既有建筑綠色精細(xì)化拆除改建施工關(guān)鍵技術(shù)

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，推動城市空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化和品質(zhì)提升，是我國“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)前均無法滿足建筑密集區(qū)綠色環(huán)保施工作業(yè)要求。

因此，針對周邊環(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)目施工對周邊環(huán)境的影響[1-6]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡介

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層為車庫。

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

1.2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

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 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)電管線門窗隔墻、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)滿堂腳手架，可能與底板改造有沖突，使腳手架沒有搭設(shè)的空間，故必須合理安排施工工序。

2 總體拆除方法

為降低對周圍環(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 G —軸線 H ）、Ⅱ（軸線 C —軸線 G ）、Ⅲ（軸線A—軸線 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 C —軸線 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 F —軸線 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)。

3 地上結(jié)構(gòu)綠色拆除

3.1 平面拆除流程

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)封頂后再開始拆除。

圖5 典型樓面切割區(qū)塊

3.2 低影響拆除技術(shù)

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、震動少、粉塵廢氣污染少，可以有效減少對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→臨時(shí)支撐→按質(zhì)量分塊放線確認(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)。

3.3 構(gòu)件切割尺寸劃分

綜合考慮現(xiàn)場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以內(nèi)，質(zhì)量控制在7.5 t以內(nèi)。施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場實(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

3.4 可周轉(zhuǎn)支撐排架布設(shè)

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，汽車吊、平板車等重型車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

3.5 拆除要點(diǎn)

安全措施：拆除過程中要求及時(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)裝車外運(yùn)到指定的堆場進(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地上進(jìn)行處理。

拆除垂直運(yùn)輸：場地內(nèi)放置汽車吊，所有混凝土塊及拆除建筑垃圾均采用吊車及現(xiàn)場塔吊配合裝車外運(yùn)。

4 地下結(jié)構(gòu)綠色拆除

4.1 拆除范圍

圖8 地下室樓板拆除范圍（地下1層）

4.2 拆除階段地下室樓板受力分析

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，按平面問題進(jìn)行分析，如圖10所示。

圖10 圍壓荷載示意

通過計(jì)算可以看出（圖11），變形最大值發(fā)生在長邊，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C30混凝土抗壓強(qiáng)度。建議拆除過程中預(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，可滿足受力要求。

圖13 加腋后水平變形與應(yīng)力

5 地下結(jié)構(gòu)拆除安全監(jiān)測

5.1 監(jiān)測內(nèi)容

為保證拆除改造施工全過程安全與質(zhì)量，須對原結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。

5.1.1 結(jié)構(gòu)監(jiān)測

梁柱內(nèi)力：在梁柱表面安裝應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測量，監(jiān)測點(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)測點(diǎn)；每條裂縫的監(jiān)測點(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。在觀測現(xiàn)場后對地下2層的板進(jìn)行測點(diǎn)測設(shè)。

土體測斜：土體測斜孔每側(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)測點(diǎn)，距離本工程5 m，每側(cè)監(jiān)測點(diǎn)間距15～20 m。

5.1.2 周邊環(huán)境監(jiān)測

周邊管線：監(jiān)測點(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)測點(diǎn)，并在窨井、閥門、檢查井設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。

周邊建筑物：監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在建筑物角點(diǎn)、中點(diǎn)，間距6～20 m；基礎(chǔ)類型、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)測點(diǎn)。本工程北側(cè)兩幢房屋距離本工程場地約6 m，共布置36個(gè)點(diǎn)。

5.2 監(jiān)測頻率與報(bào)警值

在拆除原結(jié)構(gòu)施工前，即測得各監(jiān)測項(xiàng)目的初始值。自結(jié)構(gòu)拆除開始，平均每周監(jiān)測2次，特殊情況，如監(jiān)測數(shù)據(jù)有異?；蛲蛔?、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)測頻率。結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境監(jiān)測報(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)測項(xiàng)目監(jiān)測頻率與報(bào)警值

5.3 加固控制技術(shù)

在監(jiān)測過程中如發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻位移、結(jié)構(gòu)梁的應(yīng)變和位移超過報(bào)警控制值，立即對結(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。

6 結(jié)語

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)對周邊環(huán)境的影響降至最低。通過精細(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)，極大地減小了對周邊居民區(qū)的噪聲污染。

通過保留部分原結(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)測拆除施工過程中的結(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，獲得了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。