復雜工況下的保留建筑平移、旋轉與頂升施工技術

楊風慶

前海不動產上海公司 上海 200085

1 工程概況

上海四川北路街道HK172-13號地塊項目位于上海市虹口區，北至衡水路，西毗乍浦路，南接虹口SOHO辦公樓及振華公館，東鄰申貝大廈（圖1）。工程總用地面積4 570 m2，總建筑面積31 480 m2，地上建筑面積18 480 m2，地下建筑面積13 000 m2，地上18層，地下4層。場地內有1棟建于1920年的保留建筑，至今已有近百年的歷史，該百年建筑是一幢獨棟3層磚木結構老式花園住宅，且具有徳式特征的外廊式建筑。經過近百年歲月滄桑，建筑原貌已難以辨別，主要特征體現在折坡式屋面、清水紅磚外墻配以磚雕花飾、立面連續券柱式外廊等。房屋原有建筑面積為587 m2，加建部分建筑面積為109 m2，房屋平面形式近似呈矩形，房屋南北方向總寬13.60 m，東西方向總長12.80 m，房屋總高約14.71 m。

2 平移工程總體流程

2.1 施工順序

本項目地下4層，平均開挖深度20 m，保留建筑移位使得項目施工工況及工序復雜（圖2）。項目分A、B共2個基坑，先行施工B坑圍護結構及保留建筑下地下室頂板施工；將保留建筑通過平移、旋轉、頂升再平移之后移位至B坑新建地下室頂板上；接著施工A坑圍護結構及保留建筑下樁基；依次進行A坑地下室順作施工及B坑地下室蓋挖施工；最后拆除分隔墻，將地下室連通。

圖1 項目效果圖

圖2 施工工況平面示意

B坑地下室開挖過程中，保留建筑在B坑首層頂板上，B坑頂板下為蓋挖施工，此施工工況及工藝較為特殊，對保留建筑的保護要求較高，同時地下室開挖難度較大。

2.2 平移施工工序及平移路線

1）原附屬結構拆除。

2）房屋臨時加固。保留建筑臨時加固內容為：原結構裂縫修補、無支撐墻體設置臨時支撐、采用鋼筋網抹灰加固墻體、對門窗洞口采用砌塊封堵、縱橫向墻體外側設置通長的槽鋼進行拉接固定。

3）下托盤梁、上托盤梁、摩擦面設計及PLC液壓控制系統確定。

4）平移路線確定。此次平移首先整體向西南平移18 m，順時針轉身89.6°，頂升0.5 m，最后向西南平移28.45 m，最后向東南平移6.872 m，是目前上海老建筑平移工程中移位路線最復雜的工程之一。

3 平移施工技術難點

1）平移施工路線復雜，技術難度高。

① 本工程需平移、旋轉、頂升、再平移等多種建筑移位工序，平移線路復雜，施工技術難度大。

② 平移過程中的結構安全與平移安全，下托盤梁、上托盤梁的安全性施工及設計要求高。

③ 保留建筑在移位過程中，平移（2個方向）、旋轉、頂升各移位技術綜合使用，摩擦面材料選擇要求高，既要保證啟動時摩擦因數，又要保證滑腳與鋼板之間不發生相互錯動，摩擦面材料選擇難度大。

2）液壓系統控制難度高。由于本項目的平移過程需經歷平移、旋轉及頂升，各施工工藝對液壓控制系統的同步性要求極高，位移與力的控制要求高。

3）旋轉角度大，施工難度高、風險大。旋轉過程中的建筑物受力狀況與平移和頂升過程相比，受力復雜、難度高、風險大，在旋轉過程中隱藏的安全隱患和不確定因素也較多[1]。本工程需將建筑物順時針旋轉89.6°，旋轉是整個移位過程中最難的施工內容。由于旋轉施工過程中，結構受力情況在不停地變化，同時旋轉有離心力，對建筑物平面位置、旋轉推力以及房屋結構安全控制要求極高。

4 關鍵性技術措施及施工方案

4.1 平移設計

采用模擬計算對托盤結構體系及底盤結構體系的受力進行分析，對摩擦面材料進行試驗比較，選取最優材料。

4.1.1 托盤結構體系設計

托盤結構體系是指移位施工中，在建筑物底部設計水平截面的上部，通過梁與加強支撐等結構，形成托住上部結構并與其一同移動的整體結構體系。建筑物上部荷載通過滑移裝置由托盤結構體系傳遞至底盤體系。托盤結構體系主要包括由夾墻梁、抬墻梁、抱柱梁、連系梁及限位梁等組成的平面梁系。建筑物平移前需將上部平移部分與基礎之間的連接切斷，上部荷載全部由托盤體系托起，并進行移位。通過對每根滑道梁的荷載進行計算，根據計算結果，設計上托盤梁，抬墻梁，既保證平移施工順利進行又保證原結構安全。

4.1.2 摩擦面材料的確定

由于滑腳為鋼管制作，滑移軌道鋪設厚5 mm鋼板，為減小摩擦因數保證平移安全，需在滑腳與鋼板之間設置一種摩擦面材料，該材料一面與滑腳接觸，另一面與鋼板接觸（圖3）。

圖3 托換結構及各摩擦面剖面示意

由于2種接觸面不同，材料的選擇就至關重要，需保證該材料與滑腳和鋼板之間無相互錯動。經過反復試驗確定，采用一種復合材料作為摩擦面使用，該材料厚度為10 mm，上半部分為厚7 mm橡膠，橡膠面與滑腳面接觸，在試驗過程中由于結構荷載大，橡膠層極易被壓壞，故在橡膠層內內填厚1 mm的鋼板；下半部分為厚4 mm的四氟乙烯板，該材料與鋼板面接觸，既減小摩擦力，又不發生相互錯動。

4.2 PLC液壓同步控制系統

本工程使用的液壓同步控制系統單個頂推油缸額定推力1 000 kN，推移行程1 200 mm，推移速度25 mm/min，同步偏差≤1 mm。

移位控制技術是建筑物整體移位工程順利實施的核心技術，除旋轉移位外，移位控制的關鍵是位移同步控制技術[2]。本工程采用1臺PLC控制的泵控同步液壓泵站，液壓泵站上有3組變頻調速油泵來驅動2組推移缸，通過與安裝在推移缸上的位移傳感器組成閉環調速控制，實現同步推移。液壓泵站自帶控制操作面板，通過自動按鈕或手動按鈕控制達到同步推移。當推移模式在自動狀態下，按操縱臺推移按鈕，系統通過PLC、壓力傳感器、位移傳感器控制，來完成整個推移過程，操作簡單，性能可靠。

4.3 保留建筑頂升施工

4.3.1 千斤頂的選擇及布置位置

頂升過程中由于結構荷載的不均勻性，每個點的荷載均不同，為保證頂升施工，經過計算，合理地布置千斤頂與選擇安全系數較大的千斤頂。頂升高度500 mm，采用帶保壓環的1 000 kN液壓千斤頂進行頂升，千斤頂直徑22 cm、高度21 cm，最大行程8 cm，約6個行程將建筑物頂升至設計高度。本工程共布置1 000 kN液壓千斤頂50臺，頂升千斤頂按照位置接近、荷載相似的原則進行分組（圖4）。

圖4 頂升千斤頂及臨時支撐平面布置

4.3.2 設置臨時支撐

頂升過程采用鋼管混凝土墊塊作為臨時支撐，鋼管混凝土墊塊直徑25 cm，高度有5、10、20 cm共3種，小于5 cm的間隙填塞各種厚度的鋼板，直至填塞密實。頂升前統一調整臨時墊塊距離拖盤梁底面1 mm，液壓千斤頂頂升時，每頂升10 mm暫停一次，臨時墊塊頂面增加厚10 mm鋼板，直至一行程頂升完成，再將臨時墊塊與托盤梁底面之間空隙用薄鋼板填塞密實。然后將液壓千斤頂活塞收起，加高其下墊塊，再將建筑物頂升2 mm，落下保壓環，在保壓環保險的狀態下調整臨時墊塊，將臨時墊塊統一調整至距離拖盤梁底面1 mm后開始下一行程的頂升，直至達到設計標高。

4.3.3 頂升過程同步性的控制

豎向移位過程中，應根據建筑物的結構形式、整體剛度及高寬比嚴格控制各升降點之間的升降差。本工程施工中根據等比例控制要求采用12點同步控制，統由一臺主控制器控制，運用變頻調速連續控制，按設定的比例控制指令同步頂升，對應每組液壓千斤頂安裝1臺位移傳感器，通過PLC系統控制各監測點位移的同步性，保證各點頂升過程中的位移差不大于1 mm。

4.4 保留建筑旋轉施工

4.4.1 千斤頂的選擇及布置

本工程保留建筑旋轉角度為順時針89.6°，旋轉角度較大。旋轉施工過程外力施加方向需不斷變化，以保持作用力方向始終與轉動圓弧相切[3-4]。每次位移變化后各點的受力大小均不同。為保證旋轉的順利進行，通過模擬計算將旋轉過程中的旋轉推力進行計算。旋轉頂推采用1 000 kN大行程液壓千斤頂進行，布置點為力偶對稱的布置各2臺（圖5、圖6）。

圖5 旋轉推力（東西向）及千斤頂平面布置

圖6 旋轉推力（南北向）及千斤頂平面布置

4.4.2 旋轉軸設置

由于旋轉過程中會產生離心力，同時建筑旋轉需要旋轉點，故設置旋轉軸（圖7）。旋轉軸是保證建筑物順利旋轉的關鍵裝置。旋轉軸為實心鋼柱，下部固定于筏板基礎，上部穿過墩臺預留孔旋轉。旋轉墩臺為依附于上托盤的鋼筋混凝土結構。

圖7 現場旋轉軸

4.4.3 旋轉后背設置

在建筑物旋轉過程中，支撐、千斤頂與建筑物及反力后背之間夾角不斷變化。因此本工程千斤頂和拖盤梁之間、頂鐵與后背之間均采用鉸接連接，鉸接夾角不大于5°。旋轉施工中，反力后背位置需頻繁變動。后背設置采用在平移筏板上排孔設置固定點，將鋼柱插入洞口，用槽鋼制作后背，一端與鋼柱連接，另一端與千斤頂連接（圖8）。

圖8 現場建筑旋轉施工

5 結語

1）本工程保留建筑平移路線復雜，其中旋轉和頂升難度最大。移位施工中通過選用先進的摩擦面材料、合理的鉸接后背和固定旋轉軸、精確控制的PLC同步系統等多重有效手段[5]，成功實施了保留建筑的平移、旋轉和頂升，為今后類似移位工程積累了寶貴的經驗。

2）PLC液壓同步控制系統作為整個平移過程中的動力控制系統，對整個建筑的平移起到了關鍵的作用，通過荷載、位移的雙重控制，自動的液壓控制系統將數據實時反映；通過設置力的差異臨界值，位移差的臨界值，做到了對保留建筑平移過程中動力系統的全控制，保證了平移的順利施工。

3）保留建筑平移到位后，經復核，保留建筑水平位置及標高偏差均滿足規范要求，檢查上部結構未發現影響結構安全的裂縫，結構構件受力情況正常穩定，本次平移施工未對保留建筑結構造成損傷。

4）保留建筑移位的成功實施對今后城市中心的項目開發提供了豐富的施工經驗，既保留了原建筑的歷史又不影響新建筑的建造，給今后市中心的城市開發提供了寶貴經驗。