大型巨幅石雕頂升施工技術的研究與應用

孫秀蘭

(山西一建集團有限公司，山西太原 030012)

重型構筑物采用拼接方式，內芯為鋼筋混凝土，分層澆筑，外部為花崗巖石材，因此整體性較差。頂升過程中應如何保證結構不產生破壞。

1 背景概況

本雕塑位于山西省曲沃縣曲村鎮，雕塑表層實物(石材)的尺寸大小是:長10 m，寬4.5 m，高8 m。其中混凝土的體積:30 m3;石材的體積是160 m3。混凝土基礎尺寸:長12 m×寬8 m×厚0.7 m。現由于相關原因需將雕塑提升，提升高度為1 m。

2 工藝原理及特點

雕塑石材采用拼接方式，內芯為鋼筋混凝土，分層澆筑，因此整體性較差。頂升時為了防止對結構產生破壞，考慮將頂升點設置在筏板基礎底，將雕塑連同筏板同時頂升，保證了頂升過程中的完整性。施工時可沿筏板寬度方向開挖4條2.1 m寬，1.7 m高導洞，導洞內澆筑地基梁做頂升反力基礎，每條地梁布置兩排千斤頂，每排3個200 t級千斤頂，共12臺。千斤頂高度400 mm，直徑280 mm，每行程140 mm，總共可提供2 400 t頂力，完全能滿足頂升需求。本雕塑上部混凝土及石材重約190×2.5=475 t，混凝土筏板基礎為12×8×0.7×2.5=168 t，頂升總重643 t，地基承載力643/(12×8)=6.7 t/m2，由于導洞開挖，地基受力面積減小一半，當所有導洞開挖完畢后地基承載力需達到13.4 t/m2。根據地勘資料，該土層承載力特征值為12 t/m2，施工時必須分2次澆筑地梁，開挖時地基承載力為 643 t/(12×8－2.1×8×2)=10.3 t/m2，頂升時地基承載力為 643 t/(2.1×8×4)=9.6 t/m2。地梁澆筑完畢后安裝上托盤梁及千斤頂等頂升設備，地梁強度達到設計強度后，可預先沖70%壓力，同時將上托盤梁焊接成框架結構，保證頂升過程中雕塑穩定可靠。頂升過程中需對結構進行監控，做好高程及傾斜觀測，使其控制在設計范圍內。頂升完成后，將地梁間隙補澆成筏板基礎，并在筏板內澆筑混凝土墻體，支撐上部荷載。

3 操作要點

3.1 結構保護

該雕塑是博物館的建筑，為藝術品，頂升前對結構的保護尤為重要。保護采用鋼管腳手架臨時加固，雕塑的懸挑部分、細長構件下方用鋼管擔起，雕塑表面與鋼管之間加墊軟木或橡膠，防止對雕塑表面造成損壞。

3.2 土方開挖

地梁底標高為筏板基礎頂面往下2.4 m，筏板基礎各邊預留1 m寬土體，并按1∶1.5至地梁底標高。開挖過程中對雕塑進行觀測，防止不均勻沉降對結構造成破壞。雕塑底部土方采用人工開挖，不會產生振動影響雕塑安全。基坑底部預留1.5 m寬工作面，在四周開挖300×300排水溝，角落處設置集水井。

3.3 開挖導洞

在筏板底指定位置開挖導洞，導洞寬2.1 m，高1.7 m，開挖過程中必須做好支護，防止土體坍塌。開挖過程中可在兩側及頂部位置設置方木或毛竹支撐，防止兩側土方向導洞內坍塌，雕塑筏板底部開挖過程完成需清理平整，露出清潔混凝土表面，方便安裝上托盤鋼梁。

3.4 澆筑地梁

根據設計要求綁扎鋼筋、立模，并澆筑混凝土，混凝土可添加早強劑，可使混凝土齡期縮短。

3.5 安裝上托盤梁

混凝土澆筑完畢后即可安裝上托盤梁，上托盤梁采用2根Ⅰ32a工字鋼拼接而成，安裝托盤梁時將筏板基礎底清理干凈，用膨脹螺栓錨固于基礎底。鋼梁與筏板基礎之間間隙用灌漿料填充密實，確保千斤頂頂力通過鋼梁能均勻傳遞給筏板基礎。

3.6 安裝千斤頂等設備

在地梁指定位置安裝千斤頂，千斤頂倒裝在上托盤梁上，千斤頂與地梁之間空隙用臨時支撐墊死撐緊。千斤頂油管、位移傳感器及信號線分別按要求安裝完畢，并進行聯機調試，確保頂升設備安全可靠。待混凝土強度達到設計要求后，可給千斤頂內沖70%的壓力，同時對上托盤梁進行加固，形成框架結構，確保頂升過程中結構穩固。

3.7 頂升

頂升采用PLC同步控制系統，該設備安全可靠，已在建筑物頂升領域廣泛使用。PLC同步控制設備可確保每個控制點頂升高差在2 mm范圍內，確保頂升期間結構完好。

頂升為100 mm一行程，千斤頂完成一個行程頂升后上部結構落回臨時支撐上，待千斤頂收缸后加墊100 mm級工具式墊塊，分十次頂升完畢。

頂升過程中，同時對結構進行標高及傾斜檢測，防止意外發生。

3.8 接高

頂升完成后，將地梁間土體開挖完畢，梁體間進行錨固澆筑混凝土。原筏板基礎與地梁之間可用框架柱連接，框架柱之間用磚填實，為了保證混凝土與原基礎之間密實，可將混凝土面距離筏板底約3 cm～5 cm范圍內用自密實無收縮微膨脹灌漿料填充，待強度達到設計值后拆除鋼梁及千斤頂等設備。

3.9 設備拆除土方回填

頂升完成后即可拆除千斤頂等頂升設備，待接高墻體達到設計強度，拆除臨時支撐，將上部荷載托換到混凝土墻體上。墻體間用塊石碎石填滿，頂部約0.5 m范圍內用混凝土進行澆筑。

拆除臨時支撐后，基坑進行回填，回填必須分層夯實。

4 施工監測

1)監測目的。監測工作的目的是監測雕塑頂升施工全過程的有關參數，合理評價結構受外力(基坑開挖、澆筑地梁、頂升等)作用的影響，及時、主動地采取措施降低或消除不利因素的影響，以確保結構的安全。2)監測的主要內容包括:a.垂直度監測:即頂升過程中對結構整體姿態的監測。雕塑頂升的過程，對雕塑的數個特征點進行測量和控制，在頂升時，可以將特征點設置于墻體垂直軸線上，通過監測各特征點垂直度變化，可以判斷和控制頂升過程。此外，在停頓過程中要防止沉降，都可通過特征點監測來實現。監測點布置在外立面凸線條上，共布置4點。在雕塑的姿態監測中，要設定必要的預警值和極限值，以便將姿態數據反饋給施工加載過程。b.沉降監測:沉降監測采用水準儀進行測試。c.裂縫檢測:施工前對雕塑整體裂縫情況進行調查，并在各墻段選取代表性裂縫作觀察對象，每天對裂縫變化情況進行記錄并分析裂縫變化趨勢，給托換頂升提供必要的分析數據。頂升期間在各層墻體設置4個～8個裂縫觀測點，重點觀測有無裂縫出現及裂縫發展情況。頂升完成后整體對雕塑進行裂縫排查，對于磚墻出現結構裂縫的，進行注漿處理;并且按照甲方要求恢復室內及室外裝修原狀。3)監測方案實施。監測計劃應與頂升的施工計劃相協調，并可在實施工過程中改進，其監測結果，應及時反饋給現場總指揮。