1 工程概况

龙溪塔位于安徽省宣城市，坐落在水阳江东岸，建于宋开庆元年（公元1259年），距今已有750余年，高约22m，占地面积约20m2，为七层六边形砖木结构，青砖条石基础。龙溪塔每面有砖券拱门，木质飞檐翘角，檐下叠涩与菱牙交替出跳，翘角下挂铜质风铃，塔刹由覆钵承露盘、五重相轮、宝珠、旺链组成，是六边形砖木混合楼阁式塔的典型代表，对研究当时塔的建筑风格和建筑技法有着重要意义。龙溪塔外观如图1所示。

图1 龙溪塔外观

由于龙溪塔所处地段的水阳江需要拓宽治理，水阳江东岸卫东圩堤需平均退堤约50m，退堤后龙溪塔势必会被水阳江淹没，为对龙溪塔进行保护，将水阳江东岸卫东圩堤与龙溪塔塔体分离，保持一定距离，去除大堤对塔体的压力作用，防止大堤上过往车辆对塔檐造成损害，对龙溪塔向东北方向平移129m，以最大程度地保护龙溪塔，整体平移示意图见图2。

图2 龙溪塔整体平移示意图

从安徽省宣城市宣州区文物局获悉，位于宣城市宣州区狸桥镇宝塔村附近的古塔龙溪塔于2013年3月24日成功迁移至其原址的东北方向129m左右处，为国内首例成功实施的古塔平移工程。

2 防倾覆加固系统设计

为确保龙溪塔移位安全，采用“穿靴披衣”的新型防倾覆加固系统对龙溪塔进行保护，“穿靴”即采用钢筋混凝土保护筒对塔体基础进行保护，“披衣”即采用钢结构主动施力支撑系统对龙溪塔上部结构主体进行保护。

2.1 钢筋混凝土保护筒

采用钢筋混凝土内、外保护筒对龙溪塔基础进行加固，具体做法见图3。

图3 钢筋混凝土内、外保护筒

平移就位后，保留内保护筒及外保护筒地下部分，对基础起永久性保护作用，拆除外保护筒地上部分，恢复塔体外观，室内、外地坪以上部分与墙体之间垫柔性薄膜，以方便就位后拆除保护筒。混凝土保护筒的施工与拆除见图4。

图4 混凝土保护筒施工与拆除

2.2 钢结构主动施力支撑

主动施力支撑体系是指转自：建筑结构-公众号在承受外荷载之前，预先主动对其施加预紧力，提高其整体性，改善其受力性能，保证其在托换及平移过程中安全性的一种空间连续钢支撑桁架，其与转自：建筑结构-公众号采用柔性材料扩大接触面进行连接，避免了对建筑造成局部损伤。在龙溪塔整体平移前，在塔内、外构建钢结构主动支撑体系，见图5，6。

图5 龙溪塔加固立面图

图6 龙溪塔加固平面图

如图5，6所示，在塔体内侧，由塔心柱和垂直支撑（CC1，CC1a，CC2）组成空间连续桁架；在塔体外侧，每边桁架单元由斜柱、直柱、垂直支撑（CC3，CC3a，CC4，CC5）和水平支撑（SC1，SC2）组成，通过垂直支撑（CC6，CC7）和水平支撑SC3连接形成空间连续桁架。塔外直柱与斜柱、支撑CC1a、支撑CC3a采用槽钢［20a，塔心柱采用工字钢I22，其余构件均采用等边角钢L75×6，各钢支撑详见图7。塔心柱、外侧斜柱及直柱采用螺栓与托换底盘进行连接。

CC1，CC3为顶紧内撑，CC1a，CC3a为顶紧外撑，沿塔体避过檐角隔层设置，对墙体洞口薄弱部位进行重点保护。顶紧外撑沿塔体封闭形成整体，在托换与平移之前，通过旋转内、外两层支撑间的顶紧螺栓，借助空间连续桁架提供反力，使内外两层支撑相互顶紧，形成稳定的空间结构受力体系，以达到加固塔体的目的。

图7 钢支撑布置详图

通过在顶紧内撑（CC1，CC3）内侧设置柔性织物层及木条，扩大接触面，避免刚性接触，以保护龙溪塔在受到扰动时不发生局部接触破坏。顶紧螺栓处节点做法详图见图8，9。

图8顶紧螺栓处节点做法详图

图9顶紧螺栓现场照片

3 有限元模型

本文采用将砂浆和砌块作为一个整体来考虑的整体连续体模型（图10），在用ANSYS软件进行有限元分析时，古塔塔身材料、托换底盘和保护筒采用Solid65单元，钢架采用Beam188单元，塔身围箍采用Solid186单元。钢架与塔体、保护筒与塔体之间采用面面接触，接触单元采用Targe170单元和Conta174单元。

图10 有限元模型

4 防倾覆有限元分析

平移防倾覆计算包含两方面的内容：一是塔体不能发生整体倾倒，由于对文物塔体移位在国内外均属首次，所以要有足够的抗倾覆安全储备，以安全系数K≥5来控制；二是由于古塔材料强度较差，认为其不抗拉，即假设塔体一拉就坏，不允许塔身出现拉应力。

4.1 不采取任何措施时塔体抗倾覆

在各荷载作用下，龙溪塔竖向应力云图如图11所示，从图11中可以看出，塔身底部出现拉应力，最大为44.58kPa＞0。考虑到塔体一拉即坏，故需对塔体进行加固保护。

沿轨道方向的位移如图12所示。从图12可以看出主体结构顶点位移是13.61mm。经计算塔体抗倾覆力矩为5 528kN·m，倾覆力矩1934kN·m，安全系数为K=5 528/1 934=2.86＜5，倾覆安全储备不足。

图11 不采取任何措施时龙溪塔竖向应力云图/Pa

图12 不采取任何措施时龙溪塔沿平移方向位移/m

4.2 “穿靴披衣”后塔体抗倾覆

增设混凝土保护筒及钢结构主动施力支撑系统后，塔体总重增加了10%，在各荷载作用下，龙溪塔竖向应力云图如图13所示，从图13中可以看出，除塔檐等自由表面外，塔身不出现拉应力。

沿轨道方向的位移如图14所示。从图14可以看出主体结构顶点位移是6.23mm，相比不采取任何措施减小了约54%。

抗倾覆力矩为31 246kN·m，倾覆力矩为3 574kN·m，安全系数为K=31 246/3 574=8.74＞5，相比不采取任何措施增大了3.0倍，安全储备足够。

图13“穿靴披衣”后龙溪塔竖向应力云图/Pa

图14“穿靴披衣”后龙溪塔沿平移方向位移/m

5 结论

龙溪塔平移过程中采用的新型防倾覆系统设计具有以下特点：

（1）新型防倾覆系统由下部钢筋混凝土保护筒和上部钢结构主动施力支撑体系组成，采用柔性接触与塔体进行接触，避免了接触破坏。

（2）新型防倾覆系统是一种可拆卸的加固装置，平移过程中对塔体进行保护，移位工程结束后可以拆除，不会改变塔体外观。

（3）保护筒可优化塔体基础受力状态，扩大塔体底盘，提高塔体抗倾覆能力，实现塔体带基础平移。

（4）钢结构主动施力支撑体系可预先主动对塔体施加预紧力，提高塔体整体性，改善塔体受力性能；其拆卸方便，可在场外组装，节省工期。

通过有限元分析，采用新型防倾覆系统后：1）塔身不出现拉应力；2）塔体顶部位移减小约54%；3）实现抗倾覆安全系数K提高了3.0倍。

通过采用上述新型防倾覆体系，顺利实施了古塔平移，其适用于高耸文物建筑移位，为类似移位工程提供了参考和借鉴。

部分施工照片：

钢支撑施工中（来源：作者提供）

钢支撑完毕（来源：作者提供）

塔体平移（来源：宣城新闻网）

塔体平移所用滚轴（来源：宣城新闻网）

平移到位（来源：作者提供）

更多内容详见2016年《转自：建筑结构-公众号》杂志第5期加固改造专辑中的文章：《龙溪塔整体平移过程中新型防倾覆系统分析》，作者：商冬凡1,2，王铁成1，杨志锋3，卢明3；单位：1天津大学建筑工程学院；2 河北省建筑科学研究院；3 河北建研科技有限公司。

《转自：建筑结构-公众号》杂志社于2016年3月24~25日在昆明举办的“城市化进程中既有建筑检测鉴定与加固改造技术交流会”中特邀河北省建筑科学研究院副总工程师商冬凡针对本项目进行了题为《古塔移位关键技术研究》的主题报告，点击此处查看详情。

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