某文物建筑的平移保护工程探讨

秦文科

（湖北星汶建设工程有限公司，湖北 武汉 430090）

1 工程概况

某建筑为尚未定级的不可移动文物，房屋荒废多年，无人居住使用，且房屋多处出现墙体损坏、开裂等病害，屋面大面积坍塌、二层楼板大面积坍塌散失。该建筑原址保留存在一定的困难，周边的开发将对建筑造成很大的扰动，为了更好地保护文物本体的安全及展示，提出迁移保护的思路。在对不可移动文物保护工项目进行充分的前期技术服务工作的基础上，匹配保护建筑历史价值的保护方案，最终确定采取迁移的方式。

该建筑呈“矩形布置”，长约34.0m，宽约23.0m，占地面积约782.0m。为地上2层砌体结构，1层层高为4.6m，2层层高为5.1m，房屋总高度为11.3m。房屋为条形基础形式，部分为砖砌体，部分为条石，无圈梁，无构造柱。

为确保文物迁移工程的安全可靠，应针对房屋结构特点，制定有效加固措施，同时又不以损伤文物本体、保存文物价值的原则，采取切实有效的平移方案，并对迁移过程进行有效监测与监控，确保文物迁移工程的安全可靠。

2 特点及难点

本平移工程的特点、难点及应对措施阐述如下。

特点为：①该房屋为文物保护建筑，整个施工过程应不损害文物价值，对关键部位需要重点保护；②房屋邻近汉江，地基相对较弱；③依据检测报告与现场开挖探测，承重墙体基础形式多样，部分墙体下未设置放大脚基础，而且基础埋深较浅，承载力相对不足；④该建筑物荒废多年，破损严重，纵横向联系弱，刚度整体性较差，且材料强度较低。

难点为：根据鉴定报告，综合评定该房屋安全等级为C级（局部危房）。该建筑整体稳定性较差，对不均匀沉降敏感，容易产生不均匀沉降、抵抗不均匀沉降能力不足。

针对以上特点及难点，采取了针对性的应对措施，见表1示意。

表1 工程特点、难点及应对措施

3 上部结构临时性加固

建筑结构整体性极差，平移前上部结构需进行临时性加固，加固至整体性符合整体安全平移的条件，同时具有可逆性。

3.1 局部加固法

局部墙体破损、开裂及砖体松动处，墙体内外侧采取木板包裹，并通过丝杆锚固。内墙门洞采用木支撑临时加固，对门窗洞口过大处辅以钢结构支撑加固。砌体封堵墙采用MU5级加砌混凝土砌块、M5级水泥砂浆，封堵砌体与原结构间采用塑料薄膜隔离。

3.2 脚手架加固法

脚手架通过有效连接可形成钢桁架体系，纵横方向具有一定的整体刚度，且安装方便。通过脚手架顶托支撑紧贴于内、外墙面的木模板传力，能满足平移过程中振动产生的次生外力。前期考虑到土方开挖的施工空间，脚手架加固仅限局部存在倒塌或破损严重的墙体部位。

待托盘梁、轨道梁施工完毕，布置满堂脚手架对房屋整体进行加固。墙体内外脚手架在门窗洞口部位贯通，拉结成整体。局部凹凸部位采用木龙骨和木板固定。

3.3 型钢加固法

临时加固的设计：临时加固以不改变原结构的受力与传力途径为原则，采用可逆的加固方式加强建筑的稳定性、整体性和整体刚度。

平移过程为解决差异沉降等引起局部应力集中问题，需采取结构加固措施，采用对建筑外观影响较低的钢结构、木结构、张拉螺栓相结合的方式对墙面进行外拉内撑临时加固，待移位结束后拆除。

沿外墙外侧共设置三道钢系梁，外墙内侧共设置三道方木，外墙角部设置钢柱，外墙门窗洞处设置对拉螺栓拉结。同时，与纵横两个方向在钢系梁标高处设置对拉拉索。

钢立柱均置于上托盘梁上，钢立柱布置需避开线角，钢系梁设置需绕开房屋线角，钢系梁布置可结合外立面保护适当调整竖向分布或局部错位搭接。

4 托换结构体系与轨道结构体系施工

采取钢筋混凝土双夹梁托换结构形式，通过托换技术，将上部结构荷载从原基础转换至移动装置和轨道上。

托盘梁总体施工流程：测量放线→联系梁墙洞开设→洞口加固→墙体凿毛→绑扎钢筋→模板支设→浇筑砼→养护拆模。

托盘梁施工原则：由两侧向中间分区施工，施工中注意对原建筑的本体保护，严禁施工过程中碰坏及污染原建筑需要保护的部位。

依据托换要求，共设置5条混凝土下滑道梁，作为平移过程中的房屋临时基础。滑梁的平整是移位行走的关键，滑动面标高和平整度要严格控制，在砼浇筑、轨道铺设阶段均需严格控制标高和轴线偏差，滑道相对水平误差不得大于±20mm，轴线偏差不得大于50mm。混凝土垫层达到4～5MPa后，技术人员根据设计图纸对下滑道梁中线位置进行放样，并且需对下滑道梁进行找平。

5 平移方案

建筑物整体平移技术是指在保证建筑结构整体性的前提下将建筑物从原址水平搬迁至新址的建筑技术。目前常用平移方式有顶推式（牵拉式）、拖车式、交替步履式。

本工程占地面积大，约800m，上部结构整体性较差，平移距离相对较近，不适用于拖车方式；本工程要求旋转86.4°，而且占地面积相对较大，顶推式（牵拉式）无法精确拟合旋转路径，需要不断纠正旋转方面，而且对旋转筏板和滑道平整度要求很高，不适用于采用顶推式（牵拉式）。综合考虑，本工程采用了步履式机器人行走方式。

通过实施步履式行走方式，使建筑物随着步履走行器移动方式同步行走，能有效减少施工人员的需求，同时减少了轨道铺设、滑块搬移等配套工作。通过有效控制，步履走行器可实现平移稳定、振动较小的效果，大大降低了平移施工的风险。同时，通过采用A、B两组行走器交替顶升、平移的方式，使顶升的安全系数加倍。

6 移位施工及技术措施

6.1 旋转平移方案选择

常规的旋转施工办法为下滑道梁采用筏板形式，边旋转边纠偏或旋转到位前进行纠偏，旋转精度低，旋转速度慢。

根据施工单位现有设备以及现场各方面情况综合考虑，最终决定采用步履走行器平移设备进行旋转平移，该设备可以控制设置一个虚拟旋转轴，然后按照弧形轨道布置步履走行器，通过调整步履走行器的角度最后调整各条轨道上的步履走行器的行走速度达到旋转的目的。该设备因为是分布在建筑不同部位进行顶推，使得建筑受力分散，相较于原有老设备不容易产生集中受力及压缩变形，对建筑尤其是老建筑更有效地进行一个相对静态的平移，保证上部结构安全，同时整个旋转平移控制系统的平移速度也相对传统平移更加快速便捷。

6.2 旋转平移设计

经核算，房屋上部结构荷载为3500T，然后根据设备性能及受力分析设置40（AB各40台，共计80台）个行走控制点，每个控制点设置AB两组交替行走器，每个行走器可以提供200T竖向承载力，40个控制点可以提供8000T顶升力，安全系数为2。根据新旧址位置以及建筑结构平面图关系，本次平移共设置5条直线轨道，到达新址筏板后调整步履走行器方向，进行旋转，最远旋转轨道长35米，平移轨道及步履走行器行走控制点布置平面图如图1示意。

图1 步履走行器平面布置图

6.3 旋转平移常见问题及解决办法

施工现场严格按照托盘梁及下滑梁标高控制，确保托盘梁与下滑梁间的空间能够安装步履走行器，施工过程中只能将空间变大，不能变小。当两者间的高度过大时，可以通过在上托盘梁底凿毛后用灌浆料来填充；当两者间因意外情况空间不能满足步履走行器安装要求时，可以采取对上托盘梁底的保护层凿除来增加净空，但是不能破坏梁钢筋，凿除后需要用砂浆或者灌浆料进行抹平，以保证步履走行器上平面的接触面平整。

托盘梁在施工时的底模脚手架搭设时，严格控制模板平整度，可以在设备安装区域适当加密支撑以较少混凝土浇筑后的变形。

当混凝土浇筑后发现托盘梁下底面表面平整度达不到要求，则在设备安装空间满足需要的情况下，在步履走行器顶部钢板与托盘梁底间塞薄钢板或者用灌浆料填充，必须保证步履走行器安装平直。

下轨道梁完成面高差必须符合设计要求，当现场高差偏差过大时，必须进行调整。当轨道梁标高高于设计与允许高差时，将高出部分采用电锤等小型机具进行凿除，凿除过程中不能伤及轨道梁钢筋，然后对凿除完的部位采用砂浆进行找平，找平后的标高严格控制在设计标高；当轨道梁标高低于设计标高时，则采用砂浆进行找平，找平后的标高严格控制在设计标高。

步履走行器安装前需要进行位置测量放线，偏差需要严格控制在规范要求范围内，安装时需要保证千斤顶的垂直以及走行器的角度方向按照设计朝向。步履走行器的测量放线位置需要基本吻合弧形轨道的弧度，减少角度偏差对产生的水平分力增加旋转总的顶推力。

为防止平移过程中各走行器细小偏差带来的累积效应，平移前和平移过程中需要对平移轨迹进行精细测量，与设计轨迹进行对比分析，并依据偏差结果及时对走行器的行走速度、方向等进行有效调整。

平移过程是一个循环几个动作的重复过程，根据建筑平移距离的远近重复次数不同，小到几十次大到几千次，在如此高频率的运行下，设备难免会出现故障及损坏，所以在旋转平移施工前，现场根据以往施工经验，各类设备及配件按照损坏概率准备足够备件，以备现场更换需要，并且旋转过程中需要定期根据前阶段设备损坏情况以及现场备件进行统计分析，然后根据统计分析表及时补充设备及配件。

7 平移监测和信息化管理

7.1 监测布置

在自动化监测布置系统中，裂缝监测对象为承重墙体，应力监测对象为托盘梁混凝土和钢筋应力，倾斜监测对象为承重墙体顶部四个角点X、Y两个方向，不均匀沉降监测对象为承重墙体。

人工监测根据现场施工情况确定，其中裂缝监测主要以墙体裂缝、托盘梁、轨道梁裂缝监测为主，托梁三维变形监测包括梁体的挠度、水平位移，墙体倾斜监测主要为房屋X/Y方向的倾斜，建筑物垂直、水平位移监测主要以托盘梁和墙体特点部位为观测对象，对其水平位移、竖向变位进行监测。监测报警值和监测频率具体安排如表2所示。

表2 监测预警值和报警值

自动化监测频率为：1次/h，如有必要可随时加密测量，最高可加密至1次/10min。基本监测频率为：下托换梁土方开挖之前1h/次，下托换梁土方开挖开始1次/30min，顶升平移施工开始1次/10min。

7.2 实时监测技术

互联网云监控已在建筑物顶升平移项目中取得了良好的应用。远程通信设备连接操作方便，同时通过采集端与展示端多渠道立体化地开放监视，可以满足不同工况的使用。

本项目中，托换、平移、旋转都属于高风险作业，并且周围环境复杂，存在诸多不可控因素，因此在施工过程中进行全程监控，提供安全预警数据，确保施工全程安全。同时，为保证对原文物建筑的原样保护以及为后期修缮工作提供更详细的资料，项目建立基于BIM技术的数字化文物结构安全监测管理平台，实现“事前模拟，事中监控”的安全监管方式，包括基于BIM技术的施工模拟（BIM建模、BIM动态施工模拟视频动画）以及数字化文物结构安全监测管理平台（包括BIM轻量化图形引擎、BIM安全监测模块、数据接口开发等）。

①平移实施前建立全结构的BIM施工模型，从施工准备阶段到建筑平移阶段进行全过程动画拆解。施工动画模拟的意义在于以下三个方面：第一，明确技术路线，高效开展施工交底；第二，以三维动态的方式进行决策，便于技术方案评审；第三，对原文物建筑的原样保护以及为后期修缮工作提供更详细的资料，利于文物保护，从技术层面，可形成标准，长期服务于文保工程。

②在施工过程中，利用倾角、沉降、裂缝等测量传感器，实时采集数据，实现全程监控。同时，建立基于B/S架构的BIM文物结构安全管理平台，在BIM模型中三维展示安全监测数据。通过系统，设定安全范围，若超出预警，平台实时报警，并直观展示报警位置。基于B/S架构的BIM平台采用了国内自主研发的BIM三维图形引擎实时渲染，摆脱了软件的束缚，保证数据安全，并可在浏览器中随时查阅。监测系统的平台展如图2所示。

图2 基于BIM技术的数字化文物结构安全监测系统展示

目前项目已顺利平移到指定位置，并就位连接。整个平移施工过程中沉降、倾斜均在允许范围内，结构无新增裂缝，原有裂缝无明显扩展，结构整体稳定。

8 总结

对于有价值的历史、文物建筑，为了更好地实施保护和展示利用，采用整体移位的方式从技术上是可行的。通过对结构进行必要的临时加固，采取有效、可靠的平移实施方案，同时做好全过程的房屋监测与信息化监控手段，是房屋平移工程有效实施的基本保障。同时，关于互联网云监控技术在建筑物顶升平移项目中的研究开发，可拓展控制领域的范畴，为类似领域的施工和大型构件的平移、顶升和建设提供良好的参照，并为文物数字资产保护奠定良好基础。

注释

①张小龙，庞小军，熊云凡.历史文物站房分阶段整体平移技术[J].建筑施工，2021（6）：1061-1063.

②王建永.浅基础文物建筑平移工程设计与施工[J].建筑施工，2020（1）：74-78.

③周楚瑶.砌体房屋平移加固托换结构受力性能分析[D].长沙：湖南大学，2020.

④陈蕃鸿，董清崇，王依列，等.步履式顶推平移技术在厦门后溪长途汽车站主站房平移中的应用[J].施工技术，2021（1）：11-15.

⑤黄超，陈蕃鸿，许锦林，等.BIM和物联网技术在大型建筑位移监控量测中的应用[J].建筑施工，2021（1）：115-118.