航站樓技改工程結(jié)構(gòu)無損靜力拆除技術(shù)

中建八局第三建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210046

0 引言

隨著城市化進(jìn)程提速與人民對美好的物質(zhì)生活追求的提高，城市及建筑原有的功能逐漸無法滿足人民的需求。一段時間內(nèi)，人們通過拆建、新建來滿足城市需求。而隨著建設(shè)成本地不斷增加，在部分或大部分保留既有建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改擴(kuò)建工程，因能夠縮短工期，減低成本而成為了城市發(fā)展的新思路。

近年來建筑工程行業(yè)面臨的改擴(kuò)建工程越來越多，越來越復(fù)雜。諸如機(jī)場、車站等大型公共建筑的改擴(kuò)建工程，因?yàn)槠涮厥夤δ芤螅诠こ探ㄔO(shè)期間也需保證一定程度地正常運(yùn)行。這對施工安全、工期，綠色施工等提出了更高要求，具有施工工期緊、綠色環(huán)保要求高、鋼絞線預(yù)應(yīng)力釋放復(fù)雜等難點(diǎn)，不宜采用控制爆破、靜態(tài)破碎和機(jī)械破碎等傳統(tǒng)的拆除方法。與此同時，國內(nèi)建筑拆除過程中，綠色、環(huán)保、可持續(xù)理念的實(shí)踐仍然較為落后[1]。安全事故時有發(fā)生。

因此，探索如何安全、經(jīng)濟(jì)、高效、綠色地進(jìn)行既有建筑的改擴(kuò)建工程顯得尤為重要。本文將以南京祿口國際機(jī)場T1航站樓改擴(kuò)建工程為例，主要就公共建筑如何安全、綠色拆除等問題，從方案選擇、施工工藝、安全環(huán)保等方面展開分析。

1 工程概況

南京祿口國際機(jī)場T1航站樓改擴(kuò)建工程，航站樓部分地下1層，地上5層，總建筑面積159447平方米(其中新建面積45708平方米，改造面積113739平米)。新建范圍包括北指廊上部結(jié)構(gòu)、南連廊與北連廊，登機(jī)橋。拆除范圍包括航站樓與南連廊的屋蓋、鋼結(jié)構(gòu)挑檐、砌體及隔斷、混凝土構(gòu)件、幕墻、安裝。其中混凝土構(gòu)件拆除體量最大，達(dá)3100立方米。

2 技改工程結(jié)構(gòu)拆除方案思路

結(jié)構(gòu)拆除遵循先非承重后承重，先次要后主要，先加固后拆除，對稱拆除的原則自上到下拆除。同時堅(jiān)持安全第一、綠色環(huán)保的方針。

2.1 鋼筋混凝土梁板拆除 航站樓混凝土結(jié)構(gòu)計劃采用盤踞切割樓板，局部有次梁、井字梁區(qū)域采用繩鋸切割配合。預(yù)先對需切割的混凝土樓板用打孔吊，使混凝土樓板受力。盤踞切割完成后，將混凝土塊吊至切割樓板的下一層，用吊車將混凝土塊吊至室外堆放場地，炮頭機(jī)破碎后外運(yùn)。

2.2 鋼筋混凝土柱拆除 鋼筋混凝土柱拆除自上至下進(jìn)行，拆除前其支撐的其余梁板結(jié)構(gòu)需拆除完成。候機(jī)廳7.9m以上Q軸鋼筋混凝土立柱待屋面拆除完成后進(jìn)行拆除，計劃采用登高車對立柱打吊裝孔(分段，每段不超過7.5噸)，采用鋼絲繩分段對立柱進(jìn)行固定，固定完成后用液壓繩鋸對已固定好的立柱進(jìn)行切割，切割完成后利用25T汽車吊直接將立柱吊至室外地面上，炮頭機(jī)破碎后外運(yùn)。其余部位鋼筋混凝土立柱拆除均參照此方法。

2.3 結(jié)構(gòu)加固 與設(shè)計院復(fù)核拆除、改建方案，對拆除后結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行分析，并對重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件與應(yīng)力變化點(diǎn)進(jìn)行加固。

對于軸壓比超限的既有框架柱采用粘貼纖維復(fù)合材料的方法進(jìn)行加固；

對于截面配筋不足的既有框架柱采用增大截面的方法進(jìn)行加固；

對于上部需與新增鋼梁連接的框架柱采用外包鋼管的方法進(jìn)行加固；

對于縱筋配筋不足的原框架梁采用粘貼纖維復(fù)合材料或粘鋼進(jìn)行加固；

對于正截面抗彎承載力不足的原混凝土板采用粘貼纖維復(fù)合材料或鋼板的方法進(jìn)行加固。

3 施工工藝

3.1 工藝流程 SAP2000拆除模擬分析，確定切割順序→定位放線、尺寸和位置驗(yàn)收→板、柱水鉆打吊裝孔固定、梁采用吊繩固定→卷揚(yáng)機(jī)或吊車起吊→盤鋸、繩鋸分層、分塊靜力切割→ABAQUS對結(jié)構(gòu)保留部分模擬分析，保證穩(wěn)定性→吊車、叉車運(yùn)至堆放場地→切除塊體破碎、外運(yùn)

3.2 SAP2000拆除模擬分析，確定切割順序 從檔案館中找出原結(jié)構(gòu)圖紙，認(rèn)真研閱后到現(xiàn)場進(jìn)行查勘核對。再利用SAP2000有限元分析軟件對拆除工況進(jìn)行計算機(jī)模擬分析，找出傳力路徑從而確定構(gòu)件拆除方向和流程，避免拆除時失穩(wěn)，出現(xiàn)坍塌。

按照模擬分析結(jié)果，確定拆除順序。首先根據(jù)樓層將整個結(jié)構(gòu)拆除分為六個部分進(jìn)行，順序由高層往低層拆除，先切割樓板，再切割次梁，然后切割主梁，最后切割柱子。

每個部分的拆除進(jìn)行對稱切割施工。以主樓3.43m結(jié)構(gòu)層拆除為例，拆除板、梁、柱時南北以28軸、東西以N軸為對稱軸兩個施工隊(duì)伍同時施工，避免拆除時失穩(wěn)，出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象。主樓拆除順序詳見圖1。

圖1 主樓拆除順序

3.3 定位放線、尺寸和位置驗(yàn)收 對區(qū)域范圍內(nèi)拆除結(jié)構(gòu)板、梁、柱進(jìn)行現(xiàn)場彈線、標(biāo)識；定位放線完成后，組織監(jiān)理單位、設(shè)計單位以及總包技術(shù)、質(zhì)量等部門對結(jié)構(gòu)拆除的界線根據(jù)設(shè)計圖紙尺寸及軸線位置核對確認(rèn)。

3.4 板、柱水鉆打吊裝孔固定、梁采用吊繩固定、卷揚(yáng)機(jī)或吊車起吊打水鉆孔固定，卷揚(yáng)機(jī)或吊車起吊：對需切割的混凝土樓板用水鉆對稱打四個孔，用2根鋼絲繩分別穿已打好的吊裝孔，利用卷揚(yáng)機(jī)起吊使結(jié)構(gòu)樓板受力。結(jié)構(gòu)柱切除前拆除人員利用登高車在柱頂部用水鉆打吊裝孔，插入鋼管防止鋼絲繩發(fā)生滑動，汽車吊起吊使結(jié)構(gòu)柱受力。結(jié)構(gòu)樓板、柱切割打孔吊裝如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)打孔起吊示意圖

2、吊繩固定，卷揚(yáng)機(jī)或吊車起吊：結(jié)構(gòu)梁切割前吊裝固定，使切除的梁起吊受力。卷揚(yáng)機(jī)起吊結(jié)構(gòu)梁、柱實(shí)施效果圖如圖3所示。

圖3 卷揚(yáng)機(jī)起吊結(jié)構(gòu)梁、柱實(shí)施效果圖

3.5 盤鋸、繩鋸分層、分塊靜力切割

1.井字梁結(jié)構(gòu)樓板切割步驟：

用盤踞沿已標(biāo)識好的邊界線切割。單個卷揚(yáng)機(jī)吊運(yùn)的混凝土重量不宜超過1.2t，故將井字梁樓板分為樓板小方塊與簡支梁小段，現(xiàn)場樓板板厚為150mm，經(jīng)測算可得知：1.6*1.6*0.15*2.4=0.9216t，故切割尺寸為1.6米*1.6米滿足要求，簡支梁小段高650mm寬300mm，經(jīng)測算可得知：0.3*0.65*2.2*2.4=1.03t，故按1.6m切割成簡支梁小段基本滿足要求。井字梁結(jié)構(gòu)樓板切割示意圖如圖4所示。

圖4 井字梁結(jié)構(gòu)樓板切割示意圖

2.大尺寸結(jié)構(gòu)梁切割步驟：

2.4 m高大尺寸結(jié)構(gòu)梁分層分塊：因結(jié)構(gòu)梁較高，重量大。考慮安全因素，采用繩鋸分層分塊切除方法。將結(jié)構(gòu)梁分成3層切割，每層高800mm，每層進(jìn)一步分割為長2000mm的小塊，每小塊側(cè)邊水平方向水鉆開孔，穿鋼絲繩對切割小塊預(yù)先施力，采用繩鋸進(jìn)行切割。上、中兩層首先切割拆除，下層由中間向兩側(cè)對稱拆除。大尺寸結(jié)構(gòu)梁切割順序示意圖如圖5所示[2]。

圖5 高結(jié)構(gòu)梁切割順序示意圖

3.結(jié)構(gòu)柱切割步驟：

1)按柱高1/3進(jìn)行分段切除，每段重量約5.2t。采用25t汽車吊起吊(使切除的結(jié)構(gòu)柱受力)：用鋼絲繩穿過打好的吊裝孔，采用25t汽車吊起吊結(jié)構(gòu)柱，使結(jié)構(gòu)柱受力，切除順序按照分段從上而下進(jìn)行。

2)采用繩鋸按照結(jié)構(gòu)柱分段進(jìn)行切割，切除時汽車吊作業(yè)半徑范圍內(nèi)拉好警戒線。切割完成后運(yùn)至堆放場地分解破碎，裝車外運(yùn)。

3.6 ABAQUS對結(jié)構(gòu)保留部分模擬分析，保證穩(wěn)定性 使用ABAQUS工程模擬有限元軟件對結(jié)構(gòu)保留部分進(jìn)行工程模擬分析，以保證結(jié)構(gòu)保留部分的穩(wěn)定性及拆除的安全性。構(gòu)件結(jié)構(gòu)保留部分模擬分析圖如圖6所示。

圖6 結(jié)構(gòu)保留部分模擬分析圖

3.7 切除結(jié)構(gòu)柱端部處理 被切割梁端部50mm采用人工鑿除，保留縱筋先采用聚合物砂漿抹平表面，現(xiàn)場依據(jù)縱筋位置，對10mm厚圓形鋼板打孔，塞焊。鋼板安裝完成與混凝土封縫后注膠，最后外掛鋼絲網(wǎng)用M10水泥砂漿覆蓋保護(hù)。鋼板安裝實(shí)施效果圖如圖7所示。

圖7 鋼板安裝實(shí)施效果圖

4 安全及環(huán)保措施

混凝土切割時應(yīng)采取靜力無損切割，避免對原有混凝土結(jié)構(gòu)造成擾動和損害。混凝土結(jié)構(gòu)拆除前應(yīng)根據(jù)既有建筑物相關(guān)資料和加固改造圖紙，明確其規(guī)格尺寸，經(jīng)測量放線后精確定位，然后對相連受力桿件做好臨時支撐后，方可進(jìn)行拆除施工。

切割塊或破碎的混凝土的臨時堆放地點(diǎn)必須是樓層能承受荷載較大的地方(如柱梁結(jié)合部位)，堆放地點(diǎn)要遠(yuǎn)離洞口，混凝土破碎后的垃圾及時運(yùn)至垃圾堆放點(diǎn)。

混凝土構(gòu)件拆除前應(yīng)根據(jù)吊裝重量許可的范圍進(jìn)行分塊切割劃分，以保證吊裝安全。拆除前應(yīng)設(shè)置可靠的支撐平臺，并控制支撐平臺與拆除板的距離。切割時，應(yīng)控制好切割片與構(gòu)件距離，避免過度切割。切割塊調(diào)運(yùn)時，需配備專職指揮人員，確保不會因切割塊掉落或碰撞造成既有建筑物損傷。

靜力切割是濕法作業(yè)，會產(chǎn)生水泥漿，對周圍環(huán)境造成不利影響，需在切割區(qū)域下方沿鋸片的切割線布置水槽沉淀池，在水槽內(nèi)滿鋪油布或彩條布進(jìn)行水泥漿收集，待水泥漿沉淀后可將上部的清水抽走，下部沉淀的泥漿及時清理至垃圾堆放點(diǎn)。

5 總結(jié)

通過本工程拆除案例，混凝土靜力拆除技術(shù)避免高空高溫拆除時人員密集作業(yè)安全隱患較大、空壓機(jī)及炮頭拆除危險性大、保留結(jié)構(gòu)易破壞等問題。拆除過程中不會引起結(jié)構(gòu)擾動、噪音小，拆除面較為完整、結(jié)構(gòu)保留部分安全功能不減弱，減少勞動力的投入、提高拆除效率，減輕拆除過程引起的環(huán)境污染。助力行業(yè)綠色發(fā)展。