兰州大学至公堂、观成堂及衡鉴堂维修工程主体结构整体顶升工法

胥明智

【摘要】随着社会的发展，城市地表在逐年升高，由于古建筑年代久远，古建筑维修保护施工过程中经常会出现古建筑比周围建筑地面低洼现象，木构架整体顶升在古建筑维修中是一项不可或缺的工艺，安全、高效率的古建筑木构架顶升施工工法会周而复始的运用。

【关键词】维修;顶升工法

1、引言

2015年3月，我单位在2个月时间内经过详细勘察兰州兰大二院内的至公堂、观成堂建筑木构架整体结构的实际情况后，按照勘察的木构架实际尺寸、木构架结构形式、单柱所承受压力、原建筑基础形式等基础资料，详细制定了顶升方案。2015年5月，甲方单位聘请专家组对顶升方案评审，经评审通过，我单位开始安照施工方案准备材料、人员进行顶升方案的实施，根据顶升方案的技术要求、材料要求、做法要求等，完成了至公堂和观成堂木构架的整体顶升，在顶升过程中，数据控制和质量控制合理有效，并按设计计划如期完成顶升。每个细节、每个工序经过反复测算论证，整个顶升施工合理、有效。没有对文物造成破坏坚持了“最小干预”原则。被业主及专家一致好评本施工工法已成熟。

2、工法特点

2.1节约人工、工期

兰州大学至公堂、观成堂修缮工程建筑面积720㎡，在大体量古建筑不落架顶升施工中，我单位仅用18日历天将至公堂木构架顶升了136cm，而且在顶升施工过程中将基础工程穿插施工，完成了顶升分项工程及基础分项工程的同时施工任务，比传统落架施工、顶升方法节约了40日历天工期，人工也大量减少。

2.2保证质量

顶升完成后经查验，分项工程所含的检验批均符合工程合格质量的规定，检验批质量验收记录完整。分部工程所含分项工程的质量均验收合格，质量控制资料完整。分部工程有关安全及功能的检验和抽样检测结果符合规范规定，观感质量验收合格。

原材料复试均进行了工厂和现场见证取样，并出具检测报告。各分部各分项工程质量均符合规范要求，质量控制资料完整，有关安全及功能的检验和见证检测结果符合规范要求。

2.3保证文物建筑結构安全及施工人员安全

本工程涉及到文物建筑结构安全及施工人员安全，顶升方案的各个环节以古建筑安全及施工人员的安全意识，在施工前制定相应保护措施。严格按照《中华人民共和国文物保护法》组织施工，没有对文物造成直接或二次破坏，在设计制作顶升架及脚手架搭设时，充分考虑到文物建筑结构安全及施工人员安全，作业平台提前考虑，保证了安全施工的特点。

3、适用范围

由于文物古建筑年代久远，随着周边城市发展、市政道路的修建、农田耕地、自然地面经长期雨水的冲击，建筑周边地面逐年升高。根据文物保护的原则“最小干预”和“不改变文物原状”的文物保护原则，整体抬升是比较合理有效的措施。不管是在城市中的文物古建筑，还是在荒野之中的古建筑，只要面临周边地面高，进行抬升措施的建筑都将运用这种工法，木构架整体顶升在古建筑维修中是一项不可或缺的工艺，安全、高效率的古建筑木构架顶升施工工法会周而复始的运用。

4、工艺原理

木结构建筑当出现周边地面比建筑地坪高，在没办法降低周边地坪或降低周边地坪代价比较大的情况下，采用一套合理有效保护古建筑结构榫卯的情况下，采用现代顶升设备将其建筑抬升，在顶升到设计标高后完成建筑基础施工及墙体、地面、屋面的施工。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

木构架顶升的工艺流程为：原建筑测量--支撑架荷载计算--支撑架设计制作--木构架束紧--打牮拨正--水平顶升检测仪器安装--第一次顶升--基础加固--第二次顶升--基础加固--柱顶石安装--支撑架拆除--下道工序。

顶升要点为水平整体顶升，每个观测点均水平安装在顶升区间位置，必须满足顶升完成前顶升检测需要;每个顶升的机械千斤顶按照口令同时发力，32台机械千斤顶水平顶升，观测人员及千斤顶操作人员协调一致;脚手架上的支撑人员随着木构架的升高，将木构架支撑牢固;达到预期顶升高度后所有柱子顶部进行统一加固，防止回落，在千斤顶拆除前要详细检查柱体回落系数1-5mm，回落的数量大于5mm应千斤顶重新加压，重新支撑加固。

每次顶升高度不能大于100mm，否则导致加固难度增加，千斤顶行程过高导致不稳定。

5.2操作要点

A.测量标记

对所有的梁面、柱头、柱脚抄平测量是否在同一水平面，标记原始柱位的沉降数据，以便在顶升过程中逐步矫正。测量标记所有檩架榫卯部位的脱落数据和榫卯的残损状况，逐一做好榫卯间隙的杂质杂物的清理工作，保证加固过程中更好的归位。

B.大屋架的束紧

对所有大屋架的轴线部位用紧绳器束紧，脱落或松动榫卯尽量归位，采用φ8的钢丝绳和花篮螺丝紧固。开始束紧时适当松开椽架和其他加固构件，在紧绳器与木构件连接部位作保护处理，采用柔性材料垫牢，再逐步收紧，收紧过程中做到协调统一。做到先梁架后檩架的顺序，准备麻绳和铁扒锔，归位后进行固定。

C.支撑架及基础制作

在支撑架制作前详细测量每个木构架的数据，计算出单个柱子所支撑的重量，根据计算的数据设计制作支撑架。

支撑架选用的材料钢结构栓接。柱子为4根直径120mm/4mm的圆钢管，支撑架顶部采用12#工字钢做成井口架。支撑架的构造剖面图（见图1），根据实际情况进行调整，要求所有支撑架柱位避开基础施工边线，以免基础施工时有合理的作业面。支撑架基础采用原有地面，柱根与原有砼地面螺栓连接。在原有砼地面上放出基础开挖线，地面按线切割后开挖。支撑架以木柱为单位形成独立的井架，屋架与支撑架的受力点（见图2），在所有梁底和额枋底，额枋和梁所有空隙必须垫实，以便于逐层受力均匀，否则造成单一构件集中受力。

D.柱网固定

在标高2.400m和3.600m平面上对柱网井字形固定，采用脚手架和扣件加固（见图3：井字形柱加固管A管加固平面图）。所有脚手架与木柱保留的间隙以便顶升不受阻，所有间隙准备木楔，随时固定。改造保护棚脚手架立杆，原有立杆落在屋架上，逐一换打在3.600m标高的水平架杆上，立杆不落地，保证地面施工作业面不受干扰。完毕后支撑架以屋架垫牢。

E.准备材料

准备垫墩，垫墩采用100mm厚450mm宽600mm长的松木。木材含水率25%以上。准备规格不一的木材随机使用，准备千斤顶40顶，起重量为20T。千斤顶钢板顶盖板顶盖400mm见方，厚10mm。千斤顶行程100mm，激光水平仪5台。

F.拆除柱顶石

待所有柱子的支撑重量转移到支撑架后，拆除所有柱顶石，步骤统一，逐一按顺序挖取。原有柱基础承载力良好，作为千斤顶顶升的基础。开挖柱基础至足够放置千斤顶和钢板顶盖。

G.安装千斤顶和激光水平仪

每个木柱底部安装一顶千斤顶，安装方法见图四。千斤顶底部垫垫墩，顶部安装钢板顶板，扩大受力面积和增强千斤顶稳定性。开间中部空旷地方安装激光水平仪，五台水平仪均能测到角柱，以便测量控制。

H.顶升

（1）第一次顶升每个柱位有一人负责操作千斤顶和测量工作。

统一口令和操作规程。首次活动顶升20mm，检查所有加固设施是否有异常，逐一排查确保无误后再次顶升20mm。在进行检查。首次完成100mm顶升。

（2）支撑架和梁架空隙部位安装垫墩，检查垫墩牢固稳定后千斤顶回油，再在千斤顶底部加垫墩，垫墩安装牢固稳定后逐步顶升，再顶升100mm后在支撑架与梁架部位加垫墩，重复操作顶升600mm后加固梁架和支撑架，做好固定。

（3）在重复顶升的过程中逐步矫正柱脚的高差，最终完成顶升前使所有柱脚水平，柱顶石在同一个设计标高上。

（4）在2.400m和3.600m标高处的水平杆和木柱进行锚固。检查全部支撑的牢固性。确保无误后进行下一道工序。

I.基础施工

取出千斤顶，基础按设计放线，按线切割砼地面，开挖至设计标高，基础按设计施工图作业，基础施工至原有地面以上600mm时做回填土施工，按设计要求基础施工到原有地面600mm时停止基础作业。

J.再次顶升

再重复顶升作业工序。顶升至设计标高时停止顶升，加固支撑架和屋架。检查全部支撑的牢固性。确保无误后进行下一道工序。按基础设计要求进行剩余部分基础施工。

K.安装柱顶石

基礎顶部预留50mm厚的砂浆垫层，柱顶石摆放就位，放出柱顶石的十字线并在柱根部做好标记，顶升柱顶石后在柱顶石底部做干硬性膨胀水泥砂浆，待砂浆达到一定强度后再一次检查全部柱顶石，检查柱顶石是否坐实，达到设计强度后松开垫墩。进行最终测量。达到设计要求后进行下道工序的施工。

6、材料与设备

7、质量控制

重视做好施工准备工作，以利工程有序而高效进行，开工前及时组织技术人员熟悉顶升要点，参加集体培训，认真进行方案优化，确定合理而先进的施工方案，同时结合工程特点和现场条件进一步编制作业指导书，保证施工过程质量控制严密而有序进行。

每个参加顶升工程施工人员根据单位工程中关键的、复杂的、特殊的分部工程或分项工程进一步详细领会作业指导书，并负责向作业班组进行交底，对分项中的关键、主要、一般的工序分别设置停工待检点、书面见证点，全过程实施质量监督。

认真做到施工区域测量坐标和标高控制点的保护和复测工作，做到定期检查和随机检查相结合，并作好记录，以确保工程控制点的正确性，严格按设计和规范进行。

施工作业中，施工人员要认真操作，随时自检。每日收工和完成一个分项工程后，由班组长组织自检、互检，发现质量问题，及时纠正或处理。

认真对待每道工序、每个环节进行监督检查，重点做好：

测量定位及顶升标高准确，各个环节符合设计要求。

8、安全措施

（1）牢固树立安全第一的思想，认真贯彻遵守《安全操作规程》严格执行建设部颁布的相关标准的有关规定，成立以公司经理、项目部、班组主要领导成员为主的三级安全管理体系，全面负责工地安全管理的领导、监督、检查、指导工作。

（2）建立24小时巡查值班制度，发现隐患及时向项目部反映。

（3）施工人员持证上岗，禁止非工作人员在现场游览，严格按施工操作规程施工。

（4）所有车辆、机械设备不得带病作业，机械设备使用时要按时检查，严禁非专业人员操作。

（5）各种原材料、器械在施工间歇时要定位放置、专人看管，以防被盗。

（6）严格按《中华人民共和国消防条例》的规定，在施工现场建立和执行防火管理制度，消防设施设置符合消防要求，并保持良好的备用状态。

9、环保措施

（1）认真学习合作市有关环境保护、道路设施保护、防止环境污染、施工现场管理等规定和文件，制定相应的措施和办法，并贯穿于施工全过程。

（2）将环境保护纳入施工管理，安排专人负责。

（3）对于施工场地周边的设施进行保护，使用临时用地，合理规划，珍惜每一寸土地，切实做到不乱弃废物。施工中认真做好防护工程。

（4）弃土、弃碴、排污等按设计文件办理，并与当地环保等有关部门签订协议，按规定进行处理。

（5）施工中的建筑垃圾、机械油污、生活污水、生活垃圾等事先合理规划排放处理地点，不得污染当地水源与环境。

（6）随着工程进度的推进，及时清理施工现场，尽量维持现有渠道、道路畅通，派专人在施工现场、施工道路上洒水和清扫，防止扬尘;保护生态平衡。

（7）采取有效措施控制现场的各种粉尘、废气、污水、固体垃圾及噪声振动对环境的污染和危害，不在现场燃烧各种有毒的物质，尽量不在夜间组织带有噪声的作业。

（8）顶升工程完工后，清除各种垃圾、废油、废渣。对临时用地进行恢复工作。

（9）施工场地设置必要的临时围栏、平交路口、大门口设置明显的标志，使施工场尽可能自成一体，以减少和外界的相互干扰。

10、效益分析

10.1节约工期

采用这种工法进行古建筑木构架的整体顶升，有利于按预定工期完工。兰州大学至公堂修缮工程建筑面积604.06㎡，在大体量古建筑不落架顶升施工中，我单位仅用18日历天将至公堂木构架顶升了136cm，而且在顶升施工过程中将基础工程穿插施工，完成了顶升分项工程及基础分项工程的同时施工任务。

10.2操作简单、节约开支

采用这种工法进行古建筑木构架的整体顶升，施工人员工种广泛，有利于施工人员的配置;节约了施工开支，所用顶升材料在施工时可以重复利用，有利于项目财务开支。

结语：

我公司使用的古建筑木结构整体顶升工法，2015年顶升了至公堂和观成堂，至公堂顶升604.06㎡，观成堂顶升395.8㎡，均抬高136cm，已成为成熟的先进工法。随着时间的推移，古建筑遇到周边地面升高的越来越多，该工法在以后的古建筑整体顶升施工中会广泛使用。

参考文献：

[1]陈志华.文物建筑保护的方法论原则[J].中华遗产，2005，（3）.