馬 輝
1. 上海外高橋集團股份有限公司森蘭置地分公司 上海 200137;
2. 上海城市非開挖建造工程技術研究中心 上海 200433
背景工程位于上海浦東新區(qū)森蘭外高橋D1-4地塊,北鄰洲海路,西鄰張楊北路。場地西北側(cè)為軌道交通6號線高架區(qū)間,西南側(cè)距6號線洲海路站約100 m(圖1)。工程總用地面積51 073 m2,總建筑面積293 602 m2,其中地上建筑面積205 477 m2,地下建筑面積88 125 m2。工程擬建設2棟集餐飲、商業(yè)、辦公于一體的商業(yè)辦公綜合體,地上塔樓17層,高80 m;地上裙房4層,高25 m;地下結(jié)構2層。工程建成后將成為森蘭外高橋地區(qū)標志性建筑。
本工程主樓采用內(nèi)筒外鋼框結(jié)構,總用鋼量達16 000 t。辦公樓A核心筒外設42根勁性外框柱、辦公樓B核心筒外設40根勁性外框柱,外框柱內(nèi)的勁性鋼柱為十字型鋼,從基礎底板延伸至屋頂(-12.10~79.10 m),最大鋼柱截面為不對稱十字型鋼1 000 mm×350 mm×28 mm×28 mm/500 mm×150 mm×20 mm×28 mm。主樓樓面鋼梁為H型鋼,最大鋼梁截面H1 500 mm×300 mm×25 mm×30 mm,相對應的鋼梁最大跨度13 m。
圖1 基地平面
裙房主要為鋼框架結(jié)構,框架柱主要為十字勁性鋼柱,型鋼截面統(tǒng)一為400 mm×150 mm×16 mm×24 mm。裙房樓面鋼梁為H型鋼,最大鋼梁截面H1 400 mm×300 mm×24 mm×36 mm,與之相對應的鋼梁最大跨度為18 m。
基坑總面積約44 200 m2,總延長約為1 028 m,普遍開挖深度11.85 m,地下2層。本工程采用順作法施工,采用排樁結(jié)合止水帷幕進行圍護,基坑水平向設置2道水平支撐系統(tǒng)。工程以2座塔樓與中間4層裙樓的界線為分區(qū)線,將基坑由北向南分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū),土方總開挖量約530 000 m3。
本工程基坑大且深,開挖土方量巨大,容易造成揚塵污染;基坑鄰近地鐵高架線,環(huán)境保護要求高;工程高峰期施工人數(shù)達1 400人,管理難度較大;工程所需要的各種材料數(shù)量巨大,進出管理困難大。
原地下室外墻節(jié)點中厚50 mm擠塑聚苯板(XPS)外側(cè)需砌筑厚90 mm普通混凝土小型空心砌塊保護層。經(jīng)研究并征得設計同意后,取消了小型空心砌塊保護層。通過該節(jié)點的優(yōu)化,節(jié)約費用約13萬元。
根據(jù)設計圖紙,地下室外墻后澆帶外側(cè)先設置厚240 mm砌體磚胎膜,再施工附加防水層。經(jīng)研究并征得設計同意后,取消了磚胎膜,直接用木模代替,與旁邊外墻模板一致。在拆模之后,再統(tǒng)一做外墻防水。通過該節(jié)點的優(yōu)化,不僅解決了無施工操作面的問題,還節(jié)約了砌體材料,并且在工序搭接上更合理,節(jié)省了約10 d工期。
本工程共設置4臺重型塔吊,塔吊位于基坑內(nèi)。通過對塔吊基礎承載力、抗傾覆、配筋及相關計算,調(diào)整基礎的尺寸及配筋,將塔吊基礎埋入大底板中,與底板共同受力,經(jīng)與設計的多次協(xié)調(diào)、復核,最終確認重型塔吊基礎做于大底板中的施工方案。該方案在安全可靠的前提下,為工程節(jié)約了混凝土約320 m3、鋼筋35 t,節(jié)約成本約23萬元。
根據(jù)設計圖紙,本工程地下室四周回填材料為級配砂石。經(jīng)研究并征得設計同意后,用綠色環(huán)保的混凝土再生料來替代級配砂石,混凝土再生料回填的相關參數(shù)按照回填砂相關參數(shù)執(zhí)行。此項回填土優(yōu)化方案可推廣并實現(xiàn)混凝土支撐破損料的回收利用,有一定的推廣價值。
承臺頂面所實配鋼筋小于柱墩最小配筋時應予以補足,補足方式為等面積等效代換,代換時板的附加鋼筋一并考慮,可節(jié)約鋼筋20 t,節(jié)約成本約6萬元。
底板鋼筋施工中,以往鋼筋支架上的水平鋼筋照常布置。我們在施工規(guī)范允許的情況下,鋼筋支架水平鋼筋利用板筋代替,可節(jié)約鋼筋75 t,節(jié)約成本約22萬元。
分區(qū)樁節(jié)點處,原設計為3個區(qū)中板結(jié)構均需頂至分區(qū)樁,在分區(qū)樁拆除時需將3個區(qū)的中板結(jié)構鑿開1 m并將鋼筋剝出來后進行結(jié)構補缺。
經(jīng)研究并征得設計同意后,對該節(jié)點進行了優(yōu)化,B區(qū)中板不再頂至分區(qū)樁,而是將結(jié)構補缺部分進行鋼筋的預留。
通過該節(jié)點的優(yōu)化,可以避免對B區(qū)中板的鑿除,避免了噪聲及揚塵污染,并且大大節(jié)省了工期及費用,節(jié)約工期約20 d、費用約10萬元。
1)本標養(yǎng)室基于標準集裝箱改裝成試件養(yǎng)護室,實現(xiàn)混凝土養(yǎng)護室的便于移動、標準化和在施工項目之間的運輸。
2)采用光伏發(fā)電供電技術,充分利用太陽能資源,節(jié)能環(huán)保。
3)采用噴霧養(yǎng)護,節(jié)約水資源。
4)通過溫濕度控制器和溫濕度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)試件養(yǎng)護室內(nèi)的溫濕度自動調(diào)節(jié)。
5)后續(xù)發(fā)展中溫濕度傳感器還與一服務器或移動智能終端無線連接,可在電腦和手機APP等移動客戶端實時查看檢測數(shù)據(jù),并且還配有預警系統(tǒng),對于超過養(yǎng)護溫度和濕度范圍的進行預警,使混凝土試件處于標準養(yǎng)護條件下,實現(xiàn)了對于混凝土養(yǎng)護室的智能監(jiān)控。
本工程嘗試利用二維碼信息技術對現(xiàn)場實施質(zhì)量監(jiān)督。將制作好的二維碼標識貼于實體構件上,通過手機掃碼即可得到構件的位置、混凝土強度等級、鋼筋型號、澆筑時間等信息,便于施工現(xiàn)場精細化管理。
本項目在施工過程中采用了BIM技術,在BIM建模過程中發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構問題250個,機電問題95個,均提前通過設計修改進行了調(diào)整,最大程度地避免了施工過程中的返工,為項目贏得了顯著的經(jīng)濟效益、工期效益。
在考慮到柱的構件運輸寬度以及現(xiàn)場吊裝起重量可行的情況下,懸挑梁盡量直接以牛腿的形式與鋼柱焊接(圖2),而不再進行短梁的分段,以利于減少鋼結(jié)構現(xiàn)場拼裝和現(xiàn)場鋼結(jié)構焊接量,有效地減少焊接產(chǎn)生的煙塵污染和現(xiàn)場焊接的人力投入。經(jīng)測算,該項優(yōu)化節(jié)約鋼材5 t,節(jié)電50 000 kW·h,節(jié)約人工100工日。
土建與鋼結(jié)構配合的節(jié)點優(yōu)化,混凝土梁主筋與柱的連接形式采用接駁器而非鋼牛腿形式(圖3),減少了鋼材的用鋼量,同時也節(jié)約了成本。經(jīng)測算,該項優(yōu)化節(jié)約鋼材60 t,節(jié)約焊材20 t,節(jié)電100 000 kW·h,節(jié)約人工400工日。
根據(jù)深化詳圖對主要構件的材料進行統(tǒng)計匯總,根據(jù)構件的規(guī)格尺寸進行鋼廠定尺采購鋼材。對鋼板的寬度和長度進行定尺,減小了對鋼材邊角余料的損耗浪費,同時也減少了長度方向的拼接量,節(jié)約了焊接材料,降低了煙塵的排放。
圖3 鋼筋搭接方式優(yōu)化
零部件放樣采用最優(yōu)秀的排版套料軟件——Act/cut軟件,主要應用于平面材料的切割,不僅在幾分鐘之內(nèi)就能完成原本需要幾個小時或者幾天的工作量,同時還能獲得最優(yōu)的套料結(jié)果,并且還可以在此基礎上人工進行一些必要的優(yōu)化,可以將整體材料利用率提高5%~10%。
本工程合理考慮塔吊選型,在基礎底板施工完成后進行塔吊轉(zhuǎn)換,拆除原先支撐階段用的小塔吊,安裝4臺重型塔吊,以滿足地下室勁性鋼柱和上部鋼柱、鋼梁吊裝要求。重型塔吊最大起重量為18 t,在不改變用電量的前提下,大大提高了吊裝性能,并足以將鋼柱分段為2層一節(jié)進行吊裝,鋼柱現(xiàn)場拼接接頭減少了約1 600個,減少了焊接工作量和焊接操作平臺周轉(zhuǎn)次數(shù)1 600次,每次周轉(zhuǎn)占用塔吊時間15 min,節(jié)省40 d吊裝時間。經(jīng)測算,該項措施節(jié)約鋼材96 t、焊材32 t,節(jié)約人工800工日,減少焊接煙塵量120 kg。
原工程設計圖總說明規(guī)定,現(xiàn)場對Q235和Q345鋼材的焊接方式為焊條焊。會同設計、總包、監(jiān)理等單位商議后,決定選用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊的方式進行施工,該方式有以下優(yōu)點:
1)焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊條電弧焊的40%~50%。
2)生產(chǎn)效率高。其生產(chǎn)效率是焊條電弧焊的2~4倍。
3)操作簡便。明弧,對工件厚度不限,可進行全位置焊接而且可以向下焊接。
4)焊接飛濺小。當采用藥芯焊絲時,可以降低焊接飛濺。
經(jīng)測算,該項措施節(jié)約焊材20 t,節(jié)約人工500工日,節(jié)電150 000 kW·h,減少焊接煙塵量75 kg,減少焊渣飛濺30%~50%,減少發(fā)光量40%~50%。
鋼結(jié)構加工全部在加工廠完成,鋼板下料均采用全自動數(shù)控火焰機切割,保證了下料的尺寸精度及切邊質(zhì)量,避免了原材料的浪費。
1)噪聲控制方面,我們在施工中采用封閉的木工加工棚、低噪聲施工機械,并盡量不安排夜間施工,用手持設備對噪聲進行測試并加以控制。
2)揚塵控制方面,我們采用揚塵監(jiān)控設備進行揚塵監(jiān)測,確保揚塵控制在要求范圍內(nèi)。施工場地硬化,堆場設置防塵網(wǎng),裸露土方區(qū)域種植草坪綠化,每天灑水、清掃。
3)光污染控制方面,我們對電焊作業(yè)采取遮擋措施,避免電焊弧光外泄。控制施工照明照度,同時避免施工燈光直接照射到居民樓中。
4)水污染控制方面,施工中設置三級沉淀池,每周進行pH檢測。對施工現(xiàn)場及生活區(qū)設置的隔油池、化糞池,實行清污分流。施工現(xiàn)場污水排放達到國家標準要求。
5)本工程設置了專門的涂裝車間和室外移動涂裝車間,車間內(nèi)配置涂裝支架供擺放構件,避免了油漆噴涂過程中漆霧隨風擴散,基本杜絕了對周圍環(huán)境的影響。
1)鋼材方面,大底板采用定長鋼筋,鋼筋采用直螺紋連接,廢鋼筋作鋼筋支架,植筋采用短鋼筋,高強度螺栓梅花頭回收,鋼結(jié)構連接板、牛腿、預穿螺栓重復利用。
2)混凝土方面,用余料制作墊塊、過梁,并進行施工便道的修復。
3)砌塊方面,進行預排版,優(yōu)化切割方案。
4)周轉(zhuǎn)材料方面,臨時設施拆除后,巖棉板運至下一個工地繼續(xù)使用。
5)人貨電梯基礎設在消防通道主梁上,減少加固措施。
6)用綠色環(huán)保的混凝土再生料來替代級配砂石進行回填,實現(xiàn)混凝土支撐破損料的回收利用。
7)本工程大量使用工具化、定型化、標準化產(chǎn)品。
現(xiàn)場建立非傳統(tǒng)水源使用系統(tǒng),包括采用雨水回收再利用裝置、深基坑降水回收再利用裝置、洗車槽循環(huán)水裝置,并使用節(jié)水型龍頭。
節(jié)電措施方面:采用變頻塔吊及人貨電梯、逆變直流電焊機;生活區(qū)安裝限電分流器、USB電源接口;使用節(jié)能型燈具及太陽能熱水器。節(jié)油措施方面:優(yōu)化土方開挖流程,減少土方駁運量;優(yōu)先選用性能佳、能耗少的施工機械;定期對耗油設備進行維修保養(yǎng)。
現(xiàn)場因地制宜,合理搭設臨時設施,節(jié)約用地;嚴禁使用黏土磚;有毒有害廢棄物分類、回收;施工面積控制在基坑面積的130%以內(nèi)。現(xiàn)場總平面布置緊湊合理,并根據(jù)基礎施工、主體施工不同階段實行動態(tài)布置和管理,合理規(guī)劃材料存儲、堆放區(qū)域,有效利用場地空間。
截至結(jié)構封頂,施工總產(chǎn)值41 827.20萬元,其中基礎階段22 943.91萬元,結(jié)構階段18 883.29萬元。各項目標、指標均順利實現(xiàn)。
新技術應用取得經(jīng)濟效益418萬元,節(jié)能、節(jié)水取得經(jīng)濟效益107.359 1萬元,節(jié)材取得經(jīng)濟效益114萬元,綠色施工投入成本250萬元,合計直接經(jīng)濟效益389.359 1萬元。項目已獲得中國建筑業(yè)協(xié)會“全國建筑業(yè)綠色施工示范工程”、上海市“文明工地”、區(qū)“優(yōu)質(zhì)結(jié)構”、鋼結(jié)構“金鋼獎”等獎項。本工程一直秉承綠色、環(huán)保的理念,扎實做好綠色施工管理工作,特別是注重對施工不同階段的節(jié)能減排數(shù)據(jù)的收集和分析。后續(xù)將繼續(xù)致力于大力推行綠色施工,采取各類措施,切實做到保護環(huán)境、節(jié)約能源與生產(chǎn)經(jīng)營相統(tǒng)一。
通過本次實踐,我們對綠色施工、節(jié)能降耗工作有了新的認識:要做好綠色施工宣傳培訓,使綠色施工理念和綠色施工技術深入人心;要重視基礎數(shù)據(jù)的收集和分析,了解企業(yè)的控制水平,優(yōu)化企業(yè)控制目標;要做好綠色施工相關設備及機具的開發(fā)與改進,推廣“四新技術”運用[1-3],全面提升綠色施工技術含量,做好推廣工作;要和綠色設計相結(jié)合,爭取各參建方的支持。通過精心策劃與精細管理,本工程在綠色施工方面取得了一定的成績,為今后同類工程項目的綠色施工積累了經(jīng)驗。