步履行走器在保護建筑旋轉(zhuǎn)平移中的應(yīng)用

趙明華

瑞安管理（上海）有限公司 上海 200021

1 工程概況

喇格納小學(xué)舊址屬于上海市黃浦區(qū)淮海中路街道大華居委，為舊時法租界與華界的接合處，1935年9月由法公董局創(chuàng)辦，把學(xué)校地產(chǎn)與房產(chǎn)交給公董局開辦華人小學(xué)，解放后作為學(xué)校建筑使用。逾70 a來，學(xué)校校址、校名屢屢變動，也曾改辦為中學(xué)，一些學(xué)校曾先后并入學(xué)校，現(xiàn)為比樂中學(xué)校址。

目前校舍內(nèi)呈“T”字形平面的建筑為1935年建，于2008年9月23日公布為區(qū)級登記不可移動文物，現(xiàn)為區(qū)文物保護點。建筑總面寬約42 m，總進深約62 m。西段為東西向布置，南側(cè)教室三間，北側(cè)為辦公，進深約7 m，外廊寬2.7 m；東段為南北向布置，教室3間，進深約7 m，外廊寬約2.8 m。總體呈“T”字形平面格局（圖1）。

圖1 建筑現(xiàn)場位置示意

1.1 平移原因

該歷史建筑留存情況一般，建筑藝術(shù)和科學(xué)價值一般，其文物價值主要體現(xiàn)于人文、社會價值，值得保留的元素和構(gòu)件不多。考慮到喇格納小學(xué)舊址目前留存的主要是位于地塊中央的建于1935年的鋼筋混凝土現(xiàn)代建筑，該建筑平面呈“T”字形，對整個地塊的開發(fā)和再利用將存在一定的問題（圖2）。該種風格的建筑保護施工在上海法租界有一定數(shù)量的實例可尋，且存有施工質(zhì)量較高的案例，建議將建筑整體在本地塊內(nèi)移位保留。

圖2 新舊址關(guān)系示意

2 平移工藝比選

滑軌式平移裝置目前有滾軸[1]、固定滑腳、懸浮式滑腳[2]和步履式行走器4種。滾軸利用滾動原理實現(xiàn)移位；固定滑腳即在上托盤下側(cè)安裝固定的支座，在下滑道上實現(xiàn)滑移；懸浮滑腳是在固定滑腳的基礎(chǔ)上升級成千斤頂豎向可調(diào)懸浮支座；步履式行走器是在懸浮滑腳的基礎(chǔ)上升級成自帶動力的交替式頂推滑移裝置。

對4種滑軌式平移裝置的工期、造價以及存在的風險進行綜合比選，最終從安全角度考慮，決定選擇步履式行走器平移裝置。

步履式行走器平移裝置具備了自動懸浮和交替行走兩大特點，同時能滿足整體旋轉(zhuǎn)平移的功能要求（圖3），適用于本工程。

圖3 步履行走器設(shè)備三維圖

3 施工方案

3.1 總體施工步序

步驟一：先開挖土方，澆筑平移筏板，再澆筑上托盤梁等。

步驟二：安裝步履行走器，利用PLC同步控制整體旋轉(zhuǎn)平移。

步驟三：利用PLC同步設(shè)備控制整體頂升0.7 m。

步驟四：結(jié)構(gòu)連接，澆筑首層樓板，拆除設(shè)備及上托盤梁等。

3.2 上托盤梁及旋轉(zhuǎn)筏板布設(shè)

3.2.1 上托盤梁

根據(jù)原結(jié)構(gòu)荷載及旋轉(zhuǎn)平移時設(shè)備的安裝位置，按最不利工況進行模擬數(shù)值計算。墻體托換采用常規(guī)雙夾墻梁斷面形式，單側(cè)梁截面為400 mm×800 mm，托換梁頂面標高定為＋4.60 m（圖4）。

圖4 上托盤梁布置示意

為了保證托換節(jié)點的安全，在節(jié)點位置將托換高度增加至1.2 m，托盤梁與原結(jié)構(gòu)鑿毛深度30 mm，保證截面摩擦力滿足荷載要求[3]。

3.2.2 旋轉(zhuǎn)筏板

比樂中學(xué)平移采用整體式筏板，厚度600 mm。旋轉(zhuǎn)筏板厚600 mm，新址筏板厚900 mm，根據(jù)現(xiàn)場施工計劃，臨時筏板施工在新址筏板之前。

綁扎旋轉(zhuǎn)筏板時，預(yù)留鋼筋茬，與永久板連接，鋼筋錨固深度不小于1 m。平移到位后，可采用人工鑿除的方式將臨時板與永久板分離，永久板鋼筋與地下結(jié)構(gòu)進行后錨固（圖5）。

圖5 平移筏板布置示意

3.3 步履行走器布設(shè)及控制

20世紀90年代，手動式泵站帶動大型千斤頂進行頂推平移作業(yè)，多用于涵洞頂推。當時全憑手動控制，過程控制完全依靠人工讀尺喊話進行。

2003年上海音樂廳平移，國內(nèi)首次采用PLC自動化控制液壓設(shè)備。通過位移傳感器和壓力傳感器進行監(jiān)控，實現(xiàn)多點自動化同步控制的可能。

2006年寧夏吳忠賓館平移，正式將懸浮平移理念系統(tǒng)化實施，降低了平移過程中因滑道不平帶來的影響，使平移過程中建筑物結(jié)構(gòu)更加安全[4]。

2018年廈門后溪長途汽車站旋轉(zhuǎn)平移，使懸浮系統(tǒng)、平移系統(tǒng)、滑移設(shè)施實現(xiàn)一體化成為步履行走器，有效減少現(xiàn)場的施工人員需求。步履走行器會跟隨建筑物一起行走，不再需要組織人員對底部軌道和滑移塊進行搬運，降低對底部行走軌道的要求，底部不再需要鋼結(jié)構(gòu)軌道，有效減少了軌道的投入。

該項目步履行走器布置情況如圖6所示。

圖6 步履行走器布置示意

3.3.1 旋轉(zhuǎn)平移設(shè)計

根據(jù)建筑圖紙，初步建模計算上部結(jié)構(gòu)荷載為80 000 kN，然后根據(jù)設(shè)備性能以及受力分析設(shè)置55個行走控制點，每個控制點設(shè)置A、B兩組交替行走器，每個行走器可以提供2 000 kN豎向承載力，55個控制點可以提供110 000 kN頂升力，安全系數(shù)為1.38。本次工程旋轉(zhuǎn)平移，根據(jù)新舊址位置以及建筑結(jié)構(gòu)平面圖關(guān)系設(shè)置2 873 m2旋轉(zhuǎn)筏板。

3.3.2 交替頂推步序

第一步：A組懸浮頂升。

第二步：A組頂推150 mm。

第三步：B組懸浮頂升。

第四步：A組水平縮回150 mm。

第五步：B組頂推150 mm。

第六步：A組懸浮支撐。

第七步：B組橫向縮回150 mm。

3.3.3 頂推糾偏措施

在旋轉(zhuǎn)平移施工中，雖然各道工序均嚴格按照要求施工，但也無法保證均按照設(shè)計的理想狀態(tài)行走。各項累積偏差對建筑旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水平作用力會在旋轉(zhuǎn)過程中累積并導(dǎo)致偏位，所以在平移前需要設(shè)置移位距離坐標監(jiān)測控制點，通過現(xiàn)場肉眼觀察配合坐標測量，反饋出建筑實際旋轉(zhuǎn)軌跡，然后與設(shè)計運行軌跡進行對比。當實際路線偏離設(shè)計路線一定值后，通過調(diào)整各條平移軌道的步履行走器頂推速度比例，使得建筑回歸設(shè)計路線。當偏位較大時，也可以通過調(diào)整步履行走器的角度，產(chǎn)生分向力，在分向力的影響下，使得建筑回歸設(shè)計行走路線。

4 結(jié)語

步履行走器在國內(nèi)最大的單體建筑平移旋轉(zhuǎn)——廈門后溪長途汽車站項目中得到應(yīng)用，技術(shù)方案成熟，而本次項目為上海首例步履行走器平移建筑，可再次驗證步履行走器在歷史保護建筑平移中的應(yīng)用效果。

交替式步履行走器平移旋轉(zhuǎn)施工工藝結(jié)合了PLC同步控制技術(shù)、液壓懸浮技術(shù)、自平衡技術(shù)以及分散頂推技術(shù)，具備技術(shù)先進性、設(shè)備可靠性的特點，可為類似工程項目提供新的思路。