頂推法在古建筑局部構(gòu)件糾偏中的應(yīng)用

何斌 趙曉文 柯譜 納曼·麥麥提

(喀什大學(xué)土木工程學(xué)院，新疆 喀什 844000)

古建筑的維護(hù)和加固，必須遵守不改變文物原狀的原則［1］。對(duì)于主體建筑存在時(shí)間超過百年或者更長時(shí)間，即使建筑局部構(gòu)件變形超過規(guī)范對(duì)于危房的要求，考慮到結(jié)構(gòu)變形與基礎(chǔ)位移等外部因素相協(xié)調(diào)，不宜對(duì)整體建筑進(jìn)行糾偏;而對(duì)局部構(gòu)件進(jìn)行糾偏則是可能采用的選擇。新建建筑由于施工誤差，存在某些柱和梁傾斜過大問題，對(duì)于裝配式的單根柱或者框架結(jié)構(gòu)的正確就位可以采用頂推法糾偏［2］。頂推法主要使用千斤頂，采用力控制或力和位移聯(lián)合控制方法，其機(jī)具簡單易行且可控性好，成功在某些新建建筑的局部或整體糾偏中得到實(shí)施。將這種方法應(yīng)用到古建筑局部構(gòu)件的糾偏，從原理上具有可行性。

1 工程概況

某古建筑位于上海市中心，是一個(gè)以砌體結(jié)構(gòu)為主體的優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑，其整體為典型的拉丁十字哥特式建筑，門廳為穹形拱頂建筑、位于建筑的南方，與主體建筑相連。整體建筑本著修舊如舊、維護(hù)原狀的方針進(jìn)行修繕，而本文所描述的是其門廳部分正立面石柱進(jìn)行糾偏處理，如圖1 所示之右邊柱子。由于建筑物基礎(chǔ)下方為10 m～12 m 的淤泥層，并且在文革時(shí)期在距離門廳正前方不到10 m 處挖了深度超過4 m 的防空洞，雖然建筑物整體采用間距1 m 的松木樁群進(jìn)行地基處理，整體建筑仍然向南方傾斜，而以門廳正面石柱的傾斜較為明顯。該石柱在地下室施工結(jié)束后即采用臨時(shí)混凝土斜撐進(jìn)行加固，而且在最近10年內(nèi)傾斜并未進(jìn)一步發(fā)展。本次建筑維護(hù)中，經(jīng)業(yè)主申請(qǐng)和歷史建筑保護(hù)委員會(huì)的許可，原則需要將建筑恢復(fù)到創(chuàng)建時(shí)的原狀;這需要在保證建筑物整體安全前提下，將門廳正面石柱混凝土臨時(shí)斜撐拆除，并對(duì)該石柱進(jìn)行一定程度的糾偏。

圖1 門廳正立面局部

2 糾偏的方案設(shè)計(jì)

對(duì)于石柱的糾偏，是在于基本保證整體建筑在施工和此后使用過程中的安全、相連構(gòu)件不產(chǎn)生過大變形和裂縫、施工過程可控及經(jīng)濟(jì)的情況下進(jìn)行;因此需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的傾斜成因進(jìn)行分析、對(duì)糾偏的工藝和檢測進(jìn)行評(píng)估、提出合適的保護(hù)措施以及對(duì)糾偏后的建筑進(jìn)行觀測的要求。

2.1 構(gòu)件傾斜成因分析

通過建筑的檢測和復(fù)原圖繪制工作可知，該整體建筑橫向結(jié)構(gòu)體系由木桁架、飛扶壁和柱組成，而縱向結(jié)構(gòu)則是通過連拱傳遞至兩端;就門廳而言，是采用穹形拱頂，通過四周和門廳正面的石柱傳遞至地基。

因此，待糾偏的石柱主要是以承受豎向荷載為主，其傾斜的成因包括:1)建筑物整體沉降附帶作用;2)不合理開挖地下防空洞帶來的外界條件影響;3)以上兩者造成的次生影響。

該石柱在合理的施工工藝和維護(hù)措施條件下進(jìn)行糾偏，對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的影響可以控制到較小程度，糾偏在理論上是可行的。

2.2 頂推法糾偏的工藝

本文描述的頂推法是采用液壓千斤頂和油路控制系統(tǒng)組成;對(duì)于每個(gè)柱子采用豎向和水平兩組千斤頂分級(jí)頂推進(jìn)行，其中豎向千斤頂組由兩個(gè)薄型液壓千斤頂組成，作用于柱頂部，其功能為卸載，即將原有石柱所承擔(dān)的豎向荷載通過千斤頂?shù)捻斏齻鬟f至附加的鋼架上，其停止加載的判定標(biāo)準(zhǔn)在于貼在柱底的應(yīng)變片發(fā)生變形讀數(shù);水平千斤頂組由兩個(gè)液壓千斤頂組成，作用于柱底部，其功能在于推動(dòng)底部切割后的豎向構(gòu)件就位，其停止加載的判定標(biāo)準(zhǔn)在于將構(gòu)件豎向軸線推至超過鉛垂線的2%，見圖2。

圖2 水平千斤頂及反力裝置布置

2.3 頂推法糾偏的反力裝置和保護(hù)措施

反力裝置用于將頂推法產(chǎn)生的水平和豎向荷載傳遞至地基處，本案例基于場地限制、所提供反力的大小以及施工便利性，采用自重式反力裝置，即采用整體地坪和反力梁作為反力裝置。

在施工過程中，除了將豎向千斤頂?shù)牧鬟f至地坪外，還需要對(duì)門廳的正立面及穹形拱頂進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)。對(duì)于穹頂采用滿堂腳手架的支撐進(jìn)行暫時(shí)維護(hù);對(duì)于門廳正立面則在確保施工空間前提下，采用門式框架的托起門楣;為了防止屋頂?shù)膫?cè)向移動(dòng)，在門廳前采用豎向三角桁架作為側(cè)向支撐。

2.4 施工時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

施工時(shí)的監(jiān)測，其主要目的在于判定頂推法施工速度和施工終止條件;以及判定建筑物在施工中的變形程度是否在可控范圍內(nèi)。因此主要包括四個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)，即豎向千斤頂加載監(jiān)測系統(tǒng)、水平千斤頂加載監(jiān)測系統(tǒng)、柱底豎向位移監(jiān)測系統(tǒng)、柱豎向軸線側(cè)移監(jiān)測系統(tǒng)和整體建筑傾斜監(jiān)測系統(tǒng)。

3 施工過程和評(píng)價(jià)

對(duì)于頂推法工藝的模擬、審批和準(zhǔn)備工作占了整個(gè)工期的大部分時(shí)間，而實(shí)際頂推工作則僅僅進(jìn)行了2 h;每級(jí)頂推建筑物的豎向相對(duì)位移和水平相對(duì)位移均在模擬范圍內(nèi)，建筑物未發(fā)生宏觀的破壞形態(tài)。對(duì)于門廳重點(diǎn)部位的傾斜在施工后分別進(jìn)行了5 次測量，糾偏后傾斜未反彈，傾斜在可控范圍內(nèi)。門廳局部構(gòu)件糾偏達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

4 結(jié)語

本文中描述的古建筑局部構(gòu)件采用頂推法糾偏的成功，說明這種方法在某些具體的條件下可以應(yīng)用于古建筑的修復(fù)，而并不是所謂野蠻的施工工藝，采用合理的糾偏工藝、反力裝置和保護(hù)措施、監(jiān)控系統(tǒng)可以較為圓滿完成施工要求。本案例這種修復(fù)的前提在于構(gòu)件本身整體性較好，并不作為主要受力構(gòu)件以及構(gòu)件較為獨(dú)立，在此前提下可以推廣至類似項(xiàng)目。由于施工費(fèi)用的限制，項(xiàng)目沒有采用當(dāng)時(shí)已經(jīng)成熟的電腦聯(lián)動(dòng)控制液壓千斤頂加載裝置，導(dǎo)致加載讀數(shù)非連續(xù)性，對(duì)于后續(xù)研究帶來一定程度阻礙。

［1］GB 50165—92，古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］王伯金.頂推法糾偏和工程實(shí)例［J］.工業(yè)建筑，1992(5):11-15.