杜曉燕
1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080;
2. 上海建筑工程工業(yè)化建造工程技術(shù)研究中心 上海 201114
目前我國(guó)城市發(fā)展逐漸從增量時(shí)代轉(zhuǎn)向以存量為主、增存并重,由外延擴(kuò)張向內(nèi)涵高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變。
實(shí)施城市更新行動(dòng),推動(dòng)城市空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化和品質(zhì)提升,是我國(guó)“十四五”發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容。而不少位于城市中心區(qū)的既有建筑,受建設(shè)時(shí)期技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)條件等因素制約,以及城市發(fā)展升級(jí)需要,已進(jìn)入功能或形象退化期,需要拆除改建。
傳統(tǒng)粗放型的拆除方式,如人工拆除、機(jī)械拆除、爆破拆除等,在當(dāng)前均無(wú)法滿(mǎn)足建筑密集區(qū)綠色環(huán)保施工作業(yè)要求。
因此,針對(duì)周邊環(huán)境復(fù)雜的既有建筑綠色拆除改建需求,基于實(shí)際工程項(xiàng)目案例,提出了精細(xì)化區(qū)域劃分與綠色切割技術(shù)相結(jié)合的拆除改建總體施工方法,從而最大限度降低拆除改建項(xiàng)目施工對(duì)周邊環(huán)境的影響[1-6]。
某拆除改造項(xiàng)目位于中心城區(qū),其用地西側(cè)和南側(cè)緊鄰住宅區(qū),東側(cè)和北側(cè)為商業(yè)建筑(圖1)。地塊形狀規(guī)則呈矩形,東西總長(zhǎng)度約為130 m,南北寬約80 m。原建筑結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),項(xiàng)目地上4層,地下2層,總高19.6 m,總建筑面積30 922 m2。
圖1 工程項(xiàng)目位置
改造后的建筑分為商業(yè)和住宅兩部分。
商業(yè)部分為地下2層、地上2層,是將原建筑最上面2層建筑拆除改造而成的,地下1層為商業(yè),地下2層為車(chē)庫(kù)。
住宅部分為地上14層,地下3層,是將原地上4層建筑拆除,并對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行加固改造,將原有的2層地下室改為3層地下室,并在此基礎(chǔ)上新建地上14層住宅,如圖2所示。
圖2 改造后項(xiàng)目規(guī)劃
1)綠色施工要求高。本工程地處中心城區(qū),周邊環(huán)境較復(fù)雜,拆除項(xiàng)目與南側(cè)住宅樓最小距離不足6 m,綠色文明施工要求非常高,施工全過(guò)程須保證周邊環(huán)境不受施工影響。
2)拆除工程體量大。拆除建筑面積約2.9萬(wàn) m2,建筑物地上4層,建筑高度達(dá)19.6 m,拆除范圍包括外圍幕墻、內(nèi)部機(jī)電管線(xiàn)門(mén)窗隔墻、混凝土框架,結(jié)構(gòu)單根(塊)構(gòu)件質(zhì)量大,整個(gè)拆除的體量非常大,必須選擇合適的拆除機(jī)具及合理的工序。
3)原結(jié)構(gòu)改造工藝復(fù)雜。由于上部建筑物的變化,將對(duì)地下室進(jìn)行改造,改造內(nèi)容包括將原地下2層改為地下3層,并且由于底板受力發(fā)生變化,局部底板需要鑿除并增加板面、板底鋼筋,集水井及電梯井根據(jù)后期需求需要增大并進(jìn)行加深。局部加深時(shí),當(dāng)破壞原底板結(jié)構(gòu)時(shí),可能會(huì)有地下水滲出,故需考慮此部分的降水及排水。
4)工期緊張。既有上部結(jié)構(gòu)拆除又有地下室改造,工期非常緊張,由于改造期間地下室考慮搭設(shè)滿(mǎn)堂腳手架,可能與底板改造有沖突,使腳手架沒(méi)有搭設(shè)的空間,故必須合理安排施工工序。
為降低對(duì)周?chē)h(huán)境的影響至最小,最大程度減少拆除與建造施工擾民,按照拆除區(qū)域流程將項(xiàng)目平面分為Ⅰ(軸線(xiàn) G —軸線(xiàn) H )、Ⅱ(軸線(xiàn) C —軸線(xiàn) G )、Ⅲ(軸線(xiàn)A—軸線(xiàn) C )等三大區(qū)域,結(jié)構(gòu)外圍用腳手架進(jìn)行全封閉圍護(hù),從北部中心位置開(kāi)始拆除,距離周邊居民樓最近的南邊兩跨框架保留至住宅主體結(jié)構(gòu)封頂后拆除,后拆的兩跨框架結(jié)構(gòu)和腳手架可以共同形成2層外圍護(hù),從而最大限度降低新建建筑主體結(jié)構(gòu)施工階段對(duì)周邊居民的影響。該項(xiàng)目的整體拆除施工步驟如下(圖3):
圖3 拆除區(qū)域劃分與總體流程
1)拆除流程一:以北面商鋪入口處為拆除作業(yè)起點(diǎn),拆除區(qū)域Ⅱ范圍內(nèi)的1—4層上部結(jié)構(gòu),至標(biāo)高-0.05 m處;拆除區(qū)塊Ⅰ范圍內(nèi)的3—4層上部結(jié)構(gòu),2層樓面上保留高1.5 m墻柱作為女兒墻,即拆除至標(biāo)高12.25 m處。
2)拆除流程二:拆除區(qū)域Ⅱ-b(軸線(xiàn) C —軸線(xiàn) F )范圍內(nèi)的地下1—2層結(jié)構(gòu),為住宅結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造條件。
3)拆除流程三:待住宅主體結(jié)構(gòu)施工至±0 m處,拆除區(qū)域Ⅱ-a(軸線(xiàn) F —軸線(xiàn) G )范圍內(nèi)的地下1層結(jié)構(gòu)。
4)拆除流程四:待住宅主體結(jié)構(gòu)封頂后,拆除區(qū)域Ⅲ范圍內(nèi)的1—4層地上結(jié)構(gòu)。
按照拆除流程劃分為14個(gè)大區(qū)塊,按區(qū)塊順序進(jìn)行拆除施工。
平面拆除順序:0(2層和3層中庭南側(cè)部分連廊)→1(中庭左右兩側(cè))→2(中庭北側(cè)連廊)→3(中庭北側(cè)和左右兩側(cè))→4(中庭北側(cè)連廊)→5(中庭北側(cè)兩跨)→6(中庭左右兩側(cè))→主體結(jié)構(gòu)封頂后→7(中庭南側(cè)連廊)→8(中庭南側(cè))(圖4)。
圖4 平面區(qū)塊拆除流程示意
在大區(qū)塊的基礎(chǔ)上,將地上結(jié)構(gòu)按照平面軸線(xiàn)布置劃分為93個(gè)拆除小區(qū)塊,每個(gè)小區(qū)塊再按照板→次梁→主梁→柱自上而下的順序拆除完成后,再開(kāi)始下一個(gè)小區(qū)塊的拆除工作。
圖5給出了典型樓面的切除順序,其中藍(lán)色區(qū)域部分待住宅主體結(jié)構(gòu)封頂后再開(kāi)始拆除。
圖5 典型樓面切割區(qū)塊
混凝土靜力切割。為實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、速度快、噪聲小、環(huán)保的目標(biāo),采用由大功率油壓機(jī)、傳動(dòng)定位滑輪及帶有金剛石鋸齒的鋼繩組合而成的金剛鏈切割機(jī)進(jìn)行混凝土切割拆除。
該工藝施工作業(yè)速度快、噪聲小、震動(dòng)少、粉塵廢氣污染少,可以有效減少對(duì)周邊居民生活的影響,保證周邊環(huán)境整潔、安全。
切割工序:定位放線(xiàn)→臨時(shí)支撐→按質(zhì)量分塊放線(xiàn)確認(rèn)→鉆工藝孔、吊裝孔→被切構(gòu)件支撐固定→切割→混凝土塊清運(yùn)。
綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工安全以及切割效率,本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)切割量控制在3 m3以?xún)?nèi),質(zhì)量控制在7.5 t以?xún)?nèi)。施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理劃分切割段,各構(gòu)件的切割尺寸不得超過(guò)其最大限值(表1)。
表1 構(gòu)件切割尺寸限值
梁、板具體切割分段如圖6所示。
圖6 梁、板切割局部示意
為保證工期進(jìn)度,本次拆除采用機(jī)械水平運(yùn)輸,在樓面板、梁拆除時(shí),下方需要設(shè)置臨時(shí)支撐排架。此外,汽車(chē)吊、平板車(chē)等重型車(chē)輛需在地下室頂板上行走,須采用臨時(shí)加固措施,以避免對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
拆除構(gòu)件的支撐架考慮采用鋼管扣件式腳手架,在拆除面的下方搭設(shè)滿(mǎn)堂排架,即從1層搭設(shè)至頂層,每拆除一層梁板,隨即拆除滿(mǎn)堂排架,逐層往下拆。搭設(shè)時(shí)根據(jù)區(qū)塊劃分布置支撐排架,綜合考慮施工效率和節(jié)約成本等各方面因素,最大限度提高支撐排架的重復(fù)周轉(zhuǎn)使用率。初始搭設(shè)范圍如圖7中陰影部分所示。
圖7 支撐排架初始布置示意
安全措施:拆除過(guò)程中要求及時(shí)搭設(shè)樓層邊緣及井道內(nèi)安全防護(hù)欄桿、臨閉洞口安全欄桿以及外圍防護(hù)腳手架等。在保證有防護(hù)措施的情況下才能進(jìn)行拆除施工。
拆除后垃圾處理:在施工過(guò)程中,垃圾的清理與拆除施工要合理搭配。拆除進(jìn)行時(shí),所有切割后的混凝土塊應(yīng)及時(shí)裝車(chē)外運(yùn)到指定的堆場(chǎng)進(jìn)行后續(xù)處理,鋼筋與混凝土的分離在不影響運(yùn)輸工具的裝運(yùn)條件下,都不得在樓層面和場(chǎng)地上進(jìn)行處理。
拆除垂直運(yùn)輸:場(chǎng)地內(nèi)放置汽車(chē)吊,所有混凝土塊及拆除建筑垃圾均采用吊車(chē)及現(xiàn)場(chǎng)塔吊配合裝車(chē)外運(yùn)。
圖8 地下室樓板拆除范圍(地下1層)
以地下室頂板、地下1層結(jié)構(gòu)梁板作為基坑部分拆除時(shí)的支撐,為保證結(jié)構(gòu)樓板的安全,通過(guò)有限元方法分析其內(nèi)力及變形情況。依據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)DG/T J08-61—2018《基坑工程技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。該基坑設(shè)計(jì)總深9.0 m,按二級(jí)基坑進(jìn)行分析。
根據(jù)實(shí)際拆除工況分別建立地下室頂板與地下1層梁板結(jié)構(gòu)平面模型進(jìn)行計(jì)算。
模型單元按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中的截面尺寸取值,梁板結(jié)構(gòu)采用C30混凝土。樓梯與坡道板由于是既有結(jié)構(gòu),等效為平面樓板進(jìn)行計(jì)算,因此樓梯間和坡道處按本層樓板厚度進(jìn)行建模。
南北兩側(cè)墻體節(jié)點(diǎn)加水平X向約束與豎向約束,東西兩側(cè)墻體節(jié)點(diǎn)加水平Y(jié)向約束與豎向約束,在樓板立柱位置處的節(jié)點(diǎn)加豎向約束(圖9)。
圖9 計(jì)算分析模型與邊界條件
由于上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)拆除,結(jié)構(gòu)梁板主要承受側(cè)向土壓力,不考慮豎向的樓板荷載及結(jié)構(gòu)自重,通過(guò)計(jì)算,地下室頂板圍壓為121 kN/m,地下1層圍壓為352 kN/m,按平面問(wèn)題進(jìn)行分析,如圖10所示。
圖10 圍壓荷載示意
通過(guò)計(jì)算可以看出(圖11),變形最大值發(fā)生在長(zhǎng)邊,最大水平變形為12.33 mm,小于規(guī)范規(guī)定的0.3%H=27 mm。
圖11 受力分析結(jié)果
平面樓板在矩形開(kāi)口的情況下,容易在矩形角部位置處產(chǎn)生應(yīng)力集中,樓板最大應(yīng)力達(dá)到17 MPa,超過(guò)C30混凝土抗壓強(qiáng)度。建議拆除過(guò)程中預(yù)留加腋結(jié)構(gòu),具體如圖12所示。
圖12 留設(shè)加腋范圍
地下1層板加腋后的水平變形與板單元應(yīng)力結(jié)果如圖13所示,可滿(mǎn)足受力要求。
圖13 加腋后水平變形與應(yīng)力
為保證拆除改造施工全過(guò)程安全與質(zhì)量,須對(duì)原結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
5.1.1 結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)
梁柱內(nèi)力:在梁柱表面安裝應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量,監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在內(nèi)力較大或整體中起控制作用的梁柱上;且在東西兩側(cè)加密布設(shè)。
板裂縫:在板上選擇有代表性的裂縫進(jìn)行布置,當(dāng)原有裂縫增大或出現(xiàn)新裂縫時(shí),應(yīng)及時(shí)增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn);每條裂縫的監(jiān)測(cè)點(diǎn)至少應(yīng)設(shè)2個(gè),且宜設(shè)置在裂縫的最寬處及裂縫末端。在觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)地下2層的板進(jìn)行測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)。
土體測(cè)斜:土體測(cè)斜孔每側(cè)不少于1個(gè),深度大于圍護(hù)墻5~10 m。在拆除區(qū)域的東西兩側(cè)各布置2個(gè)土體傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn),距離本工程5 m,每側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距15~20 m。
5.1.2 周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)
周邊管線(xiàn):監(jiān)測(cè)點(diǎn)位間距15~25 m,垂直、水平點(diǎn)共用;上水、煤氣管宜設(shè)置直接監(jiān)測(cè)點(diǎn),并在窨井、閥門(mén)、檢查井設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
周邊建筑物:監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在建筑物角點(diǎn)、中點(diǎn),間距6~20 m;基礎(chǔ)類(lèi)型、埋深、荷載不同處,變形縫兩側(cè)及通視條件良好處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本工程北側(cè)兩幢房屋距離本工程場(chǎng)地約6 m,共布置36個(gè)點(diǎn)。
在拆除原結(jié)構(gòu)施工前,即測(cè)得各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的初始值。自結(jié)構(gòu)拆除開(kāi)始,平均每周監(jiān)測(cè)2次,特殊情況,如監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有異常或突變、變化速率偏大及變化速率極小時(shí),適當(dāng)加密或減少監(jiān)測(cè)頻率。結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警值如表2所示,具體數(shù)值根據(jù)設(shè)計(jì)方案決定。
表2 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率與報(bào)警值
在監(jiān)測(cè)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻位移、結(jié)構(gòu)梁的應(yīng)變和位移超過(guò)報(bào)警控制值,立即對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理,并停止施工。
地下室中部跨的結(jié)構(gòu)加固:在地下室外墻與結(jié)構(gòu)柱,或在框架柱與框架柱或剪力墻間增加鋼梁進(jìn)行加固,鋼梁采用350 mm×200 mm工字鋼,鋼梁加固前先在框架柱或剪力墻上預(yù)埋螺栓。
地下室邊跨的結(jié)構(gòu)加固:在地下室外墻與結(jié)構(gòu)柱,或地下室外墻與結(jié)構(gòu)板之間,加設(shè)臨時(shí)φ609 mm×16 mm鋼管斜撐,鋼管斜撐架設(shè)前,先在框架柱或結(jié)構(gòu)板上設(shè)置必要的支撐節(jié)點(diǎn)牛腿或預(yù)埋件。
位于建筑密集區(qū)的既有建筑物拆除改建工程項(xiàng)目的綠色精細(xì)化施工要求高,對(duì)周邊環(huán)境的低影響施工是關(guān)鍵要素。本工程項(xiàng)目通過(guò)合理制定拆除區(qū)域流程,使得整個(gè)新建建筑施工期內(nèi)對(duì)周邊環(huán)境的影響降至最低。通過(guò)精細(xì)化區(qū)塊與構(gòu)件劃分,大幅提高了拆除工效,提升了支撐排架重復(fù)周轉(zhuǎn)使用率。采用靜力切割技術(shù),極大地減小了對(duì)周邊居民區(qū)的噪聲污染。
通過(guò)保留部分原結(jié)構(gòu)作為地下圍護(hù)結(jié)構(gòu),大幅減少了混凝土內(nèi)支撐的設(shè)置,節(jié)約了材料。利用信息化手段,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拆除施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全和周邊環(huán)境影響,及時(shí)消除隱患,確保施工安全。實(shí)現(xiàn)了綠色精細(xì)化施工,獲得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。