上海玉佛禪寺大雄寶殿帶佛像整體平移頂升關(guān)鍵技術(shù)

谷志旺 王建永 孫沈鵬

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103；3. 上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

1 工程概況

1.1 大雄寶殿概況

上海玉佛禪寺大雄寶殿平面呈矩形，東西向長23.25 m，南北進深18.05 m；殿堂總高18.20 m。大殿作為傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，采用抬梁式木構(gòu)架承重，屋架及上部荷載通過木柱傳給磚砌獨立大放腳構(gòu)造形式的基礎(chǔ)，埋置室內(nèi)地坪下1.29 m，基底為厚1.2 m的三合土墊層。

1.2 殿內(nèi)佛像概況

大殿中央供奉著三尊大佛，通高4 m，高聳而坐；大佛后側(cè)為海島觀音壁塑，眾佛匯聚千姿百態(tài)；大殿東西兩側(cè)為二十諸天像，造型各異。殿內(nèi)所有佛像由泥塑彩繪而成，坐落在佛臺之上，均為文物重點保護對象。根據(jù)現(xiàn)場超聲波測繪和鉆孔取芯探測發(fā)現(xiàn)，佛像佛臺為磚砌空腔型結(jié)構(gòu)，坐落在松散三合土地基層上，其中，中央大佛臺高約2 m，長約10.5 m，寬約4.5 m，東西兩側(cè)小佛臺高約1.5 m，長約14.6 m，寬約1.3 m。

2 移位托盤體系

移位托盤體系能夠有效地實現(xiàn)移位建筑的托換，承載著移位建筑豎向荷載，使移位建筑形成可移動整體；同時移位托盤承擔(dān)并傳遞著移位動力設(shè)備施加的荷載，使得移位建筑安全穩(wěn)定地移動[1-2]。

本工程移位托盤采用井字形梁，根據(jù)大殿內(nèi)木結(jié)構(gòu)柱和佛像佛臺的基礎(chǔ)分布，在基礎(chǔ)四周布置縱橫向交叉的混凝土梁。其中，與移位方向平行的橫向上托盤梁為主要受力與傳力構(gòu)件，截面尺寸為800 mm×800 mm，與平移方向垂直的縱向上托盤梁為連系梁，截面尺寸為600 mm×800 mm?？紤]到移位托盤作為移位后大殿永久結(jié)構(gòu)底板，移位托盤底標(biāo)高為室內(nèi)地坪下0.7 m。

殿內(nèi)獨立木結(jié)構(gòu)柱與托盤間通過在木柱鼓磴部位安裝可拆卸混凝土抱箍裝置，將木柱及其荷載托換至托盤上（圖1）；帶門框的邊木柱采用鋼管管棚在磚砌獨立大放腳基礎(chǔ)部位進行托換。為了保證佛像佛臺無擾動托換至托盤并形成可靠托換體系，在佛像佛臺基礎(chǔ)部位布置密排式型鋼（鋼管）板托換佛臺上部結(jié)構(gòu)及荷載，型鋼板兩端澆筑于周邊托盤梁內(nèi)傳遞荷載，抵抗沖切（圖2）。

圖1 移位托盤體系

由于大殿基礎(chǔ)埋深淺、自然地基承載力不足，移位托盤先于移位軌道澆筑形成，在托盤縱橫向混凝土梁交叉位置預(yù)留壓樁孔，并采用規(guī)格為φ219 mm×7 mm鋼管錨桿靜壓樁托換承載。

圖2 托換裝置及節(jié)點模型

3 基礎(chǔ)及移位軌道

本工程基礎(chǔ)及移位軌道共分為原址處基礎(chǔ)和軌道、新址基礎(chǔ)和軌道以及過渡段基礎(chǔ)和軌道3段?？紤]到新址軌道基礎(chǔ)兼作移位后大雄寶殿永久基礎(chǔ)，新址軌道基礎(chǔ)按照永久基礎(chǔ)進行設(shè)計，采用鉆孔灌注樁樁基筏板基礎(chǔ)形式；大雄寶殿原址基礎(chǔ)為天然地基層，地基承載力差，在確保大雄寶殿和佛像安全和穩(wěn)定的前提下，結(jié)合上部移位托盤的托換樁，原址處軌道基礎(chǔ)結(jié)合托換樁采用鋼管錨桿靜壓樁基；此外，為了保證過渡段基礎(chǔ)與新址基礎(chǔ)一致性，考慮到上部基礎(chǔ)臨時性，過渡段基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁樁基。

移位軌道采用混凝土結(jié)構(gòu)梁，根據(jù)上部荷載分布，共設(shè)置10道軌道。為了保障移位順暢，需嚴(yán)格控制軌道梁平整度，同時在軌道梁澆筑完成后鋪設(shè)軌道鋼板，此次，大雄寶殿移位軌道板結(jié)合移位行走機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，采用凹槽性結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌行走摩擦材料，使得移位摩擦因數(shù)更小，摩擦面不易蠕變損壞，移位施工更便捷。

4 臨時加固設(shè)計

4.1 大雄寶殿整體加固

由于建造年代久遠，大雄寶殿部分木構(gòu)件和榫卯連接節(jié)點已出現(xiàn)開裂和松動，大殿結(jié)構(gòu)整體性較弱，托換至移位托盤后抗擾動變形差，為了確保移位過程中大雄寶殿安全穩(wěn)定，需對其進行臨時加固。

大雄寶殿作為優(yōu)秀歷史建筑，保護等級高，加固不可改變結(jié)構(gòu)受力體系，不能損傷木構(gòu)架。為此，設(shè)計輕型空間鋼桁架加固保護體系，鋼桁架采用螺栓連接組合拼裝，結(jié)構(gòu)剛度大，固定在托盤梁上，獨立于原木結(jié)構(gòu)體系；鋼桁架和木柱間鋼抱箍連接，抱箍內(nèi)嵌厚10 mm柔性橡膠板（圖3），在保護木柱結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的同時，使木結(jié)構(gòu)具有自適應(yīng)變形空間，避免加固保護應(yīng)力過分集中而損壞木結(jié)構(gòu)，做到保護和結(jié)構(gòu)加固有機結(jié)合。

4.2 文物佛像保護加固

大殿內(nèi)同步移位的文物保護佛像均為泥塑彩繪而成，材料強度較低，佛像四周無任何支撐，移位中需確保佛像穩(wěn)如泰山，不被損壞，泥塑彩繪佛像千姿百態(tài)，保護要求高、難度比較大?；谀嗨芊鹣竦奶匦?，殿中央大佛和兩側(cè)二十諸天像，采用形體夾板＋鋼管撐沿佛身間隔布置2道，形成支撐限位；夾板與佛身間內(nèi)嵌柔性材料以隔振保護移位佛像，支撐限位和隔振保護兩者有機結(jié)合，有效地避免了表面不受力、形狀不規(guī)則的佛像移位中發(fā)生傾覆，保證佛像構(gòu)件移位過程中的穩(wěn)定性。佛像加固時先安裝支撐腳手架，再根據(jù)佛像體型加工固定模板，模板安裝時與佛身留設(shè)一段空隙，在空隙間安裝固定木方并嵌入柔性材料。此外，對于海島觀音壁塑加固時，增設(shè)鋼管柔性撐（頂端粘貼柔性材料）加固保護壁塑（圖4）。

圖3 鋼桁架與木柱間連接節(jié)點

圖4 文物佛像保護加固節(jié)點

5 移位體系設(shè)計

本工程在移位托盤和軌道間安裝行走機構(gòu)和頂升機構(gòu)，采用推力式動力施加方式頂推移位托盤，使大雄寶殿帶佛像整體水平向北平移，就位后利用頂升機構(gòu)抬升托盤豎向頂升（圖5）。

圖5 行走機構(gòu)和頂推機構(gòu)平面布置

5.1 行走機構(gòu)

一般平移工程多采用以鋼棍滾軸為主的滾動式或支座腳的滑動式行走機構(gòu)。本工程采用“懸浮式”移位滑靴行走機構(gòu)，由液壓千斤頂、滑靴、四氟乙烯板組成。在托盤梁梁底植筋安裝連接板與液壓千斤頂連接，千斤頂?shù)酌妗按┥稀辈讳P鋼板滑靴，移位軌道鋪設(shè)的鋼板上嵌入摩擦材料四氟乙烯板，與滑靴組成摩擦面。相比傳統(tǒng)行走機構(gòu)而言，將液壓千斤頂與PLC液壓控制系統(tǒng)連接后，“懸浮式”移位滑靴懸浮于移位軌道上，可豎向自動調(diào)節(jié)高度，適應(yīng)軌道不平整，此外，摩擦滑移面不易損壞，摩擦因數(shù)比較小，與滾動式行走機構(gòu)接近。

為確保移位大雄寶殿及佛像的整體穩(wěn)定和安全，選用頂升最大荷載2 000 kN且?guī)ё枣i系統(tǒng)的懸浮式移位滑靴，根據(jù)上部荷載分布進行均勻布置，共計布置行走機構(gòu)46臺。為了保證移位托盤上大雄寶殿及佛像整體懸浮于移位軌道上，基于三點平衡原理，將行走機構(gòu)分為3組，載荷相近為1組。基于每組行走機構(gòu)載荷恒定，組內(nèi)液壓油泵系統(tǒng)串聯(lián)形成封閉回路，行走機構(gòu)根據(jù)移位軌道高低及時調(diào)整平衡內(nèi)部液壓流量，調(diào)整千斤頂位移標(biāo)高，以便控制上部建筑的整體穩(wěn)定（圖6）。

圖6 行走機構(gòu)構(gòu)成

行走機構(gòu)安裝后將液壓千斤頂試加壓至上部載荷的50%，移位托盤處于水平同一標(biāo)高后，依次截斷移位托盤臨時鋼管樁，將移位托盤及荷載轉(zhuǎn)換至行走機構(gòu)上，便于移位。

5.2 頂推機構(gòu)

通常情況下，建筑長距離頂推移位需要增加鋼墊塊來補充頂推機構(gòu)液壓油缸不足。這種方式施工不方便，浪費材料不經(jīng)濟，同時還存在頂推失穩(wěn)等安全隱患。本工程采用可移動式鋼制液壓頂推機構(gòu)，由固定座＋液壓千斤頂和長轉(zhuǎn)臂兩部分組成（圖7），在軌道梁兩側(cè)預(yù)留插銷孔，插銷孔沿移位方向間距6 m，通過長轉(zhuǎn)臂與插銷孔臨時固定可移動式頂推機構(gòu)，頂推機構(gòu)隨建筑移位而移動，為千斤頂提供頂推反力，頂推機構(gòu)根據(jù)移位軌道數(shù)量共布置10臺。

圖7 可移動式頂推機構(gòu)

通常頂推機構(gòu)千斤頂最大行程為500 mm，每頂一個行程（約400 mm）千斤頂即需要收缸，在移動式頂推機構(gòu)單一行程內(nèi)，采用添加墊塊補充行程，墊塊設(shè)計100 、200 、500 、1 000 mm不同規(guī)格，墊塊間臨時焊接固定保證移位建筑頂推的穩(wěn)定性。

5.3 頂升機構(gòu)

本工程采用交替式頂升機構(gòu)，在同一頂升點位布置2臺液壓千斤頂裝置，并與PLC液壓控制系統(tǒng)相連接，一臺裝置頂升，另一臺底部墊設(shè)鋼墊塊隨動支撐，2臺裝置交替進行頂升、支撐作業(yè)，相比傳統(tǒng)頂升機構(gòu)，頂升過程中上部建筑同步性好，更安全可靠。此次，充分利用行走機構(gòu)，待水平移位完成后，在水平行走機構(gòu)點位附近增加1組頂升千斤頂組成交替式同步頂升機構(gòu)。

6 移位施工

6.1 平移施工

6.1.1 試平移

安裝完行走機構(gòu)及頂推機構(gòu)后，將頂推機構(gòu)液壓千斤頂與PLC液壓控制系統(tǒng)進行連接，采取油泵流量控制方式進行液壓加載，頂推移位托盤平移，完成一個行程的試平移長度。試平移時觀測移位軌道基礎(chǔ)沉降、移位托盤應(yīng)力、上部大雄寶殿整體姿態(tài)、木結(jié)構(gòu)傾斜和變形應(yīng)力以及同步移位佛像狀態(tài)。

6.1.2 正式平移

待試移位結(jié)束觀察無問題后，方可進行正式移位。根據(jù)試移位情況進行加壓，平移速度控制在25～35 mm/min，平移過程中密切監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部佛像狀態(tài)以及移位軌道沉降開裂等情況。

6.2 頂升施工

6.2.1 試頂升

對大雄寶殿帶佛像整體移位托盤進行試頂升10 mm，檢驗系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性；確定最大頂升荷載以及各操作相關(guān)系數(shù)。頂升千斤頂初始加壓2 MPa，跟隨千斤頂同步伸出，安裝百分表及傳感器并歸零。頂升加壓，記錄百分表及位移傳感器的數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測組數(shù)據(jù)。試頂升時間2～3 d，在試頂升期間觀察頂升物的受力及位移情況，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整千斤頂位置。

6.2.2 正式頂升

試頂升后，觀察若無問題，便可進行正式頂升，千斤頂每一頂升標(biāo)準(zhǔn)行程為100 mm，最大頂升速度10 mm/min。頂升循環(huán)按頂升流程分3個階段進行，鋼墊塊按需向上疊加增高。頂升過程中，通過比例伺服液壓控制頂升系統(tǒng)對頂升力和頂升高度進行雙控。以理論起頂力作為頂升初步載荷，采取微量、逐級頂升方式緩慢頂升，回落時分級回落。整個頂升過程保持光柵尺的位置同步誤差小于2 mm，一旦位置誤差大于2 mm或任何1個千斤頂?shù)膲毫φ`差大于5%，控制系統(tǒng)立即關(guān)閉液控單向閥，以確保安全。

7 基礎(chǔ)連接

大雄寶殿帶佛像整體平移頂升就位后進行基礎(chǔ)連接。作為傳統(tǒng)木構(gòu)架承重的大雄寶殿，梁柱榫卯連接、柱礎(chǔ)鉸接，大殿本身具有良好的抗震性能。為了充分利用和發(fā)揮大殿結(jié)構(gòu)抗震性能，本工程采用以彈性滑板支座＋黏滯阻尼器＋厚層橡膠隔震支座＋復(fù)位節(jié)點等組成的摩擦滑移隔震體系，在移位托盤（大殿底板）與軌道（新址基礎(chǔ)）進行組合隔震連接。具體做法如下：在大殿木柱下方對應(yīng)布置一個彈性滑板支座，厚層橡膠支座僅布置于大殿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)四角處，黏滯阻尼器布置于結(jié)構(gòu)四周，x向、y向各4個（圖8、圖9）。

圖8 隔震體系分布示意

8 結(jié)語

通過合理的移位結(jié)構(gòu)體系設(shè)計、有效的臨時加固保護措施、高精度的移位施工控制，上海玉佛禪寺大雄寶殿帶佛像整體安全平穩(wěn)地水平移位30.66 m，豎向頂升0.85 m。該工程開創(chuàng)國內(nèi)木結(jié)構(gòu)廟宇建筑帶佛像整體移位的先河，為今后木結(jié)構(gòu)建筑本體帶附屬構(gòu)筑物整體同步移位施工積累了經(jīng)驗。

圖9 隔震支座連接節(jié)點示意