移位建筑托盘梁低净空优化设计与应用

黄 军

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200021

1 工程概况

建筑移位技术在全国的应用逐渐广泛，分析国内建筑移位案例，通常采用托盘梁、反力基础及结构加固对建筑进行结构施工，并辅以PLC液压同步控制技术对建筑结构施加顶升、顶推外力以达到移位的目的[1]。

通常托盘梁设置在结构基础部分或地面±0 m处，对结构基础进行整体加固，并在托盘梁下方开挖土方进行顶升基础施工。托盘梁与反力基础根据各项目具体情况设置施工顺序，但托盘梁与反力基础之间留有设备安装空间，以满足后续移位设备安装及移位操作。部分建筑由于年代久远，基础埋深较浅，托盘梁设置在±0 m以下后开挖深度较大，对结构影响较大，若反力基础设置浅，则托盘梁必将出原地面，对保护建筑外立面产生较多破坏。

为解决这一问题，本文对托盘梁结构进行优化设计，充分考虑托盘梁高度、反力基础埋深以及移位设备净空要求，在其中找出优化点，既能降低反力基础开挖深度，又能满足移位空间要求。

1.1 鹤鸣里建筑特点

鹤鸣里坐北朝南，共3个开间，室内北侧中部设有1架木楼梯，设有中庭，主要入口位于房屋南立面。房屋东西向总长约14.59 m，南北向总长约17.12 m，建筑总面积约462 m2。本次因规划需要对其进行整体平移施工，将建筑从原位平移至地块西北角部，整体采用先顶升1.2 m，并用SPMT模块车平移至临时址，待西北角部地下室开挖完成后利用顶推油缸顶推至新址顶板上（图1）。

图1 鹤鸣里平移路线

1.2 平移方式确定

1.2.1 滑道顶推平移

滑道顶推式平移系统是通过水平千斤顶的行程推动建筑物向前移动，此系统的缺陷是每行走一个行程，需要在千斤顶后部加垫块，而且需要移动反力后背，移位速度较慢[2-3]

鹤鸣里第1次平移距离较远，如采用滑道平移会存在如下问题：

1）建筑物原址及过渡段滑道路线重叠，所以2栋建筑物的滑道梁顶面标高及临时址基础的顶面标高必须一致，滑道梁找平要求较高。

2）建筑物平移距离最大超过150 m，采用滑道平移方案，滑道工程量巨大，经济投入较高。

3）建筑物平移，平移速度较慢，且存在路线中的转向施工，难以满足总体工期要求。

1.2.2 SPMT平板拖车平移

SPMT（Self-Propelled Modular Trailers）是一种模块化生产及组装的自行式平板拖车，可以根据装载货物的不同需求被配置成各种结构、尺寸和质量。SPMT的基础部件是一个4轴线或6轴线的模块组以及一个动力头（PPU-Power Pack Unit）。SPMT的牵引力是由液压电动机提供的，液压电动机的动力是由置于设备末端的动力头（PPU）提供。这就保证了SPMT拥有出色的牵引力以及紧凑的布局结构。SPMT每一轴线都是在主控程序的精确控制下执行各种动作并实现各种姿态（如移动、旋转、升降等），不仅具备良好的操控性，同时还可以完成传统拖车（如运梁车等）无法完成的动作。例如：轻松地原地掉头、横向平移、绕中点旋转。SPMT的载重平台可以通过悬挂系统进行升降以便装卸货物并保持平台的水平姿态（图2）。

图2 SPMT模块运输车平移方式

通过对托盘梁进行加固以增加建筑底层的整体性，并对建筑结构整体、墙体、局部进行加固，增加结构的整体性，采用拖车平移不会对建筑物产生不利影响，而且拖车平移相对滑道平移存在如下优势。

1）托换梁相对于滑道平移方式采用的截面更大，刚度更大，在平移过程中减小对房屋结构的影响。

2）已有数个文物建筑平移成功的案例，在精心设计、精细管理下安全性没有问题。

3）集平移、旋转、顶升于一体，平移稳，而且速度快，依次平移到位仅需数天时间。

4）平移过程中可爬坡和下坡，对场地平整度要求低。

5）轮胎可分散上部结构荷载，对地基承载力要求较低，原地基经过一定的地基加固即可。

6）不需要修建大体量下滑道梁，经济性较好。

但由于拖车自身质量较大，在第2次平移至新址地下室顶板上时，对地下室结构要求太高，安全适用性降低。

综上所述，本工程第1次平移采用拖车平移方案，第2次平移采用滑道顶推平移方案。

2 托盘梁设计

鹤鸣里建筑在地基开挖之后首先在原基础旁施工下底盘条形基础，作为平移前的顶升反力基础；然后在底盘以上墙体两侧施工平面钢筋混凝土上托盘梁，作为建筑顶升和移位的托换结构；随即通过在条形基础上布置顶升千斤顶，采用PLC液压同步控制系统将房屋顶升1.4 m，将原址下底盘以外区域的地基处理后，在上托盘与下底盘之间布置SPMT拖车，通过拖车将建筑物平移运输至临时点安置；在临时点采用临时垫块支撑，建筑物安放过渡；等新址位置具备条件后，再采用滑道顶推平移至新址，并与新址地下室连接就位。

托盘梁是整个结构设计的重中之重，托盘梁结构的整体强度是平移过程安全与否的关键因素之一。

鹤鸣里原址下底盘采用条形基础，沿房屋基础轴线布置，部分墙体下面开挖导洞施工下底盘条形基础。条形基础总面积按不小于原基础地基承载力总面积考虑（图3）。

图3 鹤鸣里顶升基础布置

建筑上托盘采用传统夹墙梁形式，并向外延伸，新浇筑钢筋混凝土的上托盘梁与原有建筑砌体基础浇筑为整体，共同受力，增强了建筑物平面内的整体性（图4）。

图4 鹤鸣里托盘梁布置

本次鹤鸣里建筑原址顶升采用32台200 t级双作用油缸进行顶升，每个顶升点设置2台200 t级油缸及1个临时支撑，每次顶升行程100 mm，顶升完成后在临时支撑位置加垫100 mm定制垫块，油缸收缸并加垫垫块后继续顶升。当顶升至1 400 mm时，可按设计将SPMT模块车驶入房屋底部，利用SPMT模块车的升降功能将建筑荷载转移至车上（图5）。

图5 鹤鸣里顶升点及SPMT布置

通过对房屋荷载验算及顶升点布置，按相关规范进行托盘梁受力分析，确定托盘梁配筋及各顶升点的反力，同时对条形顶升反力基础进行验算。

本次设计为了保证平移过程的绝对安全，均考虑2倍安全系数。

3 托盘梁低净空优化

3.1 传统托盘梁与反力基础关系

目前国内多数建筑平移顶升托换结构体系从布置上由上托盘梁、顶升设备及顶升基础组成。托盘梁与反力基础是移位建筑中的关键结构，托盘梁与原结构通常采用双夹墙形式，通过现浇钢筋混凝土结构将移位建筑连接成整体，在其下方设置顶升反力基础，托盘梁与顶升基础之间考虑油缸等设备安装空间，通常预留0.4～0.6 m（图6）。

图6 传统托盘梁断面布置

若因建筑保护相关因素影响，不得破坏±0 m以上立面时，需将托盘梁设置在±0 m以下，通常为－0.10 m，而顶升基础底标高通常为－1.50～－1.00 m，导致存在如下因素需在设计施工中考虑：

1）开挖过程中基坑降水。

2）开挖深度低于原基础底标高，地基承载力丧失对结构的影响。

3）土方开挖对结构的影响导致需分段分条施工，总体施工工期的控制。

4）移位切断面降低，对于平移建筑过渡段的土方工程加大，整体造价上升。

针对上述问题，需对顶升结构进行优化设计，尽量解决或减少对结构安全、工期、造价的影响。

3.2 低净空优化

为了减少托盘梁与顶升反力基础之间的净空，可从结构布置位置出发，将设备安装位置从托盘梁底放置到托盘梁两侧，上方设置顶升短梁。通过类似“扁担”的顶升梁将上方顶升力传递给托盘梁（图7）。

图7 优化托盘梁断面布置

顶升梁与托盘梁连接可根据该顶升点的荷载采用提升钢筋或精轧螺纹钢进行力传递。

鹤鸣里项目设置有4根φ25 mm钢筋和6根φ25 mm钢筋2种配置，根据顶升点布置，整个项目共设置12个顶升短梁（图8）。

图8 鹤鸣里顶升梁布置

采用低净空设计需在设计中考虑如下问题：

1）顶升设备无法设置在墙体以下，设计托盘梁时考虑小偏心影响。

2）顶升梁穿越墙体，需对墙体进行开洞，应有相应的处理措施。

3）穿墙梁需满足设备安装高度，通常比托盘梁顶标高高，可考虑设计成折梁。

通过低净空优化设计，并对顶升短梁进行单独分析计算，能够满足本工程的使用。

4 托盘梁低净空设计应用

4.1 保护建筑中的应用

保护建筑通常如本例鹤鸣里类似，因其建造年代久远，多数基础埋深较浅，采用传统做法顶升基础位于原基础深度以下，开挖过程会造成较大的安全隐患，若地下水位较浅还要对基础进行降水处理，将大大增加工程造价及工期。

传统做法通常会先施工上托盘梁，待上托盘梁成形，对原建筑形成保护之后再开挖反力基础，这样能保证建筑的整体安全，但是增大了土方开挖及外运的难度，同时开挖深度较大，对坑洞支护降水也需要考虑，总体工期及造价相对较高。

采用低净空优化设计，能大大减少开挖深度，减少土方开挖外运及支护降水的工期及费用，整体优势较为明显。

4.2 地下受限建筑中的应用

若遇到地下标高受限，如有管线、地下构筑物影响等特殊情况，无法将顶升反力基础设置较低，这时也可采用低净空优化设计，设置顶升梁，通过顶升受拉钢筋将建筑物在高处顶起，避免顶升平移与地下构筑物产生冲突。建筑物增层、设备加高等工况可采用类似的设计。

4.3 高度受限移位工程中的应用

部分建（构）筑物平移过程需对高程进行控制，无法采用顶升操作，因此为了解决设备布设空间问题，同样可以设置类似托盘梁或顶升挑梁，既满足设备安装需求也能对结构进行原位托换，方便后续平移施工。

5 结语

随着国内城市的可持续发展，越来越多的保护建筑与发展产生冲突，在如何处理类似保护建筑的问题上，越来越多地采用建筑平移顶升技术，目前建筑平移顶升技术也越来越成熟。优化建筑平移顶升结构设计是从设计方向有效减少平移顶升的成本、工期的重要手段。

移位建筑托盘梁与反力基础之间高度与工期、安全、造价等有着直接关系，通过托盘梁的低净空优化能减缓传统设计的不利影响，对整体工程均可产生直接的有利作用。

鹤鸣里项目通过低净空优化的实施，缩短了约10 d工期，节约土方开挖1/3，因此托盘梁低净空优化设计在移位建筑中具有推广价值，可为类似项目的移位提供新的思路。