；施工方案文章編號：2095-4085（2024）07-0214-03

1"項目與建筑概況

（1）本項目地塊位于上海市，為了實現(xiàn)該地塊周邊地下三條地鐵線互聯(lián)互通，提升商圈綜合能力，政府著手對該區(qū)域內地下更新開發(fā)，整個地塊更新分為：南區(qū)、中區(qū)、北區(qū)、東區(qū)，西區(qū)五大板塊，除西區(qū)只修繕不開挖外，其余4個板塊都將開挖地下三層，其中東區(qū)又分為東一區(qū)和東二區(qū)。

由于更新地塊內地上空間存在眾多的歷史保護建筑，實施下部地下空間開發(fā)建設時（如基坑開挖+圍護樁+降水施工），必然會對地面歷史保護建筑產生較大的影響，為了保證地塊地下空間的順利開挖更新，一般首選的方式多為臨時性平移保護。又因為本工程上海市某優(yōu)秀歷史建筑位于該地塊東二區(qū)，建筑位置臨近東一區(qū)和北區(qū)，而東區(qū)和北區(qū)其他的建筑已采取平移保護的方式全部貼近了該項目建筑物，使其沒有任何平移空間。經過了多輪專家論證，擬對該建筑實施原位托換的方式推進東二區(qū)地下三層空間建設施工，該項目位于東二區(qū)北側。

（2）該建筑最初為買辦私宅，后改為上海市公立醫(yī)院，建筑功能由以前的住宅改為醫(yī)院。建筑類型為花園住宅，建筑結構形式為3層磚木結構（局部四層）、局部鋼筋混凝土梁板，平面大體呈矩形分布，東西向總長約36.0m，南北向總寬約27.7m，建筑高度15.60 m（規(guī)劃）；15.85m（消防）。該建筑由著名建筑師于1931年4月設計，1932年12月竣工，建筑面積為2 052.56m2，占地面積794.47m2。

2"建筑物病害與結構健康分析

2.1"建筑物病害分析

（1）建筑物外觀病害分析，通過對該建筑外立面病害情況進行檢查分析，外立面管道洞口周邊多存在局部植物生長、墻面青苔或污漬；螺旋裝飾柱局部飾面開裂，窗臺局部破損；各外立面管道線纜、空調機架等布置凌亂無序，影響了立面整體美觀。

（2）建筑物內部病害分析，由于房屋周邊目前搭建、加建較多，房屋木質吊頂局部破損，旋轉樓梯大理石臺階以及地磚等局部破損，房屋原有壁爐被封堵或拆除。

2.2"結構健康分析

建筑物結構健康分析，實測砂漿抗壓強度為M2.9；磚墻抗壓強度為MU7.5；混凝土強度等級達到C18。角點棱線傾斜率范圍為0.95‰～9.16‰，房屋主要表現(xiàn)為向東傾斜，平均向東傾斜率為6.01‰，南北方向無明顯傾斜規(guī)律。相對高差測量結果表明，屋面女兒墻所在平面呈“東低西高”趨勢，最大相對高差為149mm。綜合傾斜及相對高差測量結果，建筑整體存在一定的不均勻現(xiàn)象。老化損傷較普遍，存在不合理拆改、局部承重墻體上下不連續(xù)、鋼筋銹脹等結構性損傷和結構體系缺陷，現(xiàn)有特色部位損傷如外立面植物生長或局部破損、室內特色部位局部破損等較為普遍?？傮w上，優(yōu)秀歷史建筑可評定為一般損壞房、局部混凝土構件嚴重損壞。靜力作用下，房屋大部分磚墻、外觀及使用良好的混凝土梁、部分木擱柵、地基基礎承載力能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但存在如下不足：部分梁下墻肢、窗間墻肢承載力不足；銹脹混凝土構件普遍承載力不足（安全隱患點）；部分跨度偏大的木擱柵承載力略有不足［1］。

3"總體施工方案及工程難點

3.1"基礎托換方案

（1）基礎托換條件：本工程建筑物基礎采用墻下剛性大放腳磚基礎，基座下為素混凝土墊層。墻下典型基礎底部埋深（自室內地坪）約-1 260mm，基礎底部寬度1 370mm?；A下為碎磚墊層，墊層厚度約760mm。對基礎進行現(xiàn)場開挖并進行測繪，與檔案圖紙進行比較。

該項目對托換要求的最大埋深為房屋的東北角單肢梁墻下托換區(qū)域（墻下單肢梁高度700mm，液壓千斤頂高度400mm，頂升基礎500mm），共計需要1 600mm。根據(jù)墻下基礎埋深剖面，單肢梁托換時分段進行可以利用原有基礎的部分墊層高度，由于從室內±0.00到墊層底深度為1 981mm，故本工程基礎埋深滿足工程托換的要求［2］。

（2）原位托換基本思路：先對建筑基礎進行夾墻梁加固、對主要承重墻體采用臨時支撐支護加固，隨后利用樁式托換技術，將建筑上部荷載通過基礎雙肢夾墻梁/單肢梁+連系梁托換至新筑的樁基礎上。根據(jù)地下空間開發(fā)便利性和后期建筑的規(guī)劃標高要求，進行現(xiàn)實的頂升或下落。待原址區(qū)域地下結構施工完成后，再進行回落至B0板［3］。

3.2"總體施工方案

（1）本工程東二區(qū)地下施工以及工程建筑物托換施工主要工序分為：東二區(qū)圍護施工（圍護樁及MJS止水，可與托換穿插）、該工程建筑物的原位托換（包含全部托盤體系、鋼結構臨時加固、靜壓錨桿樁壓樁、提升裝置安裝、對于地坪原位托換區(qū)域管棚法開孔穿梁注漿施工等）、東二區(qū)位于工程建筑物室內的低凈空工程樁施工、對該工程建筑物隨后進行頂升約1.5m，施工建筑以下的B0板、建筑下落約0.7m至B0板后地下部分進行蓋挖順作施工，逐層開挖施工支撐直至地下室底板，然后自下而上回筑各層的樓板及結構柱，拆除支撐完成整個地下室的施工［4］。

（2）該工程總體原位托換施工流程主要有施工前期準備、提升結構安裝和提升回落工及基坑施工3個階段，包括13個具體施工內容。

3.3"工程難點分析

（1）本工程項目原位托換共包括三個階段，分別為托換頂升/提升階段、臨時穩(wěn)定支撐階段、托換回落階段，在原位托換全周期過程中要保證房屋結構的安全平穩(wěn)性。

（2）由于該建筑物局部北側外墻緊鄰用地紅線，無法在外側施工夾墻梁，不能實現(xiàn)外墻的雙肢夾墻梁托換。

（3）角點棱線傾斜率范圍為0.95‰～9.16‰，房屋主要表現(xiàn)為向東傾斜，平均向東傾斜率為6.01‰，南北方向無明顯傾斜規(guī)律。相對高差測量結果表明，該建筑物屋面女兒墻所在平面呈“東低西高”趨勢，最大相對高差為149mm。建筑物整體存在一定的不均勻現(xiàn)象且傾斜值超過了4‰的規(guī)范要求（本工程糾偏要求為≤3‰），且可能由于后續(xù)下部開挖引起的振動，繼續(xù)造成建筑的傾斜率越來越大，需要對該建筑物進行一定的糾偏回正措施［5］。

（4）綜合該建筑物歷史、科學和藝術價值、完好程度及適應性，房屋保護要求為“建筑的立面、結構體系、基本平面布局和有特色的內部裝飾不得改變”［6］。

3.4"原位提升總體托換關鍵技術

（1）針對該工程項目在原位托換施工過程中可能會遇到的技術難題，保證工程項目的順利實施，提出了相應的解決措施。原位托換的安全性主要由合理的受力、傳力結構體系提供保證，本工程結構托換體系在頂升和收頂循環(huán)時受力與傳力結構體系有所不同，在頂升時從上至下分別為建筑重量→托盤梁→Φ80mm鋼導桿→上組自動鎖緊機構→提升鋼分配梁→100t液壓千斤頂→錨桿樁樁頭反力鋼分配梁→錨桿樁基礎；在收頂循環(huán)時從上至下建筑重量→托盤梁→Φ80mm鋼導桿→下組自動鎖緊機構→錨桿樁樁頭反力鋼分配梁→錨桿樁基礎。西北側圍護外則采用墻下單肢梁，直接利用現(xiàn)澆的基礎進行頂升配合其他區(qū)域的提升工況。

（2）由于該建筑物北外墻騎坐在紅線上方，故墻體外部不能施工雙肢梁，則提升體系也只能布置在墻體內側（單邊），考慮到外墻重量比較大，墻肢懸挑的危險性較大，故改用墻下單肢托盤梁托換并與其他墻體的雙肢梁托換體系連成一個整體。在單肢托盤梁下同時新增底盤筏板與壓頂梁連接以作為直接頂升的支承基礎，在單肢托盤梁下安裝液壓千斤頂及臨時鋼管支撐配合跟進保護。圍護外頂升區(qū)域共布置了7臺100t的液壓千斤頂及5組Φ500mm的圓形鋼管支撐墊塊交替支撐此區(qū)域內的主要墻肢，保證工程安全［7］。

（3）本工程利用液壓鎖緊機構作為重要傳力環(huán)節(jié)，采用雙組鎖緊機構。頂升時上組鎖緊機構將千斤頂主動力從上鋼分配梁傳遞至鋼導桿拉動建筑向上提升；收頂循環(huán)時上組鎖緊結構松開，此時由下組鎖緊機構作為傳力節(jié)點將建筑荷載搭置在錨桿樁樁頭反力梁上傳遞給地基。為了保證鎖緊機構的絕對安全性，本工程鎖緊機構本質為機械自動鎖緊，但為了凸顯同步頂升的同步性效果，本鎖緊機構增加液壓來輔助鎖快速地鎖緊，實現(xiàn)雙鎖。在進行相關實驗時，即使在液壓鎖緊腔完全卸壓后，也能實現(xiàn)可靠鎖緊爬升桿。鎖緊力不受時間限制，不需要能源供應，自動鎖緊機構能夠將活塞桿無限時間內鎖緊在任何位置，無需能量輸入。在鎖緊時，通過泵站液壓油打壓和內置機械彈簧一起推動鎖緊內套缸下滑與外缸合緊，從而實現(xiàn)內套缸齒紋與鋼導桿壓緊鎖定。在解鎖時，必須依靠人工從下部進油口打壓，強制推動鎖緊內套向上與外缸分離解鎖，一旦油壓中斷則鎖緊結構在自重和內彈簧的作用下又實現(xiàn)了鎖定［8］。

4"總結與展望

4.1"工程總結

（1）原位托換技術的創(chuàng)新應用與工程適應性。該工程建筑物在原位托換過程中，通過引入液壓鎖緊機構與墻下單肢梁頂升技術，克服了歷史建筑保護與現(xiàn)代地下空間開發(fā)的技術難題。液壓鎖緊機構的應用，實現(xiàn)了頂升過程中多點同步控制，顯著提升了施工精確度與穩(wěn)定性；墻下單肢梁頂升技術的創(chuàng)新性應用，充分利用有限的施工空間，確保了建筑物在頂升和回落過程中的結構安全。該技術組合不僅滿足了工程的復雜需求，還為類似歷史建筑的保護與改造提供了參考范例。

（2）復雜施工條件下的技術難點及解決方案。項目施工面臨建筑物緊鄰用地紅線、結構傾斜與老化等諸多挑戰(zhàn)。為解決外側無法施工夾墻梁的問題，通過內部施工方案優(yōu)化和技術手段調整，實現(xiàn)了夾墻梁的有效施工；針對建筑物傾斜與高差大的問題，采用精密測量與分步頂升策略，成功糾正了結構傾斜狀態(tài)；面對老化損傷與承載力不足的困境，通過關鍵部位的監(jiān)測和高強度材料加固，顯著提升了建筑整體的結構承載能力。多項創(chuàng)新性應對措施的成功實施，有效保障了工程的順利推進和結構的長久穩(wěn)固。

4.2"工程收獲

（1）結構健康監(jiān)測與綜合加固策略。在施工前的結構健康分析中，發(fā)現(xiàn)該建筑物存在砂漿抗壓強度低、磚墻抗壓不足和混凝土強度不高等問題，同時存在明顯的傾斜現(xiàn)象。針對出現(xiàn)的問題，有效采取了系統(tǒng)的加固措施，包括磚墻表面的鑿毛處理、設置兜底抬墻梁和針對性設計的夾墻梁等，增強了結構的結合力與穩(wěn)定性。通過綜合加固措施，不僅有效改善了建筑物的力學性能，而且能在確保安全性的前提下，延長了歷史建筑物的使用壽命，體現(xiàn)了工程保護與改造的高度融合。

（2）雙重鎖緊技術應用與頂升控制。為確保建筑物頂升過程中的同步性與穩(wěn)定性，項目采用了自動鎖緊機構與液壓系統(tǒng)相結合的雙重鎖緊技術。自動鎖緊機構提供了頂升過程中的安全裕度保障，防止了滑移與不穩(wěn)定現(xiàn)象；液壓系統(tǒng)的精確控制則確保了頂升力的均勻分布，避免了局部因受力過大引起的結構損傷。雙重鎖緊技術的應用，不僅提升了施工的安全性與可靠性，還使頂升過程更加可控與精確，顯著提高了工程質量與效率。

（3）地面托換區(qū)域的特殊設計與施工措施。針對地面托換區(qū)域的特殊需求，項目設計了800mm×1 050mm的單肢矩形梁，并采用高強度混凝土與鋼筋網進行加固，以提高梁的抗壓與抗拉能力。在施工過程中，通過加強地基與基礎的監(jiān)測，確保托換梁在施工及使用中的穩(wěn)定性和可靠性。該區(qū)域的特殊設計與加固措施，確保了地面托換區(qū)域在傳遞和承受荷載時的安全性與有效性，進一步提升了整個建筑結構的整體穩(wěn)定性和工程質量。

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