底板液壓劈裂拆除施工關(guān)鍵技術(shù)研究

汪 剛 任文博 唐 宏 卓世華 胡 剛 王繼續(xù)

中建三局集團(tuán)有限公司（滬） 上海 200129

液壓劈裂機(jī)通常應(yīng)用于石料開采、廢石清除、舊建筑結(jié)構(gòu)拆除、各類搶險(xiǎn)救災(zāi)等場景，而應(yīng)用于建筑底板拆除的施工案例罕見。究其原因，一是需對底板進(jìn)行拆除改造的案例較少，二是底板拆改直接使用劈裂施工的工效較低，不具備可操作性。本研究將基礎(chǔ)底板拆改與液壓劈裂拆除相結(jié)合，在劈裂施工前對底板進(jìn)行初步處理，在達(dá)到適宜進(jìn)行液壓劈裂拆除的狀態(tài)后，再進(jìn)行液壓劈裂施工。此舉極大地提升了液壓劈裂在基礎(chǔ)底板拆除時(shí)的施工工效，使得液壓劈裂在底板拆除中有了實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值[1-4]。

1 項(xiàng)目簡介

本研究以上海市普陀區(qū)長征鎮(zhèn)214、210街坊商辦樓項(xiàng)目為依托，項(xiàng)目東鄰大渡河路（下有規(guī)劃軌道交通15號線），南靠梅嶺北路，西瀕中江路，北枕武寧路。工程T3—T6塔樓和其地下部分相關(guān)建筑功能和結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變，導(dǎo)致已完成的地下室和基礎(chǔ)底板需要進(jìn)行拆除改造。底板拆除范圍的面積約2 400 m2，混凝土拆除量約2 000 m3，原基礎(chǔ)底板大面積板厚為800 mm，局部深度為3.8 m，底板面標(biāo)高為－11.05 m。新建底板大面厚度為1 400 mm和1 600 mm，底板內(nèi)新增數(shù)個(gè)基坑，新建底板面標(biāo)高維持在－11.05 m不變。

2 底板液壓劈裂拆除施工

2.1工藝原理

在底板上層鋼筋割除后的底板面上定位布孔，插入劈裂機(jī)的分裂器，尖劈在液壓壓力的作用下向前端移動，同時(shí)兩側(cè)楔形片在尖劈運(yùn)動作用下向兩側(cè)擠壓，在楔形片與混凝土接觸面產(chǎn)生巨大側(cè)向應(yīng)力。由于素混凝土的抗拉性能較差，在巨大側(cè)向應(yīng)力作用下會產(chǎn)生貫通裂縫，通過此方法即可將底板中部素混凝土破碎，再將碎渣清出底板。

2.2技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1 劃分底板豎向拆除分區(qū)

液壓劈裂拆除是利用混凝土抗拉性能較差的特點(diǎn)，而底板鋼筋與素混凝土結(jié)合后彌補(bǔ)了素混凝土抗拉性能較差的問題，導(dǎo)致直接在底板上進(jìn)行劈裂施工的效果不佳，實(shí)際施工效果不理想。為提高底板液壓劈裂拆除效率，沿底板剖面將底板拆除工作分為面筋剝離區(qū)域、靜力破碎區(qū)域、底筋打鑿區(qū)域（圖1）。

圖1 底板拆除豎向分區(qū)示意

面筋剝離區(qū)域采用人工風(fēng)鎬打鑿的方式清除與底板面筋結(jié)合的混凝土，再將裸露的上層鋼筋割除后統(tǒng)一回收；靜力破碎區(qū)域?yàn)樗鼗炷羺^(qū)域，有利于液壓劈裂施工的開展，此部位采用劈裂施工較傳統(tǒng)機(jī)械打鑿能夠顯著提升拆除效率；底部的底筋打鑿區(qū)域和防水層、墊層部分采用人工或小型挖機(jī)進(jìn)行破碎清理。

2.2.2 底板拆除后臺液壓控制

劈裂過程中應(yīng)在后臺進(jìn)行液壓監(jiān)控，一是控制劈裂力的大小，二是監(jiān)控液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性，以保證施工過程中不發(fā)生危險(xiǎn)事故。得出最理想的劈裂值對于指導(dǎo)劈裂施工具有重要意義。由于尖劈端部的角度很小，可將實(shí)際劈裂力P近似看為尖劈斜面處的正壓力Pn。

由式1可知，實(shí)際劈裂力P與工作油壓p0成正比關(guān)系。但在劈裂過程中產(chǎn)生的摩擦力在實(shí)際施工中無法忽視，施工中的實(shí)際劈裂力僅為理論值的30%～60%，且摩擦力會隨著劈裂力和工作油壓的增大而增大（圖2）。故在劈裂施工過程中不能盲目增大后臺工作油壓，需要將油壓保持在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，以保證劈裂施工的經(jīng)濟(jì)性。

圖2 工作油壓與利用效率關(guān)系曲線

混凝土的破壞荷載N的計(jì)算方法如式（2）所示。

式中：fts——混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，由同條件試塊試驗(yàn)測得。

液壓劈裂施工過程中，要求分裂器產(chǎn)生的劈裂力P不得小于混凝土的破壞荷載N，即P≥N，由式（1）和式（2）可得：

故后臺工作油壓p0控制在p理想時(shí)，劈裂施工最為經(jīng)濟(jì)合理，施工過程中嚴(yán)禁后臺工作油壓超過設(shè)備說明書中所要求的最大油壓，以確保施工過程安全可靠。

2.2.3 液壓劈裂布孔間距設(shè)計(jì)

混凝土為脆性材料，當(dāng)混凝土所受應(yīng)力達(dá)到破壞荷載后會突然斷裂。劈裂的裂縫作用范圍主要與分裂器的劈裂深度有關(guān)，每次試驗(yàn)控制后臺油壓值略高于p理想，確保混凝土能被順利劈裂，得出劈裂深度H與裂縫作用半徑R的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布情況如圖3所示。

圖3 劈裂深度與裂縫作用半徑的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，裂縫作用半徑R與劈裂深度H為線性遞增關(guān)系，即：

式中：x——相關(guān)系數(shù)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可近似估算為0.5。

液壓布孔原則要求各分裂器產(chǎn)生的裂縫相連，則布孔間距D≤2R＝H，即布孔間距不得超過H×H。

2.3施工工藝流程

切割線施工→底板面筋剝離→定位布孔→劈裂破碎施工→碎渣清理→底層處理→底板回筑

2.4工序要點(diǎn)

2.4.1 切割線施工

沿底板拆除線，設(shè)置先行拆除區(qū)域，預(yù)留出劈裂的應(yīng)力釋放區(qū)間，保證劈裂拆除過程中保留底板不被劈裂破壞。使用鉆孔取芯進(jìn)行底板切割，將保留底板與拆除部分切斷。施工中需控制水鉆切割深度，要求切割深度不得超過原底板底層鋼筋，底層鋼筋至防水層之間的混凝土采用人工清理，以確保原底板底筋與原防水層不被破壞。

2.4.2 底板面筋剝離

使用人工風(fēng)鎬打鑿的方式將底板面筋混凝土剝離，再將裸露的鋼筋割除后統(tǒng)一回收處理。

2.4.3 定位布孔

1）孔形選定：選用風(fēng)鎬或取芯鉆孔等進(jìn)行開孔，開孔直徑取決于分裂器孔徑，孔底深度略深于液壓劈裂深度H。

2）鉆孔布孔，根據(jù)分裂器的作用范圍提前布置好孔位，孔位可按照H×H的間距布置。

2.4.4 液壓劈裂施工

1）沿底板拆除方向在孔內(nèi)放置分裂器，要求所有分裂器的兩側(cè)楔形片方向與底板拆除方向一致，以確保擠壓破碎形成的裂縫與拆除方向垂直，便于后續(xù)碎渣清理。

2）準(zhǔn)備工作完成后，啟動劈裂裝置進(jìn)行擠壓破碎施工，通過分裂器產(chǎn)生的巨大側(cè)向應(yīng)力使底板混凝土破碎，整個(gè)劈裂破碎過程持續(xù)約1 min。

3）劈裂作業(yè)過程中持續(xù)關(guān)注后臺液壓設(shè)備的壓力值，確保壓力值控制在正常范圍之內(nèi)（控制值為p理想，且不高于設(shè)備說明書中所要求的最大油壓），當(dāng)工作壓力超過正常范圍時(shí)應(yīng)立即停止劈裂施工，避免發(fā)生意外事故。

2.4.5 底層處理和后續(xù)施工

在液壓劈裂完成素混凝土的破碎拆除后，剩余較少的底層鋼筋、防水層、墊層區(qū)域則采用人工打鑿的方式進(jìn)行清理，需要深挖的區(qū)域采用小型挖機(jī)施工。底板全部拆除清理完成后，進(jìn)行新建底板的防水層、鋼筋綁扎等后續(xù)底板回筑施工。

3 結(jié)語

本文通過對傳統(tǒng)機(jī)械打鑿的施工弊端進(jìn)行分析，將底板拆除與液壓劈裂技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化了建筑底板的拆除方法。通過對底板豎向拆除分區(qū)的劃分、后臺液壓控制值理論的計(jì)算、劈裂深度與裂縫發(fā)展的關(guān)聯(lián)等進(jìn)行研究，提升了液壓劈裂施工的實(shí)際施工效果，并且在施工過程中降低了底板拆除對周邊環(huán)境的影響，產(chǎn)生了較少的污染，同傳統(tǒng)機(jī)械打鑿方式相比具有明顯優(yōu)勢，并符合行業(yè)內(nèi)綠色施工的發(fā)展要求。

綜上，本研究總結(jié)出一套在盡量減少影響既有結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的情況下進(jìn)行底板拆除的施工方法，為今后各類結(jié)構(gòu)拆改施工提供了借鑒，對補(bǔ)充完善結(jié)構(gòu)拆改的技術(shù)體系做出了一定的貢獻(xiàn)。