大型巨幅石雕顶升施工技术的研究与应用

孙秀兰

(山西一建集团有限公司，山西太原 030012)

重型构筑物采用拼接方式，内芯为钢筋混凝土，分层浇筑，外部为花岗岩石材，因此整体性较差。顶升过程中应如何保证结构不产生破坏。

1 背景概况

本雕塑位于山西省曲沃县曲村镇，雕塑表层实物(石材)的尺寸大小是:长10 m，宽4.5 m，高8 m。其中混凝土的体积:30 m3;石材的体积是160 m3。混凝土基础尺寸:长12 m×宽8 m×厚0.7 m。现由于相关原因需将雕塑提升，提升高度为1 m。

2 工艺原理及特点

雕塑石材采用拼接方式，内芯为钢筋混凝土，分层浇筑，因此整体性较差。顶升时为了防止对结构产生破坏，考虑将顶升点设置在筏板基础底，将雕塑连同筏板同时顶升，保证了顶升过程中的完整性。施工时可沿筏板宽度方向开挖4条2.1 m宽，1.7 m高导洞，导洞内浇筑地基梁做顶升反力基础，每条地梁布置两排千斤顶，每排3个200 t级千斤顶，共12台。千斤顶高度400 mm，直径280 mm，每行程140 mm，总共可提供2 400 t顶力，完全能满足顶升需求。本雕塑上部混凝土及石材重约190×2.5=475 t，混凝土筏板基础为12×8×0.7×2.5=168 t，顶升总重643 t，地基承载力643/(12×8)=6.7 t/m2，由于导洞开挖，地基受力面积减小一半，当所有导洞开挖完毕后地基承载力需达到13.4 t/m2。根据地勘资料，该土层承载力特征值为12 t/m2，施工时必须分2次浇筑地梁，开挖时地基承载力为 643 t/(12×8－2.1×8×2)=10.3 t/m2，顶升时地基承载力为 643 t/(2.1×8×4)=9.6 t/m2。地梁浇筑完毕后安装上托盘梁及千斤顶等顶升设备，地梁强度达到设计强度后，可预先冲70%压力，同时将上托盘梁焊接成框架结构，保证顶升过程中雕塑稳定可靠。顶升过程中需对结构进行监控，做好高程及倾斜观测，使其控制在设计范围内。顶升完成后，将地梁间隙补浇成筏板基础，并在筏板内浇筑混凝土墙体，支撑上部荷载。

3 操作要点

3.1 结构保护

该雕塑是博物馆的建筑，为艺术品，顶升前对结构的保护尤为重要。保护采用钢管脚手架临时加固，雕塑的悬挑部分、细长构件下方用钢管担起，雕塑表面与钢管之间加垫软木或橡胶，防止对雕塑表面造成损坏。

3.2 土方开挖

地梁底标高为筏板基础顶面往下2.4 m，筏板基础各边预留1 m宽土体，并按1∶1.5至地梁底标高。开挖过程中对雕塑进行观测，防止不均匀沉降对结构造成破坏。雕塑底部土方采用人工开挖，不会产生振动影响雕塑安全。基坑底部预留1.5 m宽工作面，在四周开挖300×300排水沟，角落处设置集水井。

3.3 开挖导洞

在筏板底指定位置开挖导洞，导洞宽2.1 m，高1.7 m，开挖过程中必须做好支护，防止土体坍塌。开挖过程中可在两侧及顶部位置设置方木或毛竹支撑，防止两侧土方向导洞内坍塌，雕塑筏板底部开挖过程完成需清理平整，露出清洁混凝土表面，方便安装上托盘钢梁。

3.4 浇筑地梁

根据设计要求绑扎钢筋、立模，并浇筑混凝土，混凝土可添加早强剂，可使混凝土龄期缩短。

3.5 安装上托盘梁

混凝土浇筑完毕后即可安装上托盘梁，上托盘梁采用2根Ⅰ32a工字钢拼接而成，安装托盘梁时将筏板基础底清理干净，用膨胀螺栓锚固于基础底。钢梁与筏板基础之间间隙用灌浆料填充密实，确保千斤顶顶力通过钢梁能均匀传递给筏板基础。

3.6 安装千斤顶等设备

在地梁指定位置安装千斤顶，千斤顶倒装在上托盘梁上，千斤顶与地梁之间空隙用临时支撑垫死撑紧。千斤顶油管、位移传感器及信号线分别按要求安装完毕，并进行联机调试，确保顶升设备安全可靠。待混凝土强度达到设计要求后，可给千斤顶内冲70%的压力，同时对上托盘梁进行加固，形成框架结构，确保顶升过程中结构稳固。

3.7 顶升

顶升采用PLC同步控制系统，该设备安全可靠，已在建筑物顶升领域广泛使用。PLC同步控制设备可确保每个控制点顶升高差在2 mm范围内，确保顶升期间结构完好。

顶升为100 mm一行程，千斤顶完成一个行程顶升后上部结构落回临时支撑上，待千斤顶收缸后加垫100 mm级工具式垫块，分十次顶升完毕。

顶升过程中，同时对结构进行标高及倾斜检测，防止意外发生。

3.8 接高

顶升完成后，将地梁间土体开挖完毕，梁体间进行锚固浇筑混凝土。原筏板基础与地梁之间可用框架柱连接，框架柱之间用砖填实，为了保证混凝土与原基础之间密实，可将混凝土面距离筏板底约3 cm～5 cm范围内用自密实无收缩微膨胀灌浆料填充，待强度达到设计值后拆除钢梁及千斤顶等设备。

3.9 设备拆除土方回填

顶升完成后即可拆除千斤顶等顶升设备，待接高墙体达到设计强度，拆除临时支撑，将上部荷载托换到混凝土墙体上。墙体间用块石碎石填满，顶部约0.5 m范围内用混凝土进行浇筑。

拆除临时支撑后，基坑进行回填，回填必须分层夯实。

4 施工监测

1)监测目的。监测工作的目的是监测雕塑顶升施工全过程的有关参数，合理评价结构受外力(基坑开挖、浇筑地梁、顶升等)作用的影响，及时、主动地采取措施降低或消除不利因素的影响，以确保结构的安全。2)监测的主要内容包括:a.垂直度监测:即顶升过程中对结构整体姿态的监测。雕塑顶升的过程，对雕塑的数个特征点进行测量和控制，在顶升时，可以将特征点设置于墙体垂直轴线上，通过监测各特征点垂直度变化，可以判断和控制顶升过程。此外，在停顿过程中要防止沉降，都可通过特征点监测来实现。监测点布置在外立面凸线条上，共布置4点。在雕塑的姿态监测中，要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。b.沉降监测:沉降监测采用水准仪进行测试。c.裂缝检测:施工前对雕塑整体裂缝情况进行调查，并在各墙段选取代表性裂缝作观察对象，每天对裂缝变化情况进行记录并分析裂缝变化趋势，给托换顶升提供必要的分析数据。顶升期间在各层墙体设置4个～8个裂缝观测点，重点观测有无裂缝出现及裂缝发展情况。顶升完成后整体对雕塑进行裂缝排查，对于砖墙出现结构裂缝的，进行注浆处理;并且按照甲方要求恢复室内及室外装修原状。3)监测方案实施。监测计划应与顶升的施工计划相协调，并可在实施工过程中改进，其监测结果，应及时反馈给现场总指挥。