自行式模塊化平板小車在古建筑長距離移位工程中的應用

彭勇平

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 概述

1.1 古建筑概況

背景古建筑位于徐州市火車站西側，于1932年興建，為西式樓房，主體2層，方石基礎，水磨石砌墻。菱花鐵窗，藻井門楣，體現了西式建筑的風格。2樓為居室，頂為平臺（圖1）。2011年公布為徐州市文物保護單位。

圖1 古建筑外觀

古建筑主體結構外輪廓線長度為12.48 m，寬度為11.82 m，總高度約12 m，共2層，建筑面積約為300 m2。房屋前大門凸出約2.10 m，有2根石柱。主體結構為水磨石砌體墻承重，墻厚達700 mm。1層樓層板為木樓板，2層樓層板為鋼筋混凝土結構，內部有金庫并設2道石砌體墻，墻下基礎為方石砌筑基礎，基礎埋深為2.10 m。

該房屋年代久遠，且為砌體結構，有諸多損壞部位，其中包括墻體裂縫、墻面破損、內部結構損壞等。

1.2 古建筑移位的必要性

由于徐州市新建地鐵1號線正好從該古建筑底下穿過，且古建筑所處地塊為地鐵車站區域內，需進行大開挖施工。為保留并保護好古建筑，采用整體平移到合適的新址是最好的方式，比起采用落架復原的方式保護更能完整地保留古建筑的歷史信息。

1.3 移位概況

根據規劃，擬將古建筑整體平移至原址的西北方向約240 m的位置（圖2），整體標高不變。整體移位線路還需避開正在施工的相關建筑設施，路線較為復雜。

圖2 平移路線示意

2 移位方案設計

2.1 采用SPMT平移方式的必要性

如采用傳統的滑道式平移方式，工藝成熟，安全可靠。但是施作鋼筋混凝土滑道時間長、成本高，且平移速度較慢、轉向多次耽誤工期，整體工期及造價均不理想。而采用自行式模塊化平板車（SPMT）平移方式則避免了上述問題，平移道路上只需地基臨時加固處理，時間快、成本低，平移速度快且轉向快捷，大大縮短工期，并降低造價。

SPMT主要由不同規格的模塊組成（可縱橫向拼接），配置動力頭（PPU）、電器系統、控制系統、液壓系統等。PPU內置柴油發動機、液壓泵組、油箱、控制面板等部件，發動機帶動液壓泵，輸出液壓動力，驅動各軸上的液壓電動機使車輛運行。可實現平板車的升降、平移、上下坡及轉向等各種復雜的動作[1]。

2.2 SPMT移位技術關鍵點

本項目采用SPMT平移古建筑的關鍵技術點如下：

1）由于該建筑所處位置地勢較低，而采用SPMT平移需確保有足夠的空間讓平板車進入建筑底部實施，所以擬采用折中的辦法處理，即將建筑地坪以上的結構脫離基礎并整體頂升，便于SPMT進入建筑下部托換平移，而基礎部分采用落架復原的方式遷移至新址保護。

2）該建筑為砌體結構，整體性較差，而在本項目中需經歷整體頂升和整體平移的多次復雜移位過程。所以需采用可靠的底部托盤結構和相應的上部臨時加固保護措施，托盤結構保證上部荷載的有效傳遞和整體結構的剛度滿足變形的要求，臨時保護措施確保上部細部結構的安全性。

3）本項目所平移建筑占地面積小，剛度小，但荷載卻較大且分布不均，不同于以往SPMT所運輸的大體積、大剛度及大質量的構件。按荷載計算所用SPMT軸線較多，平板車整體長度較長，如何將上部較集中的大荷載有效地分散到SPMT上是本項目最難的技術要點。

2.3 SPMT配置設計

采用SPMT平移建筑，需先對SPMT的承載能力進行復核。根據本項目采用的SPMT型號，單軸極限承載能力40 t，考慮到自重及安全儲備，建議使用到30 t左右。

該古建筑自身總荷載約1 050 t，托盤及加固結構250 t，平板車自重270 t，合計總荷載為1 570 t。根據SPMT單軸承載能力驗算共需54條軸線，按均布每條軸線荷載約為28.7 t。

SPMT的布置需綜合考慮上部結構的大小、質量以及結構形式等各個因素。該古建筑占地面積小，但其荷載大且集中在四周墻體軸線上，如將SPMT布置在建筑兩側，則托盤結構會要求斷面很高來滿足剛度的需求，綜合考慮托盤結構的優化設計以及SPMT的合理布置方位，最終確定采用在平移前進方向并排布置3列SPMT的方式（圖3）。

圖3 SPMT平板車布置

另外，還需對SPMT平移過程的穩定性進行校核，通常的做法是將所有的SPMT模塊車編成3組，相應的油路系統編成3個回路[2]，形成三點穩定支撐，建筑的重心必須投影到三點形成的三角形內，重心垂線與重心到三邊的垂線形成3個夾角[3]，稱為穩定角。根據行業規范，這3個夾角的角度都必須大于7°。本項目根據校核，穩定角最小為20°，表明平移過程是安全的（圖4）。

圖4 穩定角計算示意

2.4 托盤結構設計分析

本項目平移的最關鍵性節點即為建筑下部的托盤結構，它是保證古建筑結構安全的重要基石[4-8]。

SPMT配置設計結果顯示，3列車的長度相等且均超過建筑的邊長很多，為有效擴散建筑的荷載，托盤結構首先就需要沿SPMT長度方向延伸，加大與SPMT車板的支撐面積。

為明確建筑托盤與SPMT車板之間力的傳遞關系，一般采用在車板上安裝若干個支墩的形式。而根據擴大后的托盤結構與SPMT車板之間力的模擬驗算，上部荷載無法均勻有效地通過支墩傳遞至車板上，各個支墩受力大小差異很大，有的支墩受力太大導致托盤結構斷面尺寸要求很大，而有的支墩甚至出現脫空現象。為避免上述現象發生，本方案借鑒了SPMT的三點穩定支撐原理，將車板上的支墩全部替換成千斤頂，也編成3組，每組形成油路系統聯通回路，即每組千斤頂內部壓力相等，單個千斤頂頂力一致。這樣就確保了上部建筑的荷載通過3組千斤頂支墩明確有效地分配、擴散到SPMT車板上，同時通過三點穩定支撐保證建筑的傾覆安全（圖5）。

圖5 托盤結構平面布置

同時，托盤結構還需考慮前期頂升時的受力工況，頂升受力點與上述千斤頂支墩位置錯開。托盤結構采用鋼筋混凝土結構，具體采用傳統平移工程中常用的夾墻梁形式，形成平面框架體系。托盤結構分頂升工況和平移工況分別進行驗算分析（圖6、圖7）。分析表明其各項力學指標滿足規范要求。

圖6 頂升工況內力分布

圖7 平移工況內力分布

2.5 臨時加固措施

平移是一個動態的過程，古建筑為砌體結構，整體性較差，且存在較多的薄弱結構，如門柱、木樓板以及內部裝飾結構等。

為保證平移過程中古建筑的安全性，采用腳手架鋼管實施內撐外拉的保護性措施，即在室內搭設滿堂腳手架，在室外搭設雙排腳手架，內外腳手架通過門窗拉通連接成整體，使得需要保護的所有建筑結構靠落在腳手架網架上。整個腳手架體系坐落在托盤結構上，隨古建筑一起進行平移[9-15]。

3 方案實施

在理論上解決上述各個技術難點后，按照以下的施工流程實施SPMT平移方案：施工準備→托盤結構施工→搭設腳手架臨時保護→頂升→平移施工→新址降落→就位連接。

其中行進道路平整度誤差允許值達到10 mm，并采用厚20 mm鋼板鋪設。平移速度控制在0.5 km/h以內，平移過程中建筑四周的水平高差允許值在50 mm以內。

根據平移結果，相對于采用傳統的滑道式平移方式，本項目采用SPMT平移的優勢如下：相對工期縮短70%～90%；平移費用相對節約投資20%～40%；大大減少建筑垃圾的產生。

4 結語

建筑物整體移位新技術為城市建設中解決好繼承與發展這對矛盾提供了一條新思路，隨著移位技術近年來的逐步發展，移位施工的距離要求越來越高，從一開始的幾十米到現在的上百米甚至幾百米，并對移位施工的過程控制提出更高要求。

本工程采用SPMT平板車作為古建筑物長距離移位的一種手段，解決了因古建筑整體結構較為脆弱而產生的移位時必須克服的若干技術難點，確保了古建筑在長距離移位過程中的安全性和可靠性，同時，也節約了古建筑異地保護的經濟成本，并大大縮短了移位施工的工期，為今后類似項目的實施提供重要的技術支持，具有一定的借鑒意義。