上海玉佛禪寺大雄寶殿帶佛像整體平移頂升關(guān)鍵技術(shù)

谷志旺 王建永 孫沈鵬

1. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103；3. 上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概況

1.1 大雄寶殿概況

上海玉佛禪寺大雄寶殿平面呈矩形，東西向長(zhǎng)23.25 m，南北進(jìn)深18.05 m；殿堂總高18.20 m。大殿作為傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，采用抬梁式木構(gòu)架承重，屋架及上部荷載通過木柱傳給磚砌獨(dú)立大放腳構(gòu)造形式的基礎(chǔ)，埋置室內(nèi)地坪下1.29 m，基底為厚1.2 m的三合土墊層。

1.2 殿內(nèi)佛像概況

大殿中央供奉著三尊大佛，通高4 m，高聳而坐；大佛后側(cè)為海島觀音壁塑，眾佛匯聚千姿百態(tài)；大殿東西兩側(cè)為二十諸天像，造型各異。殿內(nèi)所有佛像由泥塑彩繪而成，坐落在佛臺(tái)之上，均為文物重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)超聲波測(cè)繪和鉆孔取芯探測(cè)發(fā)現(xiàn)，佛像佛臺(tái)為磚砌空腔型結(jié)構(gòu)，坐落在松散三合土地基層上，其中，中央大佛臺(tái)高約2 m，長(zhǎng)約10.5 m，寬約4.5 m，東西兩側(cè)小佛臺(tái)高約1.5 m，長(zhǎng)約14.6 m，寬約1.3 m。

2 移位托盤體系

移位托盤體系能夠有效地實(shí)現(xiàn)移位建筑的托換，承載著移位建筑豎向荷載，使移位建筑形成可移動(dòng)整體；同時(shí)移位托盤承擔(dān)并傳遞著移位動(dòng)力設(shè)備施加的荷載，使得移位建筑安全穩(wěn)定地移動(dòng)[1-2]。

本工程移位托盤采用井字形梁，根據(jù)大殿內(nèi)木結(jié)構(gòu)柱和佛像佛臺(tái)的基礎(chǔ)分布，在基礎(chǔ)四周布置縱橫向交叉的混凝土梁。其中，與移位方向平行的橫向上托盤梁為主要受力與傳力構(gòu)件，截面尺寸為800 mm×800 mm，與平移方向垂直的縱向上托盤梁為連系梁，截面尺寸為600 mm×800 mm。考慮到移位托盤作為移位后大殿永久結(jié)構(gòu)底板，移位托盤底標(biāo)高為室內(nèi)地坪下0.7 m。

殿內(nèi)獨(dú)立木結(jié)構(gòu)柱與托盤間通過在木柱鼓磴部位安裝可拆卸混凝土抱箍裝置，將木柱及其荷載托換至托盤上（圖1）；帶門框的邊木柱采用鋼管管棚在磚砌獨(dú)立大放腳基礎(chǔ)部位進(jìn)行托換。為了保證佛像佛臺(tái)無擾動(dòng)托換至托盤并形成可靠托換體系，在佛像佛臺(tái)基礎(chǔ)部位布置密排式型鋼（鋼管）板托換佛臺(tái)上部結(jié)構(gòu)及荷載，型鋼板兩端澆筑于周邊托盤梁內(nèi)傳遞荷載，抵抗沖切（圖2）。

圖1 移位托盤體系

由于大殿基礎(chǔ)埋深淺、自然地基承載力不足，移位托盤先于移位軌道澆筑形成，在托盤縱橫向混凝土梁交叉位置預(yù)留壓樁孔，并采用規(guī)格為φ219 mm×7 mm鋼管錨桿靜壓樁托換承載。

圖2 托換裝置及節(jié)點(diǎn)模型

3 基礎(chǔ)及移位軌道

本工程基礎(chǔ)及移位軌道共分為原址處基礎(chǔ)和軌道、新址基礎(chǔ)和軌道以及過渡段基礎(chǔ)和軌道3段。考慮到新址軌道基礎(chǔ)兼作移位后大雄寶殿永久基礎(chǔ)，新址軌道基礎(chǔ)按照永久基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用鉆孔灌注樁樁基筏板基礎(chǔ)形式；大雄寶殿原址基礎(chǔ)為天然地基層，地基承載力差，在確保大雄寶殿和佛像安全和穩(wěn)定的前提下，結(jié)合上部移位托盤的托換樁，原址處軌道基礎(chǔ)結(jié)合托換樁采用鋼管錨桿靜壓樁基；此外，為了保證過渡段基礎(chǔ)與新址基礎(chǔ)一致性，考慮到上部基礎(chǔ)臨時(shí)性，過渡段基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁樁基。

移位軌道采用混凝土結(jié)構(gòu)梁，根據(jù)上部荷載分布，共設(shè)置10道軌道。為了保障移位順暢，需嚴(yán)格控制軌道梁平整度，同時(shí)在軌道梁澆筑完成后鋪設(shè)軌道鋼板，此次，大雄寶殿移位軌道板結(jié)合移位行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用凹槽性結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌行走摩擦材料，使得移位摩擦因數(shù)更小，摩擦面不易蠕變損壞，移位施工更便捷。

4 臨時(shí)加固設(shè)計(jì)

4.1 大雄寶殿整體加固

由于建造年代久遠(yuǎn)，大雄寶殿部分木構(gòu)件和榫卯連接節(jié)點(diǎn)已出現(xiàn)開裂和松動(dòng)，大殿結(jié)構(gòu)整體性較弱，托換至移位托盤后抗擾動(dòng)變形差，為了確保移位過程中大雄寶殿安全穩(wěn)定，需對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)加固。

大雄寶殿作為優(yōu)秀歷史建筑，保護(hù)等級(jí)高，加固不可改變結(jié)構(gòu)受力體系，不能損傷木構(gòu)架。為此，設(shè)計(jì)輕型空間鋼桁架加固保護(hù)體系，鋼桁架采用螺栓連接組合拼裝，結(jié)構(gòu)剛度大，固定在托盤梁上，獨(dú)立于原木結(jié)構(gòu)體系；鋼桁架和木柱間鋼抱箍連接，抱箍?jī)?nèi)嵌厚10 mm柔性橡膠板（圖3），在保護(hù)木柱結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的同時(shí)，使木結(jié)構(gòu)具有自適應(yīng)變形空間，避免加固保護(hù)應(yīng)力過分集中而損壞木結(jié)構(gòu)，做到保護(hù)和結(jié)構(gòu)加固有機(jī)結(jié)合。

4.2 文物佛像保護(hù)加固

大殿內(nèi)同步移位的文物保護(hù)佛像均為泥塑彩繪而成，材料強(qiáng)度較低，佛像四周無任何支撐，移位中需確保佛像穩(wěn)如泰山，不被損壞，泥塑彩繪佛像千姿百態(tài)，保護(hù)要求高、難度比較大。基于泥塑佛像的特性，殿中央大佛和兩側(cè)二十諸天像，采用形體夾板＋鋼管撐沿佛身間隔布置2道，形成支撐限位；夾板與佛身間內(nèi)嵌柔性材料以隔振保護(hù)移位佛像，支撐限位和隔振保護(hù)兩者有機(jī)結(jié)合，有效地避免了表面不受力、形狀不規(guī)則的佛像移位中發(fā)生傾覆，保證佛像構(gòu)件移位過程中的穩(wěn)定性。佛像加固時(shí)先安裝支撐腳手架，再根據(jù)佛像體型加工固定模板，模板安裝時(shí)與佛身留設(shè)一段空隙，在空隙間安裝固定木方并嵌入柔性材料。此外，對(duì)于海島觀音壁塑加固時(shí)，增設(shè)鋼管柔性撐（頂端粘貼柔性材料）加固保護(hù)壁塑（圖4）。

圖3 鋼桁架與木柱間連接節(jié)點(diǎn)

圖4 文物佛像保護(hù)加固節(jié)點(diǎn)

5 移位體系設(shè)計(jì)

本工程在移位托盤和軌道間安裝行走機(jī)構(gòu)和頂升機(jī)構(gòu)，采用推力式動(dòng)力施加方式頂推移位托盤，使大雄寶殿帶佛像整體水平向北平移，就位后利用頂升機(jī)構(gòu)抬升托盤豎向頂升（圖5）。

圖5 行走機(jī)構(gòu)和頂推機(jī)構(gòu)平面布置

5.1 行走機(jī)構(gòu)

一般平移工程多采用以鋼棍滾軸為主的滾動(dòng)式或支座腳的滑動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)。本工程采用“懸浮式”移位滑靴行走機(jī)構(gòu)，由液壓千斤頂、滑靴、四氟乙烯板組成。在托盤梁梁底植筋安裝連接板與液壓千斤頂連接，千斤頂?shù)酌妗按┥稀辈讳P鋼板滑靴，移位軌道鋪設(shè)的鋼板上嵌入摩擦材料四氟乙烯板，與滑靴組成摩擦面。相比傳統(tǒng)行走機(jī)構(gòu)而言，將液壓千斤頂與PLC液壓控制系統(tǒng)連接后，“懸浮式”移位滑靴懸浮于移位軌道上，可豎向自動(dòng)調(diào)節(jié)高度，適應(yīng)軌道不平整，此外，摩擦滑移面不易損壞，摩擦因數(shù)比較小，與滾動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)接近。

為確保移位大雄寶殿及佛像的整體穩(wěn)定和安全，選用頂升最大荷載2 000 kN且?guī)ё枣i系統(tǒng)的懸浮式移位滑靴，根據(jù)上部荷載分布進(jìn)行均勻布置，共計(jì)布置行走機(jī)構(gòu)46臺(tái)。為了保證移位托盤上大雄寶殿及佛像整體懸浮于移位軌道上，基于三點(diǎn)平衡原理，將行走機(jī)構(gòu)分為3組，載荷相近為1組。基于每組行走機(jī)構(gòu)載荷恒定，組內(nèi)液壓油泵系統(tǒng)串聯(lián)形成封閉回路，行走機(jī)構(gòu)根據(jù)移位軌道高低及時(shí)調(diào)整平衡內(nèi)部液壓流量，調(diào)整千斤頂位移標(biāo)高，以便控制上部建筑的整體穩(wěn)定（圖6）。

圖6 行走機(jī)構(gòu)構(gòu)成

行走機(jī)構(gòu)安裝后將液壓千斤頂試加壓至上部載荷的50%，移位托盤處于水平同一標(biāo)高后，依次截?cái)嘁莆煌斜P臨時(shí)鋼管樁，將移位托盤及荷載轉(zhuǎn)換至行走機(jī)構(gòu)上，便于移位。

5.2 頂推機(jī)構(gòu)

通常情況下，建筑長(zhǎng)距離頂推移位需要增加鋼墊塊來補(bǔ)充頂推機(jī)構(gòu)液壓油缸不足。這種方式施工不方便，浪費(fèi)材料不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)還存在頂推失穩(wěn)等安全隱患。本工程采用可移動(dòng)式鋼制液壓頂推機(jī)構(gòu)，由固定座＋液壓千斤頂和長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂兩部分組成（圖7），在軌道梁兩側(cè)預(yù)留插銷孔，插銷孔沿移位方向間距6 m，通過長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂與插銷孔臨時(shí)固定可移動(dòng)式頂推機(jī)構(gòu)，頂推機(jī)構(gòu)隨建筑移位而移動(dòng)，為千斤頂提供頂推反力，頂推機(jī)構(gòu)根據(jù)移位軌道數(shù)量共布置10臺(tái)。

圖7 可移動(dòng)式頂推機(jī)構(gòu)

通常頂推機(jī)構(gòu)千斤頂最大行程為500 mm，每頂一個(gè)行程（約400 mm）千斤頂即需要收缸，在移動(dòng)式頂推機(jī)構(gòu)單一行程內(nèi)，采用添加墊塊補(bǔ)充行程，墊塊設(shè)計(jì)100 、200 、500 、1 000 mm不同規(guī)格，墊塊間臨時(shí)焊接固定保證移位建筑頂推的穩(wěn)定性。

5.3 頂升機(jī)構(gòu)

本工程采用交替式頂升機(jī)構(gòu)，在同一頂升點(diǎn)位布置2臺(tái)液壓千斤頂裝置，并與PLC液壓控制系統(tǒng)相連接，一臺(tái)裝置頂升，另一臺(tái)底部墊設(shè)鋼墊塊隨動(dòng)支撐，2臺(tái)裝置交替進(jìn)行頂升、支撐作業(yè)，相比傳統(tǒng)頂升機(jī)構(gòu)，頂升過程中上部建筑同步性好，更安全可靠。此次，充分利用行走機(jī)構(gòu)，待水平移位完成后，在水平行走機(jī)構(gòu)點(diǎn)位附近增加1組頂升千斤頂組成交替式同步頂升機(jī)構(gòu)。

6 移位施工

6.1 平移施工

6.1.1 試平移

安裝完行走機(jī)構(gòu)及頂推機(jī)構(gòu)后，將頂推機(jī)構(gòu)液壓千斤頂與PLC液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，采取油泵流量控制方式進(jìn)行液壓加載，頂推移位托盤平移，完成一個(gè)行程的試平移長(zhǎng)度。試平移時(shí)觀測(cè)移位軌道基礎(chǔ)沉降、移位托盤應(yīng)力、上部大雄寶殿整體姿態(tài)、木結(jié)構(gòu)傾斜和變形應(yīng)力以及同步移位佛像狀態(tài)。

6.1.2 正式平移

待試移位結(jié)束觀察無問題后，方可進(jìn)行正式移位。根據(jù)試移位情況進(jìn)行加壓，平移速度控制在25～35 mm/min，平移過程中密切監(jiān)測(cè)主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部佛像狀態(tài)以及移位軌道沉降開裂等情況。

6.2 頂升施工

6.2.1 試頂升

對(duì)大雄寶殿帶佛像整體移位托盤進(jìn)行試頂升10 mm，檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性；確定最大頂升荷載以及各操作相關(guān)系數(shù)。頂升千斤頂初始加壓2 MPa，跟隨千斤頂同步伸出，安裝百分表及傳感器并歸零。頂升加壓，記錄百分表及位移傳感器的數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)組數(shù)據(jù)。試頂升時(shí)間2～3 d，在試頂升期間觀察頂升物的受力及位移情況，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整千斤頂位置。

6.2.2 正式頂升

試頂升后，觀察若無問題，便可進(jìn)行正式頂升，千斤頂每一頂升標(biāo)準(zhǔn)行程為100 mm，最大頂升速度10 mm/min。頂升循環(huán)按頂升流程分3個(gè)階段進(jìn)行，鋼墊塊按需向上疊加增高。頂升過程中，通過比例伺服液壓控制頂升系統(tǒng)對(duì)頂升力和頂升高度進(jìn)行雙控。以理論起頂力作為頂升初步載荷，采取微量、逐級(jí)頂升方式緩慢頂升，回落時(shí)分級(jí)回落。整個(gè)頂升過程保持光柵尺的位置同步誤差小于2 mm，一旦位置誤差大于2 mm或任何1個(gè)千斤頂?shù)膲毫φ`差大于5%，控制系統(tǒng)立即關(guān)閉液控單向閥，以確保安全。

7 基礎(chǔ)連接

大雄寶殿帶佛像整體平移頂升就位后進(jìn)行基礎(chǔ)連接。作為傳統(tǒng)木構(gòu)架承重的大雄寶殿，梁柱榫卯連接、柱礎(chǔ)鉸接，大殿本身具有良好的抗震性能。為了充分利用和發(fā)揮大殿結(jié)構(gòu)抗震性能，本工程采用以彈性滑板支座＋黏滯阻尼器＋厚層橡膠隔震支座＋復(fù)位節(jié)點(diǎn)等組成的摩擦滑移隔震體系，在移位托盤（大殿底板）與軌道（新址基礎(chǔ)）進(jìn)行組合隔震連接。具體做法如下：在大殿木柱下方對(duì)應(yīng)布置一個(gè)彈性滑板支座，厚層橡膠支座僅布置于大殿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)四角處，黏滯阻尼器布置于結(jié)構(gòu)四周，x向、y向各4個(gè)（圖8、圖9）。

圖8 隔震體系分布示意

8 結(jié)語(yǔ)

通過合理的移位結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)、有效的臨時(shí)加固保護(hù)措施、高精度的移位施工控制，上海玉佛禪寺大雄寶殿帶佛像整體安全平穩(wěn)地水平移位30.66 m，豎向頂升0.85 m。該工程開創(chuàng)國(guó)內(nèi)木結(jié)構(gòu)廟宇建筑帶佛像整體移位的先河，為今后木結(jié)構(gòu)建筑本體帶附屬構(gòu)筑物整體同步移位施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

圖9 隔震支座連接節(jié)點(diǎn)示意