步履行走器在保護建筑旋轉平移中的應用

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，把學校地產與房產交給公董局開辦華人小學，解放后作為學校建筑使用。逾70 a來，學校校址、校名屢屢變動，也曾改辦為中學，一些學校曾先后并入學校，現為比樂中學校址。

目前校舍內呈“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，南側教室三間，北側為辦公，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?？傮w呈“T”字形平面格局（圖1）。

圖1 建筑現場位置示意

1.1 平移原因

該歷史建筑留存情況一般，建筑藝術和科學價值一般，其文物價值主要體現于人文、社會價值，值得保留的元素和構件不多?？紤]到喇格納小學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量的實例可尋，且存有施工質量較高的案例，建議將建筑整體在本地塊內移位保留。

圖2 新舊址關系示意

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移位；固定滑腳即在上托盤下側安裝固定的支座，在下滑道上實現滑移；懸浮滑腳是在固定滑腳的基礎上升級成千斤頂豎向可調懸浮支座；步履式行走器是在懸浮滑腳的基礎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平移的功能要求（圖3），適用于本工程。

圖3 步履行走器設備三維圖

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同步控制整體旋轉平移。

步驟三：利用PLC同步設備控制整體頂升0.7 m。

步驟四：結構連接，澆筑首層樓板，拆除設備及上托盤梁等。

3.2 上托盤梁及旋轉筏板布設

3.2.1 上托盤梁

根據原結構荷載及旋轉平移時設備的安裝位置，按最不利工況進行模擬數值計算。墻體托換采用常規(guī)雙夾墻梁斷面形式，單側梁截面為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，托盤梁與原結構鑿毛深度30 mm，保證截面摩擦力滿足荷載要求[3]。

3.2.2 旋轉筏板

比樂中學平移采用整體式筏板，厚度600 mm。旋轉筏板厚600 mm，新址筏板厚900 mm，根據現場施工計劃，臨時筏板施工在新址筏板之前。

綁扎旋轉筏板時，預留鋼筋茬，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構進行后錨固（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，國內首次采用PLC自動化控制液壓設備。通過位移傳感器和壓力傳感器進行監(jiān)控，實現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構更加安全[4]。

2018年廈門后溪長途汽車站旋轉平移，使懸浮系統、平移系統、滑移設施實現一體化成為步履行走器，有效減少現場的施工人員需求。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，底部不再需要鋼結構軌道，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 旋轉平移設計

根據建筑圖紙，初步建模計算上部結構荷載為80 000 kN，然后根據設備性能以及受力分析設置55個行走控制點，每個控制點設置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，安全系數為1.38。本次工程旋轉平移，根據新舊址位置以及建筑結構平面圖關系設置2 873 m2旋轉筏板。

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計的理想狀態(tài)行走。各項累積偏差對建筑旋轉產生的水平作用力會在旋轉過程中累積并導致偏位，所以在平移前需要設置移位距離坐標監(jiān)測控制點，通過現場肉眼觀察配合坐標測量，反饋出建筑實際旋轉軌跡，然后與設計運行軌跡進行對比。當實際路線偏離設計路線一定值后，通過調整各條平移軌道的步履行走器頂推速度比例，使得建筑回歸設計路線。當偏位較大時，也可以通過調整步履行走器的角度，產生分向力，在分向力的影響下，使得建筑回歸設計行走路線。

4 結語

步履行走器在國內最大的單體建筑平移旋轉——廈門后溪長途汽車站項目中得到應用，技術方案成熟，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用效果。

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