《结构鉴定与加固改造》第八讲 · 建筑物移位关键技术发展及扩展应用
2026-10-25 课程笔记
0 本讲定位
- 移位本应单独占用一次连排课，因课时被压缩，与第 7 讲 建筑加层改造挤在同一天讲完；本讲按原主题独立成篇
- 移位与增层本质相同：都是在既有建筑上"做加法"或"做移动"，靠的都是托换、切割、地基加固、同步位移控制这几项专项技术——上一讲的底部顶升加层，已经是移位技术的直接应用
- 结课前的案例回顾已单独整理成《考前案例回顾 · 13 个考点案例逐个讲透》，考前以那一篇为主线
【考点】本讲最重要的一个直接问答题：建筑物整体移位技术包括哪些子技术（见 §1.4 六项）。其余落在"托换的研究发展方向"“移位路线分类"“扩展应用领域与各自的技术组合”。
1 移位技术的特征、层级与分类
1.1 特征
定义： 建筑物整体移位技术是一套由多项关键技术集成的综合建筑物改造技术。
- 最突出的特征：技术集成、综合
- 组成它的专项子关键技术的发展，决定了移位技术的发展
- 关键子技术的发展与再集成，起承前启后的枢纽作用
子技术 1…i…n 发展 → 再集成 → 综合技术
↑
他领域子技术 ┘ → 新领域综合技术
1.2 技术层级建议
| 层级 | 名称 | 例 |
|---|---|---|
| 一级 | 综合技术 | 建筑物移位技术 |
| 二级 | 专项子技术 | 托换技术、位移控制技术… |
| 三级 | 基础性专业技术 | 界面处理技术（凿毛、植筋、切割）、减小摩擦系数技术… |
【对照】结构鉴定层级为构件 → 子单元 → 鉴定单元，思路一致。绪论把改造技术分成"做减法（切、钻、挖、断）“与"做加法（接、粘、预应力…）“两大类，正是三级基础性专业技术的归类。
1.3 按移位路线分类
| 类别 | 形式 |
|---|---|
| 水平方向 | 直线平移、水平旋转（厦门后溪汽车站）、折线平移、斜线平移 |
| 竖向 | 顶升——移位方向为原位竖向顶升，同样属整体移位技术 |
| 倾斜 | 建筑纠偏——可理解为建筑物的竖向旋转，也是一种整体移位技术 |
【易错】顶升和纠偏都算整体移位技术。只把"平移"当移位是常见漏答。
1.4 六项关键子技术
① 结构托换技术（构造、界面处理、机理）
② 临时性地基处理与轨道基础技术
③ 结构切割分离技术
④ 移动设备装置
⑤ 移动过程中的姿态监测监控技术
⑥ 就位连接技术
2 结构托换技术的发展
托换结构包括柱托换节点和水平托换框架，本质仍是改变荷载传递路线（与第 6 讲的托换技术一脉相承）。
2.1 方向一：大荷载柱托换
措施：增大界面、增加植筋、施加预应力
| 工程 | 托换荷载 | 特征 |
|---|---|---|
| 深圳地铁 1 号线 | 18000 kN | 托换节点包住原承台，节点高 5.25 m，新旧砼界面开槽、加锚（植）筋并施加预应力 |
| 山东莱芜开发区办公大楼平移 | 单柱最大 11770 kN | 悬臂长度 900 mm，节点最高约 2.2~2.5 m |
| 福建濠景大厦平移 | 最大 8900 kN | 分荷托换（大跨度）：柱跨 9 m，同一托换结构承担两次旋转 + 一次纵向平移；下柱用分合装置 |
2.2 方向二：提高界面托换效率
| 措施 | 效果与数据 |
|---|---|
| 预应力 | 凿毛深度 6~10 mm；总预压力 15 t，提高承载力约 40%，折算名义摩擦系数 4.3。条形（四点）支座条件下效果大为下降，预应力系数 1.6 |
| 倾斜面切割 | 倾斜角增大 → 在抱柱梁未剪切破坏条件下承载力提高；但抱柱梁底部压应力增大，会在下部拉裂、裂缝向上发展直至不收敛 |
| X 交叉筋 | 无凿毛条件下不同角度与根数试验：延性好、托换效率高、滑移变形小、施工简单 |
| 单向凿毛 | 界面参数与剪切滑移性能关系的定量研究 |
2.3 方向三、四：可拆卸式与机理研究
可拆卸（装配）式节点关键问题：预应力大小与受剪承载力的关系、增大界面摩擦的方法或垫层材料、周边压应力分布。试验现象：几乎没有耗能能力，最后滑移 2~4 mm（理想希望控制在 1 mm）→ 若能结合倾斜面就很理想。机理研究则对比无植筋界面与有植筋界面在低周反复荷载下的滞回性能。
2.4 整体受力分析与发展方向
- 平移分推力系统托架与拉力系统托架两种计算简图；旋转受力更复杂（濠景大厦建模时每个力的作用方向都不一致）
- 最不利状态：加荷不平衡、顶推千斤顶失稳、牵引钢索崩断——分析时把计算简图中对应的铰支座去掉再算
| 研究方向 | 内容 |
|---|---|
| 多功能 | 兼双向限位——做一个托盘、挖两个洞，用竖墙同时充当限位装置与滑移/顶升轨道 |
| 高托换效率 | 大荷载、高效率 |
| 可重复利用 / 机械化 | 装配式、施工装备化 |
| 偏心托换 | 托换轴线与柱轴线偏心 |
| 托架结构优化设计 | 见 §3.3 一体化优化 |
| 文物建筑托换 | 温州叶宅：石鼓墩（柱础）下面那块石头只要露出地面以上就属保护范围，不能改外观、不能改结构体系与材料 → 只能在下面做包住墩身的托换节点，利用两个空腔施工托换梁，组成整体托换结构 |
【易错·安全】民间”无知玩命托换法"——完全不管稳定性地做托换与顶升。历史上顶升过程中出过两起事故，每次 20~30 人被砸、房屋垮塌。托换结构是移位与顶升工程的成败关键，绝不能省。
3 移位工程地基处理与轨道基础技术
3.1 软土地基处理
方法：静压预制桩（方桩、管桩、木桩）、水泥土搅拌桩、粉喷桩、夯实石灰桩与水泥土桩、换填压实，必要时辅助降水。
与新建建筑软基处理的两个区别： ① 施工操作空间受限；② 既有建筑下锤击、振冲等振动过大的方法不可行、不可用。
3.2 轨道基础形式
| 形式 | 适用 | 备注 |
|---|---|---|
| 条形基础、型钢混凝土组合条基 | 常规 | 安庆商住楼 |
| 枕木铁轨（槽钢） | 小型建筑物、箱梁 | 省钱，整木轨道也可用 |
| 平板滑道 | 大吨位平移 | 温州工程用大平板 |
| 碗型滑道（球铰） | 桥梁平转 | 见 3.4 |
钢轨道省钱（文昌清水湾采用），但刚度小、一旦侧移误差就大——该工程施工期间就出现偏转，为此专门开了专家咨询会，最后处理得比较好。
3.3 发展方向
（1）一体化优化设计：把移动路线、地基、轨道、上托架、移动支座布置统一优化，可取得功能与经济的优化。
托架刚度大 + 移动支座密布 → 轨道刚度可以小 → 对地基承载力要求低
移动路线多轴共用 → 减少总轨道量
（2）平板轨道：优点——施工简单、利于荷载扩散、对地基承载力要求低、减少脱轨风险，对旋转平移与长距离平移优势突出；缺点——摩擦系数大、对平整度要求高、操作空间受限。待研究：摩擦系数、局部变形的影响、操作空间开洞。
（3）文物建筑的钢箱梁盾构法——顶管：有些古建筑连基础下三七灰土台座都属保护范围，轨道只能往下走。武当山遇真宫山门顶升的滑道即如此；定陶汉墓先把墓体包起来，在其下两三层土中挖洞、间隔加入顶管，作为轨道或顶升的反力基础。
3.4 桥梁平转（球铰）案例
某高铁线路旁的桥梁，常规搭满堂脚手架的方法不适用——高铁以 300 多 km/h 通过时带起的风非常大，线路下不能搭架，必须预留足够大空间。做法：
平行于铁路线，在线路两侧各建桥 → 达到强度 → 选夜间高铁停运窗口（约凌晨 2~5 点）
→ 花 2~3 小时把两侧桥段各旋转一次 → 对接
构造：下部做倒扣锅形、顶部做球铰、接触面涂润滑剂作为旋转面，其上再做墩身。旋转中心在中间、力臂很小，侧面稍加推力即可转动；下边的滑道不是受力件，而是保护装置（防倾覆、防水平位移）。
4 切割分离、移动设备与同步控制
4.1 切割方法
| 方法 | 特点 |
|---|---|
| 人工与风钻凿除 | 成本低，便于钢筋端部预留 |
| 机械 | 取芯机、轮片机、绳锯（线切割） |
| 高压水切割 | 静力切割 |
（切割与钻芯技术第 5 讲已专章讲过。）
4.2 移动设备系统
移动支座 + 上下轨道垫板 + 移动动力设备 + 反力支座
| 移动支座类型 | 具体形式与注意 |
|---|---|
| 滚轴 | 钢管、实心钢棒、钢管混凝土、工程塑料、气囊 |
| 滑动支座 | 塑料滑块、钢管混凝土滑块、石墨（摩擦系数很小但磨损严重） |
| 悬浮顶（聚四氟乙烯板 + 千斤顶） | 能良好适应沉降差较大的情况、确保上部结构安全；缺点是移动距离长时四氟板贴钢板容易滑脱，滑脱后支座需更换 |
| 滚珠 | 民间做法（河南太康农民，2011），只适合小房子 |
轨道垫板摩擦副： 钢—钢、不锈钢—钢、聚四氟乙烯—钢（涂油或不涂油）、高压空气（气囊、气垫车）。气囊即船坞下水用的高压橡胶气囊，可推移可旋转（山西襄汾"锣鼓之乡"雕塑气囊整体平移，2012）。
运输装备： 平板气垫运输车（芬兰，向下打压缩空气形成气悬浮，最大运重 300 t、气压 0.4~0.8 MPa，仍属实验室阶段）；液压遥控自行式多轮平板运输车（SPMT 模块车）——最早荷兰、德国生产，我国已能生产世界最大吨位（苏州 2500 t），上下平板与轴数可自由组合，港珠澳大桥预制桥梁段与钢箱梁即用多组模块车运输，最多可达一万多吨。
动力设备： 千斤顶、卷扬机、平板车、拖车、拖船，现在还有自行式。反力支座： 固定式、可移动式、嵌插组合式。抬升装置： 机械顶升、提升、爬升、气压顶升（桶仓类从下边分段施工，顶高后接长、慢慢升高）。
步履式行走器： 给建筑物"装上脚”——两套行走机构交替顶升、横移、回落，逐步把整栋建筑"走"过去，目前在国内外都引起轰动。
当时尚需研究的问题： 旋转平移方向控制、旋转轴力学分析、辅助限位与精确定位就位（含浮运）、气垫运输。（约 2020 年以前提出的，现在多数已解决。）
4.3 位移监测监控与就位连接
PLC 自动位移控制系统（2004 年前后引入土木工程后发挥了重要作用）：
- 控制方式：逐点控制、分区控制；同步控制精度可达 0.1 mm，工程上通常按 0.5~1 mm 的阈值控制
- 传感与测量：拉线式传感器、测位仪等
- 基点变形问题：水平、竖向双向位移控制时，测量基点自身也会变形/沉降，必须消除——平移、顶升、盾构施工中均存在该问题
- 发展方向：① 全自动主动控制；② 基点变形问题的解决
就位连接： 问题是同一界面的钢筋被切断；措施是钢筋搭接锚固满足要求，或用隔震连接降低内力、增大承载力富余度。
发展方向总结：
托换 ：新形式（可重复利用、偏心、大托换荷载、小尺寸）；托架结构优化设计；机理参数完善
轨道 ：板式滑道设计参数
移动系统：旋转工程动力转向控制装置；旋转轴支座优化与不利工况内力分析；气垫、滚珠、平板车运输、浮运
位移控制：全过程自动化控制；监测基点沉降自动消除技术
5 移位技术的扩展再集成应用（6 个领域）
常规技术经过扩展与再集成，可用于下列领域——每一项都是 §1.4 六项关键子技术的不同组合。
| 领域 | 集成技术 | 代表工程 / 数据 |
|---|---|---|
| ① 既有建筑空间开发（地上、地下、大空间、增层） | 局部切割 + 托换 + 地基加固 + 顶升 + 位移同步控制 + 就位连接 | 南京博物院顶升（详见第 7 讲）；第三代智能车库（需直径约 20 m 空间、单车位成本约 20 万元、8 层以内、存取车可压缩到 45 秒） |
| ② 既有建筑性能提升（隔震加固、朝向优化、通航净空加高） | 局部切割 + 托换 + 地基加固 + 隔震连接 + 顶升 | 南京长江大桥顶升方案：现通航净空仅 15 m、只能过 3000 吨级船，而南京至武汉有 10 个月以上需过万吨级码头，夏季丰水期净空最小；澳洲旋转房屋（每隔一两周转 90°，让每间宿舍都有南向采光，新型圆形平面住宅由此诞生） |
| ③ 地铁盾构穿越时的既有建筑物托换保护 | 地基处理 + 主动托换 + 顶升 + 就位连接 + 切割断桩 | 盾构穿越桥梁桩基、建筑物桩基；广州地铁 13 号线 |
| ④ 结构预制、移位建造 | 托换 + 平板车运输 + 浮运 + 分段组装 + 就位连接 | 荷兰 Shiedam（2000.10）：厂区内建好 10 层钢结构办公楼含装修，装驳船，海上平移 15.5 海里、陆上 1500 m，两三个月竣工投用；航母分段建造、拼装节段；上海虹桥机场维修机库屋盖钢网架整体提升（150 m×90 m） |
| ⑤ 损伤结构局部平移置换 | 托换 + 平板车运输 + 切割 + 拼装连接 | 北京三元桥置换（2015.11.13）：新梁长 55.4 m、宽 44.8 m、9 片钢箱梁、总重 1300 余吨，置换原 1600 吨旧箱梁，43 小时完成 |
| ⑥ 纪念性（含文物）建筑保护性开发 | 在保护中开发、在开发中保护 | 福州泛船浦教堂整体平移；哈尔滨老建筑把外墙整片切下保护、新建筑建完再贴回；苏州苏纶厂改造（50 年代房屋历史风貌保护） |
5.1 课堂录像案例
| 工程 | 要点 |
|---|---|
| 海南文昌鲁能清水湾综合体迁移 | 离海岸太近，海岸 50 m 范围内不允许有建筑，需后退。总建面 6243.60 m²、总高 12.5 m、无地下室、柱下独立基础。工序：土方开挖 → 室内微型桩、室外桩 → 托换结构 → 室外下滑道；除平移外还要抬升与旋转，总抬升 5 m 多、分两次抬升 |
| SPMT 模块车车载平移 | 模块车直接伸到建筑下方载着走，整体平移 60 多米；目前国内单体建筑面积最大的车载移位工程 |
| 步履式行走器 | 给建筑物装上"脚”，两套行走器交替动作 |
| 厦门后溪汽车站 | 水平旋转路线的代表 |
6 复习要点总结
必背知识点：
- 移位的定义与最突出特征：由多项关键技术集成的综合改造技术；子技术的发展决定移位技术的发展
- 技术三级层级：综合技术（一级）/ 专项子技术（二级）/ 基础性专业技术（三级）
- 六项关键子技术（直接问答题，见 §1.4）
- 按路线分类：水平平移（直线、水平旋转、折线、斜线）、竖向顶升、纠偏（竖向旋转）
- 托换四个研究方向：大荷载柱托换、提高界面托换效率、可拆卸式、机理与低周反复荷载性能
- 托换结构最不利状态三条：加荷不平衡、顶推千斤顶失稳、牵引钢索崩断
- 托换发展方向七条：多功能（双向限位）、高托换效率、可重复利用、机械化、偏心托换、托架优化设计、文物建筑托换
- 既有建筑软基处理的两条限制：操作空间受限；锤击、振冲不可用
- 轨道基础四形式：条基/型钢混凝土条基、枕木铁轨、平板滑道、碗型滑道（球铰）
- 移动设备系统四组成：移动支座 + 上下轨道垫板 + 移动动力设备 + 反力支座
- PLC 同步控制：逐点/分区控制，精度 0.1 mm 级、按 0.5~1 mm 控制；须解决基点变形问题
- 就位连接：同一界面钢筋切断 → 搭接锚固满足要求；隔震连接降低内力、增大富余度
- 扩展再集成六大领域及各自的技术组合
重要案例：
- 深圳地铁 1 号线（18000 kN 桩基托换，节点高 5.25 m）
- 莱芜开发区办公大楼平移（单柱 11770 kN）、福建濠景大厦平移（8900 kN，分荷托换，两次旋转 + 一次纵向平移）
- 温州叶宅（文物建筑托换）、武当山遇真宫山门 / 定陶汉墓（保护范围内的顶管轨道）
- 桥梁平转球铰（高铁停运窗口 2~3 小时转体对接）
- 北京三元桥 43 小时局部置换（1300 余吨新箱梁换 1600 吨旧箱梁）
- 海南文昌清水湾（平移 + 抬升 + 旋转三合一）、厦门后溪汽车站（水平旋转）
易错点提醒：
- 顶升与纠偏也算整体移位技术，不是只有平移
- 文物建筑：露出地面以上的部分都在保护范围内，不能改外观、不能改结构体系与材料
- 桥梁平转中滑道是保护装置、不受力，受力与转动靠球铰
- 既有建筑下换填压实可用，锤击、振冲不可用（振动过大）
- 装配式托换节点的问题：耗能能力差、上下滑移大（2~4 mm，理想 1 mm）
- 倾斜面切割虽提高承载力，但抱柱梁底部压应力增大、会拉裂不收敛——不是角度越大越好
- 平板轨道对地基承载力要求低、减少脱轨，但摩擦系数大、平整度要求高
- 钢轨道省钱但刚度小、侧移误差大（文昌工程因此偏转）
- 测量基点自身会沉降，不消除则同步控制越调越偏
可能考题形式：
- 简答题：建筑物整体移位技术包括哪几项子技术；托换结构的研究发展方向；移位技术可扩展应用到哪些领域、各处集成哪几项子技术
- 选择题：给工程描述判断属于哪种移位路线；判断某项地基处理方法能否用于既有建筑；移动支座/摩擦副形式辨析
- 案例题：三元桥 43 小时置换（局部平移置换集成技术）；南京博物院顶升（三项改造内容 + 空间分层尺寸，见第 7 讲）