自行式模块化平板小车在古建筑长距离移位工程中的应用

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 古建筑概况

背景古建筑位于徐州市火车站西侧，于1932年兴建，为西式楼房，主体2层，方石基础，水磨石砌墙。菱花铁窗，藻井门楣，体现了西式建筑的风格。2楼为居室，顶为平台（图1）。2011年公布为徐州市文物保护单位。

图1 古建筑外观

古建筑主体结构外轮廓线长度为12.48 m，宽度为11.82 m，总高度约12 m，共2层，建筑面积约为300 m2。房屋前大门凸出约2.10 m，有2根石柱。主体结构为水磨石砌体墙承重，墙厚达700 mm。1层楼层板为木楼板，2层楼层板为钢筋混凝土结构，内部有金库并设2道石砌体墙，墙下基础为方石砌筑基础，基础埋深为2.10 m。

该房屋年代久远，且为砌体结构，有诸多损坏部位，其中包括墙体裂缝、墙面破损、内部结构损坏等。

1.2 古建筑移位的必要性

由于徐州市新建地铁1号线正好从该古建筑底下穿过，且古建筑所处地块为地铁车站区域内，需进行大开挖施工。为保留并保护好古建筑，采用整体平移到合适的新址是最好的方式，比起采用落架复原的方式保护更能完整地保留古建筑的历史信息。

1.3 移位概况

根据规划，拟将古建筑整体平移至原址的西北方向约240 m的位置（图2），整体标高不变。整体移位线路还需避开正在施工的相关建筑设施，路线较为复杂。

图2 平移路线示意

2 移位方案设计

2.1 采用SPMT平移方式的必要性

如采用传统的滑道式平移方式，工艺成熟，安全可靠。但是施作钢筋混凝土滑道时间长、成本高，且平移速度较慢、转向多次耽误工期，整体工期及造价均不理想。而采用自行式模块化平板车（SPMT）平移方式则避免了上述问题，平移道路上只需地基临时加固处理，时间快、成本低，平移速度快且转向快捷，大大缩短工期，并降低造价。

SPMT主要由不同规格的模块组成（可纵横向拼接），配置动力头（PPU）、电器系统、控制系统、液压系统等。PPU内置柴油发动机、液压泵组、油箱、控制面板等部件，发动机带动液压泵，输出液压动力，驱动各轴上的液压电动机使车辆运行。可实现平板车的升降、平移、上下坡及转向等各种复杂的动作[1]。

2.2 SPMT移位技术关键点

本项目采用SPMT平移古建筑的关键技术点如下：

1）由于该建筑所处位置地势较低，而采用SPMT平移需确保有足够的空间让平板车进入建筑底部实施，所以拟采用折中的办法处理，即将建筑地坪以上的结构脱离基础并整体顶升，便于SPMT进入建筑下部托换平移，而基础部分采用落架复原的方式迁移至新址保护。

2）该建筑为砌体结构，整体性较差，而在本项目中需经历整体顶升和整体平移的多次复杂移位过程。所以需采用可靠的底部托盘结构和相应的上部临时加固保护措施，托盘结构保证上部荷载的有效传递和整体结构的刚度满足变形的要求，临时保护措施确保上部细部结构的安全性。

3）本项目所平移建筑占地面积小，刚度小，但荷载却较大且分布不均，不同于以往SPMT所运输的大体积、大刚度及大质量的构件。按荷载计算所用SPMT轴线较多，平板车整体长度较长，如何将上部较集中的大荷载有效地分散到SPMT上是本项目最难的技术要点。

2.3 SPMT配置设计

采用SPMT平移建筑，需先对SPMT的承载能力进行复核。根据本项目采用的SPMT型号，单轴极限承载能力40 t，考虑到自重及安全储备，建议使用到30 t左右。

该古建筑自身总荷载约1 050 t，托盘及加固结构250 t，平板车自重270 t，合计总荷载为1 570 t。根据SPMT单轴承载能力验算共需54条轴线，按均布每条轴线荷载约为28.7 t。

SPMT的布置需综合考虑上部结构的大小、质量以及结构形式等各个因素。该古建筑占地面积小，但其荷载大且集中在四周墙体轴线上，如将SPMT布置在建筑两侧，则托盘结构会要求断面很高来满足刚度的需求，综合考虑托盘结构的优化设计以及SPMT的合理布置方位，最终确定采用在平移前进方向并排布置3列SPMT的方式（图3）。

图3 SPMT平板车布置

另外，还需对SPMT平移过程的稳定性进行校核，通常的做法是将所有的SPMT模块车编成3组，相应的油路系统编成3个回路[2]，形成三点稳定支撑，建筑的重心必须投影到三点形成的三角形内，重心垂线与重心到三边的垂线形成3个夹角[3]，称为稳定角。根据行业规范，这3个夹角的角度都必须大于7°。本项目根据校核，稳定角最小为20°，表明平移过程是安全的（图4）。

图4 稳定角计算示意

2.4 托盘结构设计分析

本项目平移的最关键性节点即为建筑下部的托盘结构，它是保证古建筑结构安全的重要基石[4-8]。

SPMT配置设计结果显示，3列车的长度相等且均超过建筑的边长很多，为有效扩散建筑的荷载，托盘结构首先就需要沿SPMT长度方向延伸，加大与SPMT车板的支撑面积。

为明确建筑托盘与SPMT车板之间力的传递关系，一般采用在车板上安装若干个支墩的形式。而根据扩大后的托盘结构与SPMT车板之间力的模拟验算，上部荷载无法均匀有效地通过支墩传递至车板上，各个支墩受力大小差异很大，有的支墩受力太大导致托盘结构断面尺寸要求很大，而有的支墩甚至出现脱空现象。为避免上述现象发生，本方案借鉴了SPMT的三点稳定支撑原理，将车板上的支墩全部替换成千斤顶，也编成3组，每组形成油路系统联通回路，即每组千斤顶内部压力相等，单个千斤顶顶力一致。这样就确保了上部建筑的荷载通过3组千斤顶支墩明确有效地分配、扩散到SPMT车板上，同时通过三点稳定支撑保证建筑的倾覆安全（图5）。

图5 托盘结构平面布置

同时，托盘结构还需考虑前期顶升时的受力工况，顶升受力点与上述千斤顶支墩位置错开。托盘结构采用钢筋混凝土结构，具体采用传统平移工程中常用的夹墙梁形式，形成平面框架体系。托盘结构分顶升工况和平移工况分别进行验算分析（图6、图7）。分析表明其各项力学指标满足规范要求。

图6 顶升工况内力分布

图7 平移工况内力分布

2.5 临时加固措施

平移是一个动态的过程，古建筑为砌体结构，整体性较差，且存在较多的薄弱结构，如门柱、木楼板以及内部装饰结构等。

为保证平移过程中古建筑的安全性，采用脚手架钢管实施内撑外拉的保护性措施，即在室内搭设满堂脚手架，在室外搭设双排脚手架，内外脚手架通过门窗拉通连接成整体，使得需要保护的所有建筑结构靠落在脚手架网架上。整个脚手架体系坐落在托盘结构上，随古建筑一起进行平移[9-15]。

3 方案实施

在理论上解决上述各个技术难点后，按照以下的施工流程实施SPMT平移方案：施工准备→托盘结构施工→搭设脚手架临时保护→顶升→平移施工→新址降落→就位连接。

其中行进道路平整度误差允许值达到10 mm，并采用厚20 mm钢板铺设。平移速度控制在0.5 km/h以内，平移过程中建筑四周的水平高差允许值在50 mm以内。

根据平移结果，相对于采用传统的滑道式平移方式，本项目采用SPMT平移的优势如下：相对工期缩短70%～90%；平移费用相对节约投资20%～40%；大大减少建筑垃圾的产生。

4 结语

建筑物整体移位新技术为城市建设中解决好继承与发展这对矛盾提供了一条新思路，随着移位技术近年来的逐步发展，移位施工的距离要求越来越高，从一开始的几十米到现在的上百米甚至几百米，并对移位施工的过程控制提出更高要求。

本工程采用SPMT平板车作为古建筑物长距离移位的一种手段，解决了因古建筑整体结构较为脆弱而产生的移位时必须克服的若干技术难点，确保了古建筑在长距离移位过程中的安全性和可靠性，同时，也节约了古建筑异地保护的经济成本，并大大缩短了移位施工的工期，为今后类似项目的实施提供重要的技术支持，具有一定的借鉴意义。