十堰:六百年建筑 十五米顶升

作者:佚名 来源:互联网 2012-11-27 10:48:03 0人评论 640次浏览 分类:建筑工程

提起武当山,人们马上会想到“道教名山”、“张三丰”、“太极拳”……其实,作为联合国公布的世界文化遗产地之一,武当山古建筑群之规模宏大,气势雄伟更令人叹为观止。武当山九宫之一的遇真宫,被列入世界遗产名录,是国家重点保护文物,在武当山古建筑群中是文物价值最高的。

随着南水北调工程的实施,遇真宫面临被库水淹没的危险。为最大限度地保护文物,国家文物局确定:对遇真宫山门、宫门实施整体顶升。经过周密准备,今年8月1日,武当山遇真宫山门、宫门顶升正式启动。目前,各项工作进展顺利,预计于2013年1月30日全面完工。

古建筑整体顶升是一个世界性难题。特别是遇真宫山门顶升,创下了世界古建筑整体顶升三项之最:顶升高度最高、一次顶升数量最多、建筑年代最久远,项目实施难度之大可想而知。遇真宫的整体顶升,可以说是一个“奇迹”。那么,“奇迹”是如何创造的?主要采取了哪些核心技术?

日前,遇真宫整体顶升工程副总指挥兼现场总负责人、河北省建筑科学研究院研发中心主任边智慧接受本报记者采访,对此进行了详细解读。


【核心技术之一】完善的钢桁架整体加固体系,保证顶升时古建筑物的安全

由于遇真宫文物建筑建造年代较为久远,常年受自然环境侵蚀,砌体材料老化严重,结构整体性差,变形能力也较差,垂直度偏差超出国家现行规范要求,这些都给工程的基础托换和同步顶升造成较大的困难。

边智慧告诉记者,为保证结构稳定性,他们对古建筑上部结构进行整体加固,结构支撑体系采用方钢管焊接桁架体系,山门和宫门内部建有竖向支撑,外部设置侧向稳定支撑,山门翼墙处设置侧向支撑,所有支撑体系与下部混凝土顶升托盘固结,保证文物在施工过程中的安全。外部加固体系根据建筑形态变化,所有与建筑接触点均垫有胶皮等柔性填充物。

“这样可以最大可能地保护文物不受施工损伤。”边智慧说。

【核心技术之二】首次将钢箱梁盾构法和高效预应力大底盘技术用于古建筑物基础托换和整体顶升,最大程度保护文物原有形态

遇真宫作为皇家建筑,其下部处理过的地基十分坚硬,强度高于普通砂浆强度,山门青砖垫层厚度达1米多,为制作混凝土托换底盘增大了难度。托盘下部的土层主要为卵石层和纳长片岩层,且建筑所在场地地下水位高,场地地下水主要为填土层和粉黏层中的上层滞水和卵石层中的孔隙水,滞水层的土层渗透性弱,而卵石层的渗透性好,施工时排水困难,对施工造成较大影响。

面对这一难题,边智慧告诉记者,他们的应对之策是:工程基础托换方法采用钢箱梁盾构施工。主要方法是采用切入式钢箱梁进行基础托换,此种方法具有施工速度快、顶推力小、施工工艺简单等优点。同时这种方式对原有土体扰动小,上部结构因托换产生的不均匀沉降小。在钢箱梁内部增加预应力钢筋混凝土芯梁,可以有效减少底盘的挠度变形,并在各个钢箱梁端部增加了大刚度的边梁,保证底盘的整体性。

由于工程古建筑上部结构年代久远,材料强度低,因此对建筑进行顶升施工前必须在建筑下部建造大刚度基础托盘。此外,经过现场开挖发现文物青石基础部分为咬砌,强行拆除会对文物地基造成破坏,从而引起不均匀沉降,对上部结构造成损伤,也不利于下部顶升作业。针对以上情况,顶升方案将青石基础作为文物的一部分同时顶升,在青石基础下部预留原状土体,减少制作托换底盘对结构的影响。既保证文物结构安全,同时最大程度地保护文物原有形态,充分体现本次顶升的历史意义。另外,将钢箱梁盾构法和高效预应力大底盘技术用于古建筑物基础托换和整体顶升,在国内外尚属首次。

【核心技术之三】首次将冲击灌注桩用于古建筑整体顶升的反力系统,减少结构的工后沉降量

遇真宫顶升工程采用冲击灌注桩作为顶升反力桩,桩端进入中风化纳长片岩层,桩基设计时单桩承载力均考虑土方回填后造成的负摩阻力,形成安全可靠的整体顶升反力系统。山门周围布设34棵顶升受力桩,宫门周围布设14棵顶升受力桩,确保顶升反力安全储备,而且顶升反力桩穿过了压缩性较大的土层,减小顶升完成后结构的工后沉降量。

根据南水北调工程施工进度的要求,三个门的顶升要在2013年1月底前结束,以保证南水北调工程的正常蓄水进度,工期相当紧迫。所以桩体施工与结构托换要同步进行,两种工序通过合理安排可交叉施工,节约时间,加快了施工进度。

【核心技术之四】首次将型钢混凝土支撑和滑模顶升施工技术用于建筑物超大高度整体顶升,确保文物结构安全

由于建筑物整体顶升是一项要求较高的技术,同时遇真宫工程顶升高度达15米,顶升高度为世界记录的5倍;遇真宫为砖石混合结构,建筑物自重大,因此对同步顶升系统和下部支撑体系要求非常高。

工程下部顶升支撑体系山门处采用型钢混凝土剪力墙结构,宫门处采用型钢混凝土框架结构,顶升支垫采用型钢短柱,同时支撑体系的混凝土浇筑采用滑模施工,在建筑顶升过程中完成了滑模的提升,实现滑模与顶升的同步施工。由于型钢短柱支垫承载力高,顶升不受支撑结构混凝土龄期的限制,顶升速度快,缩短了施工工期。另外由于循环顶升高度大,回填土工作空间大,因此回填质量更容易保证。

“采用此种方法对回填土要求低,支撑体系刚度大,可以独立支撑上部结构,结构传力体系明确,能确保文物顶升过程和就位后的结构安全。”边智慧说。

【核心技术之五】采用高精度的限位装置和防倾技术,防止顶升过程中古建筑物的倾斜

由于山门结构平面复杂,山门两侧各有一面翼墙,两侧翼墙需和山门主体一同顶升,翼墙刚度与山门主体相差较大,墙体高厚比大,稳定性差,同时翼墙与山门主体基础不同,对结构托换技术要求更高,大大增加了工程难度。

为避免顶升过程中桥梁产生横、纵向偏移,他们设立了限位装置,限位装置有足够的强度,并应在限位方向有足够的刚度,在顶升过程中起限位兼防侧倾的控制作用。限位装置包括横向限位和纵向限位两部分,在建筑物的每侧设置了防倾柱,在防倾柱上设置限位轨道,底盘侧面对应位置安装型钢短柱,顶升过程中建筑物只能沿着限位轨道向上顶升,很好地限制了建筑物的侧向位移。

【核心技术之六】首创建筑物长行程无回降多点同步顶升技术,确保古建筑物平稳顶升

边智慧告诉记者,在遇真宫整体顶升中,他们首创了建筑物长行程无回降多点同步顶升技术。顶升系统采用多点同步顶升技术,根据工程特点进行了顶升方案设计,确保建筑平稳顶升。同步顶升系统利用液压变频调速控制、压力和位移闭环自动控制的方式,实现多点力均衡控制,对山门和宫门进行称重、同步顶升、同步降落。

整个山门结构(含底盘)重约4600吨,山门混凝土托盘下部需布置48台200吨千斤顶,最大顶升力为9600吨。东西宫门结构(含底盘)重各约为1200吨,每个宫门混凝土托盘下部布置12台200吨千斤顶,最大顶升力为2400吨,顶升力远远大于上部结构自重。

顶升系统中的液压泵站采用阀配流形式的柱塞泵,泵站上安装有均载阀,可靠地保证千斤顶在顶升和降落时都处于进油调速控制,缓解了千斤顶升降切换过程中液压冲击力对顶升的同步精度和梁体的结构造成影响,同时均载阀可以无泄漏地锁住千斤顶,在意外停电时仍能保证千斤顶不会自由下滑,使千斤顶所承负载不会处于失控境地。系统中还安装有压力变送器和检测装置位移检测装置,当千斤顶移动时,压力检测装置就可以实时精确地测定千斤顶所承受的负荷;同时位移检测装置可测定千斤顶的实时位移,从而测得梁体的顶升高度。

依靠技术上的突破和创新,截至10月9日,遇真宫东宫门已升高3米,西宫门升高了1.75米,山门已于10月8日起动顶升,整个工程将于2013年1月30日结束。整体顶升施工将持续16周左右。

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