孫曉陽,于健偉,邊 輝,唐鑫坤,王 可
(中國建筑第八工程局有限公司總承包公司,上海 201204)
江蘇園博園工程主展館總建筑面積5.25萬m2,包含保留建筑改造區(qū)、新建展廳及辦公區(qū),場地為原昆元水泥廠和銀佳白水泥廠廠址,建成于20世紀70年代。本工程保留磚砌體筒倉及廠房,通過加固改造、立體式綠化設計,實現城市功能織補與生態(tài)修復,新建區(qū)以修復生態(tài)、創(chuàng)造綠色美好的城市新型公共綠化空間為目標,采用“輕設計、微介入”的設計策略,使破敗的工業(yè)廢墟重生為綠意盎然的現代園藝展館,提供富有體驗性和生態(tài)性的公共建筑,成為“永遠盛開的南京花園”,如圖1所示。施工過程中,采用高空大型種植樹池作為保留筒倉綠化種植盆,實現了筒倉頂部大型喬木綠化種植,極具新穎性及觀賞價值。通過采用鋼結構種植盆施工工藝,實現了大型鋼結構建筑全覆蓋式屋面綠化種植。結合設計理念、空間布局、環(huán)境因素對主展館立體式綠化喬木地被種類及種植位置進行綜合考量,確保再生花園最佳展覽效果。在此基礎上,經進一步提煉形成水泥廠工業(yè)遺址立體景觀綠化施工關鍵技術,為類似工程施工提供參考。
圖1 水泥廠工業(yè)遺址立體景觀綠化
1)采用大型鋼樹池作為保留筒倉屋面綠化種植盆,實現了磚砌體筒倉頂部大型喬木綠化種植。
2)采用聚合物砂漿對筒倉外壁進行修補,內壁鏟除粉刷層并澆筑混凝土進行加固修復,確保筒倉及大型種植樹池結構安全。
3)對鋼樹池支撐進行方案設計,實現工廠化制作、裝配化安裝,通過有限元軟件對樹池鋼支撐在各工況下的穩(wěn)定性進行分析,完成樹池鋼支撐設計和穩(wěn)定性驗算,確保樹池施工高效及安全。
4)運用鋼結構種植盆施工工藝,實現大型鋼結構建筑全覆蓋式屋面綠化種植。結合屋面不同部位,采取相應做法將種植盆與屋面系統穩(wěn)固連接,保證其水平度及苗木成活率。
5)對垂直綠化墻進行設計優(yōu)化,提高綠植墻成活率及耐久性,合理搭配設計綠化植被的種類及排版,確保最佳綠化效果。
本工程工藝流程如圖2所示。
圖2 工藝流程
筒倉磚砌體水泥罐組主體結構為砌體結構,主要采用磚墻承重,因年代久遠,風化破損嚴重,為滿足新的使用功能及新增大型種植樹池的需要,需對筒倉結構進行整體加固,包括圓形筒倉內、外壁加固等。
3.1.1筒倉內、外壁清理修復
保留建筑筒倉側壁脫落嚴重,圈梁露筋普遍,為確保結構安全及后期良好的展陳效果,將內、外墻粉刷層全部鏟除清理干凈,對部分銹蝕鋼筋進行除銹、阻銹處理,在外表面用聚合物砂漿修補平整,并粘貼碳纖維布補強,最后粉刷聚合物砂漿面層作為防護層,粉刷時表面鋪設1層網格布,防止開裂。
3.1.2筒倉加固結構層植筋、鋼筋綁扎
將筒倉內壁清理至原磚砌體結構層,并對磚砌體破損嚴重處進行修復,修復完成后在砌體內壁新增雙層雙向鋼筋,新增鋼筋網與原結構采用植筋方式連接。
3.1.3鋼模制作及安裝
筒倉尺寸不相同,圓度存在偏差,筒壁沿高度方向鋼模存在等直徑段、直徑變大段、直徑變小段,需根據截面尺寸變化合理劃分施工段,根據施工段及筒倉模型圖確定鋼模排版,并進行后場加工制作。鋼模按照每個筒倉現場精確尺寸完成后場制作和編號后,拖運至每個筒倉施工現場,完成拼裝作業(yè)。鋼模按照由下而上的空間順序分段安裝。
安裝工序完成后進行成形檢查,確定鋼模安裝精度是否達到澆筑截面尺寸要求,符合要求后進行混凝土澆筑。
根據立體式綠化設計,筒倉內部靠近圓筒頂位置設置大型種植樹池,樹池由內壁新增加固封閉鋼筋混凝土板墻與原有砌體共同承擔質量。
筒倉罐組為砌體結構,總高19.92m,共有10個筒,北部為4個,南部為6個,如圖3所示。
圖3 筒倉布置示意
根據現場實際情況,對樹池鋼支撐進行方案設計,采用屋架式樹池鋼支撐結構。立柱選用H型鋼,立柱上部橫梁選用型鋼,沿立柱上部與橫梁垂直方向布置型鋼。水平桿采用方鋼,交叉支撐采用角鋼,立柱底部埋板通過埋設化學錨栓固定于平臺板上。采用Midas Gen軟件進行模擬計算,底部為鉸接節(jié)點,水平桿及交叉桿采用鉸接連接,采用釋放梁端約束的方式進行模擬,建立的模型如圖4所示。
圖4 屋架式樹池鋼支撐結構模型
樹池采用鋼結構,考慮到土壤腐蝕性及鋼結構銹蝕性、導熱性等因素影響,在鋼樹池底部及側壁封閉式澆筑輕集料混凝土,底部及側壁大型H型鋼共同承擔樹池及樹池內荷載。
3.3.1底部支撐型鋼安裝
樹池底部支撐結構采用6根型鋼,其中1根主型鋼采用通長設計,兩端均固定在新增混凝土筒壁預留孔洞及預埋件中;剩余型鋼一端固定在新增混凝土筒壁預留孔洞及預埋件中,另一端通過節(jié)點連接。
3.3.2樹池內、外底板及側壁安裝
樹池池底及池壁采用雙層鋼板,池底沿雙向布置加勁肋,側壁沿水平方向布置環(huán)形加勁肋,池壁施工時分段吊裝焊接,然后涂刷封閉防腐漆。
3.3.3樹池內襯混凝土施工
樹池鋼結構施工完成后,在底部及側壁支設模板并澆筑混凝土,考慮到荷載及閉水性等因素,采用輕集料混凝土一體式澆筑。
筒倉種植苗木配置遵循四季常青、有景可觀的原則,選用常綠植物為主基調,采用以喬木為主,喬、灌、藤、花、草結合的復層綠化體系??紤]到筒倉頂部環(huán)境的特殊性及種植盆空間限制等因素的影響,喬木選用初期效果好、易成活、生命力頑強、營養(yǎng)成本低的品種。
種植池較筒頂平均低0.8m,考慮上人屋頂≥2.0m的凈空需求,苗木分支點高于2.5m,栽植后主冠與地面凈空≥2.2m。
根據種植環(huán)境及苗木選配原則,確定筒倉喬木及地被種植種類,其中筒倉南部邊緣3個圓筒光照通風條件好,鄰近游客主動線,且為筒倉書店主入口,綜合考慮后將植被選為桂花樹,桂花樹喜溫暖,抗逆性強,既耐高溫又耐寒,適宜栽植在通風透光的地方,在全光照下其枝葉生長茂盛,開花繁盛。所用桂花樹要求樹形叢生多桿,姿態(tài)優(yōu)美。筒倉南部內邊側2個圓筒位于主廣場觀賞線上,搭配選種西府海棠樹,要求樹高>5.5m,冠幅>3.5m,樹形飽滿不偏冠,主冠側枝修剪后高于2.2m。北部4個圓筒為游客休憩及打卡地,選種染井吉野櫻花樹,染井吉野櫻花鮮艷亮麗,枝葉繁茂旺盛,是早春重要的觀花樹種,極具觀賞性,喜溫暖濕潤氣候環(huán)境,對土壤要求較低,根系較淺,適合種植在筒倉頂部。所用染井吉野櫻花樹要求姿態(tài)優(yōu)美,分支點高于1.8m,栽植時靠天窗一側小枝修建后高于2.5m。
筒倉頂部為上人空間,考慮到屋面綠化體系的豐富性,營造錯落自然生態(tài)綠植系統,搭配栽植多種地被,地被選用強調其覆蓋性、多樣性、生態(tài)性、觀賞性,具有良好的抗寒性和耐熱性。喬木底部灌木選用大葉繡球無盡夏、南天竹,地被花卉選用大父玉簪、落新婦、醉魚草、林蔭鼠尾草等,如圖5所示。
圖5 地被種植效果
樹池施工完成后進行苗木移栽種植,主要包括:基層清理→改良種植土預鋪及處理→苗木進場吊裝→地下預埋索固定→苗木加固支撐。為提高移植苗木成活率,取苗床內的土配制營養(yǎng)土,將配制好的營養(yǎng)土碾碎過篩后用容器袋運至現場。先于底部預鋪種植土至合適高度,澆水沉降,防止土壤下沉根系外露。
喬木采用穴植法帶土球方式移栽,利用汽車式起重機將喬木吊至筒倉頂樹池營養(yǎng)土栽植坑內,吊運栽植過程中注意保持喬木完整性,不得對土球造成損傷。
通過墊土等措施對移栽喬木進行糾偏,確保垂直度。為保證移栽喬木穩(wěn)定性,防止因土體不均勻沉降、風荷載作用等因素造成傾斜或整體傾覆,采用地下預埋索固法進行根部固定,即在樹池側壁靠近底部位置各預埋2個鋼筋環(huán),如圖6所示。
圖6 地下預埋索固法示意
為搭配“輕設計、微介入”的設計策略,使破敗的工業(yè)廢墟重生為綠意盎然的現代園藝展館,主展館新建辦公區(qū)展館采用裝配式鋼結構系統,屋面采用全覆蓋式鋼花盆系統(見圖7),覆蓋范圍廣,使建筑消解自身形象,無邊的綠色花園彌漫在工業(yè)遺址之上。
圖7 新建區(qū)屋面綠化示意
3.6.1檁托及檁條安裝
檁托安裝是屋面系統安裝的第1道工序,也是屋面施工重要工序,整個屋面坡度大部分通過檁托調節(jié)。檁托焊接在主體鋼結構上部,根據檁距和檁條跨度確定檁托位置。
根據檁托位置,嚴格控制檁條安裝位置偏差,相鄰檁條頂面高差控制在2mm以內,如超出偏差范圍,通過墊板調整后再固定,安裝時應盡量將相鄰檁條頂面調成一致。
3.6.2屋面底板底座安裝
壓心底板通過自攻螺釘與主檁條連接,選用鋁合金T碼為固定座,固定座安裝完成后進行全面檢查。在固定座梅花頭位置用拉線方式進行復查,對錯位、坡度不符、與屋面板不平行等進行及時調整。
3.6.3巖棉及面板安裝
巖棉除保溫節(jié)能作用外,還具有減噪作用,為保證保溫棉鋪設不受天氣影響,屋面板與保溫材料平行施工。
屋面板采用鋁鎂錳超長板結構防水板,通過暗扣方式橫向連接,機械式咬扣方式直立鎖邊。
3.6.4屋面種植盆選用安裝
種植盆選用鋼板,噴涂金屬氟氮漆飾面,具有承載力高、強度大、耐腐蝕性強等優(yōu)點,考慮到鋼板導熱性強,夏季持續(xù)高溫天氣會對植被根部造成損害,內部安裝相應尺寸木塑復合材料種植盒。種植盒保溫、隔熱性能好,防霉、耐候性強,且具有節(jié)能環(huán)保、使用壽命長等優(yōu)點。
屋面鋼花盆系統分別固定于直立鎖邊屋面上部及無直立鎖邊屋面處。鋼花盆體系不變,直接將轉接系統固定于主體結構鋼梁上部。
在屋面板頂部通過螺栓連接通長的鋁合金相位器,形成多跨連續(xù)梁受力結構。種植盆底部設置3個連接點;中部通過焊接方鋼連接在鋁合金相位器上,起支撐、調整平衡及高度作用;兩端焊接角鋼與相位器上部鋁合金掛槽及相鄰種植盆形成穩(wěn)固體系,掛槽采用5mm厚鋁合金角碼。
挑檐位置種植盆通過屋面橫向鋼檁條將荷載傳給屋面受力主鋼結構,底部同樣設置3個連接點,通過角碼與檁條T形鋼板轉接件及相鄰種植盆連接,從中部向兩端安裝固定,確保種植盆水平度。
3.6.5苗木選型栽種
屋面種植面積大、種植盆數量多,宜選用四季常綠、成活率較高的植被,保證種植效果,減少后期更換率,綜合考慮選用闊葉麥冬進行大面積種植(見圖8),闊葉麥冬植株叢生,根多分枝,播種及栽培管理簡單。種植土采用砂質壤土,土面高度低于種植盆邊緣3cm,防止因雨量過大導致水土流失。
圖8 種植屋面
3.7.1筒倉垂直綠化
筒倉垂直綠化采用藤本類、攀爬類綠植,打造輕盈的建筑形象,與工業(yè)建筑的粗糙厚重產生強烈對比。藤本類植物選用常春藤,常春藤長勢較強,四季常綠,葉子色彩斑斕,葉形變化多樣,枝葉稀疏相間、錯落有致,可垂吊,可攀緣,栽培管理相對容易,適用于垂直綠化;攀爬類植物主要選用爬山虎。
常春藤選用精品容器苗,每株不少于3條,栽種于筒倉頂部樹池及檐口天溝位置處,花葉向建筑洞隙垂下,爬山虎種植于筒壁底部陰角位置,如圖9所示。
圖9 筒倉立體綠化種植
3.7.2新建區(qū)垂直綠化
新建區(qū)墻面垂直綠化采用模塊式種植體系,通過連接在主龍骨上的豎向及橫向通長方鋼,形成封閉種植單元,如圖10所示。
圖10 新建區(qū)垂直綠化節(jié)點
1)植物墻鋼結構體系施工
植物墻鋼結構體系采用熱鍍鋅方鋼龍骨,鍍鋅方鋼通過焊接連接在豎向主龍骨上,側壁連接角鋼形成U托支撐豎向種植單元。
2)模塊式種植盒施工
根據單元格尺寸制作種植盒,采用不銹鋼制作,通過鋼筋焊接在鋼骨架上,底部卡入角鋼U托內,確保穩(wěn)定性,種植盒頂部采用活動設計,以便于種植土放置。種植盒安裝如圖11所示。
圖11 種植盒安裝示意
3)壘土及種植袋安裝
垂直綠化種植土采用蓮蓬式種植壘土,是以秸稈、棉花稈等農林廢棄物為主要原料,根據植物生長所需的營養(yǎng)基構造制作生產的固化可塑成型活性纖維營養(yǎng)土,具有固化可塑、輕量化、透氣、保濕和排水等特點。壘土于頂部開口槽放置于種植盒內,安裝完成后通過螺栓與鋼制框架C形插口槽固定,如圖12所示。
圖12 壘土單元體
為提高植被生根及存活率,防止因根莖不牢固造成植被死亡、脫落等情況,在種植單元體外側安裝壁掛式植物袋。植物袋采用毛氈材質,吸水性強,不易變形,袋內孔洞設置尺寸與壘土墻一致,安裝時一一對應,確保植被根部植入壘土中。
4)綠化植被選型種植
新建區(qū)垂直綠化遵循觀賞性、生態(tài)性、多樣化原則,結合園博園展期進行植物配置,形成園博園內“可打卡”的特色展點。在游客穿行停留建筑立面,搭配選用可多季節(jié)觀賞的品種,其中花卉主要選用大花海棠、八角金盤、千葉蘭、吊竹梅,草本類植物包括金葉苔草、腎蕨、金葉女貞、矮麥冬等,繪制垂直綠化植被排版圖,利用植物花期、葉色、芳香的變化,營造舒適的植物動態(tài)景觀,使游客感受到植物的四季變化之美。
根據排版圖對種植單元進行編號,明確壘土單元內植被種類及種植區(qū)域,根據編號有序種植,確保立體綠化圖案完成度及成型效果,垂直綠化完成的新建區(qū)如圖13所示。
圖13 垂直綠化完成的新建區(qū)
1)材料和設備進場時,須嚴格把好材料驗收關。對于各類進場的材料,須按照樣品,驗收品牌、型號、規(guī)格、色澤、質量和數量。
2)結構因荷載反復作用、材料選擇不當、施工安裝不當等因素產生具有擴展性或脆斷傾向性裂紋損傷時,應設法修復。移植大樹不得有明顯的病蟲害和機械損傷,應具有較好的觀賞面,植株健壯,生長正常,移植前分期斷根、修剪,做好移植準備。
3)喬木移植前應對其生長、立地條件、周圍環(huán)境等進行調查研究,制定技術方案和安全措施。
4)雨雪天氣時,嚴禁露天焊接;4級以上風力時,焊接作業(yè)區(qū)應有擋風措施。
5)鋼構件施焊前,應清除待焊區(qū)間及其兩端以外各50mm范圍內的塵土、漆皮、涂料層、鐵銹及其他污垢,并打磨至露出金屬光澤。
6)各分項工程的每道施工工序,特別是隱蔽工程,須經駐地監(jiān)理人員驗收合格后,方可進行下道工序施工。
7)加強質量自檢工作,充分發(fā)揮內部各級質量檢查人員的作用,保證隱蔽工程受檢一次合格。
8)使用氣體檢測儀,監(jiān)控施工區(qū)域空氣情況,確保環(huán)境能夠滿足施工要求。
20世紀六七十年代,為滿足生產生活需要,依托資源產地,建造了大量原材料加工廠、設備加工廠等工業(yè)廠房。工業(yè)廠房多為磚砌體結構,建造時間早,使用年限長,建筑空間結構難以滿足工業(yè)生產要求,存在安全隱患。但工業(yè)廠房承載著城市的歷史記憶,相比拆除,對其進行立體式綠化改造,并將工業(yè)遺址用途改為餐飲、住宿等,不僅可減少建筑垃圾的產生,還可使工業(yè)遺址保護與綠色發(fā)展理念相融合,符合國家建設節(jié)約型社會、可持續(xù)發(fā)展理念,對社會發(fā)展具有重要影響和意義。
江蘇園博園工程保留磚砌體筒倉及廠房,通過加固改造、立體式綠化設計,實現城市功能織補與生態(tài)修復,新建區(qū)以修復生態(tài)、創(chuàng)造綠色美好的城市新型公共綠化空間為目標,使破敗的工業(yè)廢墟重生為綠意盎然的現代園藝展館,在國家大力提倡工業(yè)遺址修復、人與自然和諧相處的背景下,具有廣泛的推廣應用前景。