黃 軍

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

紅樓為上海市優(yōu)秀歷史建筑，因周邊基坑施工，房屋在自身傾斜、不均勻沉降較大的現(xiàn)狀下，存在進(jìn)一步損壞的風(fēng)險。為了保護這一優(yōu)秀的歷史建筑，采用樁基＋主動托換調(diào)平的搶修加固方案進(jìn)行施工，可消除周邊基坑開挖對其帶來的不利影響。托換鋼結(jié)構(gòu)快速、安全地安裝，使得紅樓在周邊基坑開挖過程中處于可調(diào)控狀態(tài)，保證其結(jié)構(gòu)整體姿態(tài)不發(fā)生改變[1-4]。

托換鋼結(jié)構(gòu)室內(nèi)安裝是本工程最大的難點之一，同時也是鄰近地塊開發(fā)項目能否如期施工的關(guān)鍵點之一。

1 工程簡介

紅樓前身為日本領(lǐng)事館，是一座保存完好，具有特殊歷史意義的百年建筑，保護意義重大。房屋為磚混結(jié)構(gòu)，周邊環(huán)境復(fù)雜，三面緊鄰基坑：南側(cè)防汛墻基坑、東側(cè)329項目基坑、西側(cè)海鷗飯店基坑。房屋質(zhì)量檢測報告顯示，局部墻體存在裂縫，個別監(jiān)測點超過0.4%。若基坑開挖過程中不對紅樓采取有效的加固措施，可能導(dǎo)致其出現(xiàn)不均勻沉降，甚至對結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步破壞。

根據(jù)紅樓現(xiàn)狀及現(xiàn)場實際情況，采用類似黃浦區(qū)某教堂搶修加固中成功使用的可調(diào)式主動托換方案進(jìn)行加固。紅樓因基坑施工造成的不均勻沉降，利用上述方案可隨時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使紅樓整體始終保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。本工程共布置149套可調(diào)式主動托換裝置，僅鋼結(jié)構(gòu)工程量就達(dá)180 t。本文主要對可調(diào)式主動托換裝置的安裝方法進(jìn)行討論比選。

2 可調(diào)式主動托換分析

若托換鋼分配梁在不安裝的狀態(tài)下，只對上托盤梁的錨桿靜壓鋼管樁進(jìn)行封樁，則紅樓僅處于樁基被動托換的狀態(tài)（圖1），周邊基坑開挖深度較深，縮短了鋼管樁的有效樁長，若錨桿靜壓樁發(fā)生沉降，仍會造成紅樓的不均勻沉降，無法完全保證上部結(jié)構(gòu)安全。

圖1 樁基單獨托換立面示意

在樁基被動托換的基礎(chǔ)上，加上可調(diào)式主動托換裝置，使紅樓處于主動托換＋樁基“雙保險”的安全狀態(tài)（圖2）。在此狀態(tài)下即使鋼管樁發(fā)生沉降，也可利用可調(diào)式主動托換進(jìn)行糾偏，對發(fā)生沉降的區(qū)域，通過液壓頂升進(jìn)行高差補償。這樣紅樓上部結(jié)構(gòu)能保持穩(wěn)定不發(fā)生沉降，保證周邊項目的基坑正常開挖。

圖2 樁基＋主動托換立面示意

可調(diào)式主動托換裝置由上下鋼分配梁、PLC同步液壓調(diào)平系統(tǒng)、連接上下鋼結(jié)構(gòu)與上托盤梁的精軋螺紋鋼組成（圖3）。

圖3 主動托換調(diào)平裝置鋼結(jié)構(gòu)

3 室內(nèi)安裝條件介紹

托換鋼分配梁安裝于鋼管樁之上，鋼管樁高于上托盤梁面1.2～1.5 m（上托盤梁是托換結(jié)構(gòu)，在鋼結(jié)構(gòu)安裝階段可視作室內(nèi)首層結(jié)構(gòu)面），再加上托換鋼結(jié)構(gòu)最終安裝高度在2.5～2.8 m，紅樓室內(nèi)凈空高度只有2.8～3.3 m，普遍區(qū)域的高度為3 m，安裝高度外可吊裝的高度只剩不超過50 cm（圖4）。

圖4 設(shè)備安裝后的示意

因工程是搶修性質(zhì)，整個工期比較緊張，托換鋼結(jié)構(gòu)安裝工期若較慢，勢必會導(dǎo)致基坑施工工期的延期，進(jìn)而影響到整個項目的進(jìn)程。

在室內(nèi)凈空只有2.8～3.3 m的條件下，如何安全、高效地安裝149套總重超過180 t的可調(diào)式主動托換裝置，是整個搶修托換工程最大的難題之一。

4 工程重難點

1）工期緊：為保障周邊基坑按期施工，7 d內(nèi)需完成這149套設(shè)備的安裝、調(diào)試。

2）安裝環(huán)境復(fù)雜：室內(nèi)凈空只有2.8～3.3 m，上托盤梁縱橫向布置，臨邊洞口較多，施工場地狹小。

3）文物保護：安裝區(qū)域涉及重點保護部位，需保護好室內(nèi)文物；吊頂天花板、墻體多為白色裝飾，施工過程需零觸碰、零污染；這些保護部位凸出室內(nèi)墻面，阻礙部分區(qū)域豎向空間的利用。

4）質(zhì)量較大：為縮短整個搶修加固工期，主動托換裝置的鋼分配梁提前加工好，但是加工后的鋼分配梁質(zhì)量較大，為施工現(xiàn)場安裝帶來更大的難度。

5 安裝方案的比選

為解決托換鋼分配梁及主動托換調(diào)平的設(shè)備安裝問題，項目管理人員與經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員一同探討解決方案，經(jīng)多次討論，確定基本方案有3種：微型機械設(shè)備進(jìn)行安裝；搭設(shè)施工平臺，在平臺上進(jìn)行吊裝作業(yè)；依靠現(xiàn)有的條件，制造拆卸式龍門架吊裝。

鋼分配梁由40b#槽鋼雙拼后焊接組成，在端部及中間焊縫處由矩形鋼板焊接加固，根據(jù)樁位間距長度不一。單套分配梁最重的為2.12 t，加上液壓裝置，總重接近2.5 t。需要將鋼分配梁吊裝至預(yù)留的鋼管樁頂部進(jìn)行安裝（圖5）。

圖5 鋼分配梁安裝位置平立面

5.1 微型蜘蛛吊倒運吊裝

根據(jù)7 d工期，優(yōu)先選用機械吊裝進(jìn)行安裝，考慮室內(nèi)凈空高度2.8～3.3 m，采用非常規(guī)的蜘蛛吊進(jìn)行安裝（圖6）。單套分配梁的質(zhì)量為2.1 t，起吊高度為3 m，經(jīng)市場咨詢，可選用3 t微型履帶蜘蛛吊進(jìn)行倒運安裝鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)備寬1.2 m，高1.4 m，體積小巧、吊裝靈活。

圖6 蜘蛛吊設(shè)備照片

該方案若能實現(xiàn)，將極大地解放現(xiàn)場勞動力，7 d內(nèi)完成180 t的安裝工程量理論可行，同時機械施工，人員安全得到保障。

實踐中采用蜘蛛吊設(shè)備進(jìn)行安裝的方案失敗，原因分析如下：

1）房間空間較大的區(qū)域能快速安裝，如客廳、會議室等，對樓梯、辦公室、房間及重點保護部位區(qū)域，受其凸出裝飾面及凈空影響，無法采用該方案安裝或安裝工效大大降低。

2）該設(shè)備使用費用較高，已超過該工序總成本的1/3。在室內(nèi)空間3.3 m內(nèi)，類似采用設(shè)備吊裝的辦法局限很大，且造價高昂，不建議選用。

5.2 腳手架平臺吊架

擬搭設(shè)施工平臺不與房屋直接接觸，平臺占地面積小，選用人工吊裝的辦法。這一思路能解決保護裝飾面、文物的這一難題。

在需要安裝設(shè)備的鋼管樁外側(cè)搭設(shè)盤扣腳手架平臺，平臺高2.8 m，平臺上方安裝鋼橫梁，橫梁采用20b#工字鋼，梁上配置3 t手拉葫蘆，分塊進(jìn)行吊裝。平臺與鋼管樁采用焊接構(gòu)件固定，并安裝斜撐加固（圖7）。

圖7 方案二構(gòu)思示意

受腳手架自身材料強度影響，吊裝過程中平臺容易發(fā)生失穩(wěn)，墜落的安全隱患大，因此該方案在吊裝工程中是不成功的。

5.3 裝卸式龍門架吊裝

經(jīng)過實踐結(jié)果分析，采用可拆卸式的某種平臺，以人工進(jìn)行吊裝的思路符合現(xiàn)場條件。若吊架平臺的支撐足夠安全穩(wěn)定，就能解決失穩(wěn)的問題。根據(jù)紅樓工況及限定工期的條件，利用已壓入基礎(chǔ)的鋼管樁作為吊裝平臺基礎(chǔ)支撐，是最節(jié)省工期的。

可采用構(gòu)思出的可裝卸式龍門架進(jìn)行吊裝，該裝置需滿足操作簡便、適用室內(nèi)施工環(huán)境且自身滿足吊裝強度的要求。裝卸式龍門架由2根豎向立桿、抱箍、鋼管插銷、橫梁組成，采用手拉葫蘆人工吊裝至所要高度。經(jīng)比選分析，從安全、工期、環(huán)保的角度來說，選擇該方案最為適合（圖8）。

圖8 方案三構(gòu)思

該方案構(gòu)件詳細(xì)信息：

1）2根豎向立桿選材為φ102 mm×10 mm的鋼管（Q235B），立桿高2 m，每根質(zhì)量45.378 kg；每根立桿下端焊接有肋板（100 mm×150 mm×10 mm），每塊質(zhì)量

1.178 kg。

2）圓形抱箍由φ325 mm×8 mm弧形鋼板（Q235B）與兩翼長方形鋼板焊接2 層（2 0 0 m m×1 0 0 m m×10 mm），通過對穿螺栓固定在鋼管樁上，每套總重28.16 kg。

3）套管插銷由橫向φ152 mm×7 mm鋼管與豎向φ82 mm×10 mm鋼管焊接組成，每套質(zhì)量19.09 kg。

4）橫梁選用φ140 mm×10 mm的鋼管（Q235B），長2 m，每根質(zhì)量64.12 kg。

立桿及橫梁選用鋼管（φ140 mm×10 mm/Q235B），立桿一端加工為半圓抱箍與另一半螺栓連接固定在鋼管樁上，另一端安裝固定橫梁的鋼管插銷，在橫梁兩端、中間各安裝1個3 t的手拉葫蘆。通過在施工平臺上組裝“可調(diào)式主動托換”鋼結(jié)構(gòu)，中間吊裝分配梁2，兩端葫蘆吊裝分配梁1，3個葫蘆同時吊裝至所需要的高度，固定好鋼分配梁1后，在上下分配梁之間固定千斤頂，將精軋螺紋上下對接擰緊螺母，整套裝置安裝完成。吊裝過程中，錨桿靜壓樁對上下鋼結(jié)構(gòu)體系起到很好的限位作用，能夠減少吊裝過程水平向的位移（圖9、圖10）。

圖9 方案三吊裝示意

圖10 現(xiàn)場吊裝示意

6 裝卸式龍門架吊裝工藝簡介

選用腳手架搭設(shè)臨時通道，在上托盤梁縱橫交錯的孔洞中，腳手架按間距600 mm布置成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，能夠利用上托盤梁的區(qū)域采用腳手架橫擔(dān)在上托盤梁面上，兩端固定，在腳手架平臺上固定方木，滿鋪模板。運輸通道有坡段時，安裝防滑條。

運輸采用改裝后的炮車，安裝滑槽，人工將托換鋼結(jié)構(gòu)倒運至安裝位置。

裝卸式龍門架依靠預(yù)先打下的鋼管樁作為吊裝的支撐，整套龍門架裝卸較為簡便：

1）進(jìn)場前豎向立桿與半圓抱箍之間通過加勁板焊接成整體，預(yù)留好螺栓孔。另一半圓抱箍通過螺栓與之固定在鋼管樁上，通過螺栓絲牙來適應(yīng)鋼管樁尺寸，也可調(diào)節(jié)安裝的高度（圖11）。

圖11 安裝示意一

2）圓形插銷下半部分的鋼管，剛好套入立桿內(nèi)（圖12）。

圖12 安裝示意二

3）2根鋼管樁的立桿、圓形插銷安裝完成后，橫梁內(nèi)徑小于圓形插銷的內(nèi)徑，可360°進(jìn)行調(diào)節(jié)來對應(yīng)橫梁的安裝（圖13）。

圖13 安裝示意三

4）在橫梁上安裝手拉葫蘆，從吊裝的鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量考慮，選用3 t的手拉葫蘆比較合適（圖14）。

圖14 安裝示意四

5）為保證主動托換調(diào)平裝置的水平，需先對2根鋼管樁之間高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，按主動托換調(diào)平裝置上下順序，依次安裝鋼分配梁至設(shè)計高度，擰緊上下精軋螺紋鋼。

7 裝卸式龍門架吊裝的安全、經(jīng)濟分析

最不利工況條件下，對橫梁受彎及抱箍節(jié)點進(jìn)行計算。三樁1.5 m間距的可調(diào)式主動托換單套最重2.12 t。主要為中間受力，兩端葫蘆為固定裝置使用。

經(jīng)計算，拆卸式龍門架選材滿足吊裝要求。

整套拆卸式龍門架選材均為常規(guī)鋼管材料，只需進(jìn)行簡單的焊接、打孔工藝即可完成。在7 d的工期完成149套的安裝，只需準(zhǔn)備2套鋼結(jié)構(gòu)拆卸式龍門架的裝置，每套龍門架裝置只需配3名工人，即可完成每天11套主動托換鋼結(jié)構(gòu)的安裝工作。相比于機械施工，不僅工期上滿足了要求，總的安裝成本也大幅下降。

8 結(jié)語

本文介紹了室內(nèi)凈空較低的條件下，3種鋼結(jié)構(gòu)吊裝的方法，并對這3種方法可行性、安全性、經(jīng)濟性等進(jìn)行了比選。

通過對上海市黃浦路106號紅樓搶修加固工程中托換鋼結(jié)構(gòu)室內(nèi)吊裝安拆成功實踐，可以得出如下結(jié)論：

1）微型履帶吊車（3 t以上的蜘蛛吊）可以在室內(nèi)進(jìn)行吊裝作業(yè)，但是在凈空低于3 m或室內(nèi)涉及重點文物保護的吊裝工程中，有很大的局限。綜合結(jié)果是造價較高，吊裝工效低。

2）盤扣腳手架搭設(shè)工期短，尤其是在2.5 m高度范圍內(nèi)，作為施工平臺的經(jīng)濟效益很高；腳手架受自身材質(zhì)強度影響，將其作為吊裝平臺使用是不可行的，施工的安全無法保障。

3）裝卸式吊架采用的材料強度滿足施工要求，且選材較廣，可反復(fù)使用；實際施工可根據(jù)吊裝基礎(chǔ)外形更改抱箍的形狀，安裝拆除簡便，經(jīng)濟效益較高。

在文保建筑搶修加固工程中，如同紅樓這種主動托換加固的工程越來越多，在室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程中，可將裝卸式吊架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，本工程的成功實踐可為類似工程提供方案依據(jù)。