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既有建筑功能升级下的拆解施工技术研究
摘要:随着城市改造升级趋势的大发展,拆除工程不可避免。为顺应建筑全生命周期理论的思想,实现绿色、环保,循环发展的工程建设发展思路,拆除工程的施工技术研究日益重要。本文依据既有建筑功能升级改造工程的特点,介绍了拆除工程的施工方案和常用机械,并提出以拆解技术为主导的施工措施和施工方法,最后简要介绍了相关工程案例。
关键词:拆除方案;常用设备;拆解技术;材料再利用
中图分类号:TU74
最新建筑行业报告显示,一线城市已进入“存量时代”,开始步入有机更新阶段,大型建筑和公共建筑的功能升级、装饰改造逐渐成为流行趋势。在此发展趋势下,拆除工程不可避免。但以往项目管理中,常常将拆除工程等同于破坏施工,除安全问题受到一定程度的关注外,施工技术和方案管理方面几乎被完全忽视。随着建筑全生命周期理论的提出,拆除工程作为“生产→建筑→利用→拆卸→再生产/再利用”的循环发展思路的重要一环,其技术方法和管理手段应该得到重视。与大拆大建的拆除工程不同,功能升级式的装饰改造项目一般不涉及主体结构的变更,较多的体现在外围护构件拆改(比如幕墙翻新)、室内装饰拆除、非承重墙拆除以及梁板开洞等项目上,因此常用拆除方式以人工拆除为主,辅以小型拆除工具或采用静力切割技术进行施工。
1 拆除工程常用机械及新技术介绍
1.1常用机械
拆除设备可分为三类:手动设备、电动设备和大型机械设备。锤子、风镐、电动锤钻、卷扬机、电动葫芦等都是常见机械工具。
(1)混凝土破碎设备:电镐、小型镐头机、小型液压锤。
(2)静力切割设备:金刚石静力切割设备(绳锯、墙锯、水钻等)。
1.2拆除工程新技术
1.2.1 静力破碎剂
其拆除原理是在拟拆除的建筑部位上打孔,将静力破碎剂与水搅拌后调成流动性较好的粘状液体,灌入建筑破碎孔中,破碎剂晶体固化膨胀产生作用力对建筑做功,一般该过程仅需30~120分钟,建筑构件即会自行涨裂破碎[3]。静力破碎剂是一种不燃、不爆、无毒、高膨胀,以氧化钙为主的无机粉末材料。静力破碎技术能够解决部分建筑无法使用爆破拆除而又必须进行破碎的工程,目前该技术主要用于建筑物的无声拆除、基础的破碎拆除、岩石块体的开采使用中。
1.2.2 共振法
共振法是利用共振原理实施拆除的施工方法。其使用原理是将建筑物简化为结构模型,计算出建筑物的自振频率,然后在物体质心或刚度中心安装驱动装置,产生施工周期外荷载使其发生共振,以达到机械受损,从而实现构件的拆除。此方法常用于墙体拆除和混凝土的破碎,便于垃圾分类回收。相比于爆破拆除,其产生的振动、粉尘和冲击波对周围建筑的影响小,并且共振设备可以循环使用,降低拆除施工的成本。
1.2.3 气切法
气切法在建筑拆除的应用原理:采用氧—乙炔燃烧时产生的高温来熔化混凝土,从而切割混凝土。混凝土的熔点在1800~2500℃,而氧气燃烧最高温度为3000℃,乙炔燃烧最高温度为3600℃,所以根据氧乙炔或者纯氧燃烧切割金属的原理来切割混凝土[3],将混凝土切割成块状,然后进行吊装拆除。气切法适用于楼板、梁柱拆除,操作灵活,可用于保护性拆除项目,比如楼板开洞、局部拆除、拆除装饰层等作业。
2 主要构件的拆除施工
2.1 室内装饰层拆除施工
拆除流程:电气设备拆除天棚吊顶、门楣装饰及钢架拆除墙面饰面板、柱面饰面拆除地面面层材料拆除。
拆除遵循由上而下,先简单后复杂的原则。空调设备先拆除上部的给排水管道,后拆除下部结构。电器设施确认断电后,根据线缆走向进行拆除,先拆除线缆再拆除设备。
天棚吊顶先拆除装饰面板,再拆除龙骨等结构,边拆边清。墙面及柱面装饰层拆除方向由外侧向里侧拆除,便于垃圾清理拆除前。视其强度选择风镐粉碎、榔头敲击及撬棒拆除,无论采取何种工艺,必须确保安全。
平整的地坪对于垃圾清理和运输十分有利,因此地面拆除在墙顶面拆除后实施。瓷砖、大理石地面及混凝土面层直接使用风镐破碎,由两端向中间拆除,垃圾短驳的斗车行驶于未拆除的地面,增加垃圾清运的效率。
2.2 非承重墙的拆除施工
对于砌块墙或石膏板隔墙等非承重墙,可以使用风镐或榔头直接拆除。拆除时从上到下进行,一层一层往下拆,拆除前需做标记,以防拆错。利用小型液压锤等机械施工时,可采用先在墙体中间打洞,再向四周扩散的施工方式。对于钢筋混凝土墙体或含柱的砖墙,可先在根部打出楔口,后推到拆除。
2.3 梁板拆除施工
梁板拆除时要根据结构的受力特点,安排先板后梁,先次梁后主梁的施工顺序。改造工程中混凝土梁板常常为局部开洞而非整体破坏,是一种保护性拆除方式。当前仍以粉碎方式为主,即先采用风镐或镐头机等设备锤碎混凝土,使其与钢筋分离,清理后再使用氧-乙炔设备切割钢筋。此方式施工时噪音、扬尘控制难度较大。另外,也可以选择静力切割的方式将梁板构件与原结构断开,再使用吊装机械吊运出场地。
3 拆解技术[4]及材料再利用
3.1 拆毁施工与拆解施工的不同
建筑拆除方式可按照拆除目标、精细程度不同分为拆毁方式和拆解方式。拆毁施工是粗放型的破坏式的,追求快速、高效、安全的机械化施工或爆破施工。而拆解方式,或称选择性拆除,更加精细化,意将建筑分为不同部分,将不同材料分离拆除,分类回收,促进材料的再利用和回收利用。
在改造升级项目中,由于不涉及主体结构拆除,拆除施工通常被视为项目的前期准备工作,交给装饰总承包包揽施工。为了缩减施工时间,大多工程采用拆毁方式以达到快速施工的目的。这不仅不利用施工环境的控制,而且拆毁后的粉碎性垃圾回收率低只能就地掩埋,巨量的建筑废弃物造成更大的环境污染。相反的,通过拆解技术,将建筑旧材料完整的保留,经过简单处理后就可再利用,大大减少二次加工的资源浪费和环境污染。更有研究表明,当材料回收实现90%时,拆除所需的时间和资金成本降低甚至超过50%[4]。所以通过拆除管理实施拆解技术施工,实现废旧材料利用的最优化,不仅大大降低对综合环境的影响,更能实现施工成本优化。
3.2 拆解技术的实施方式
拆解技术更适用于人工拆除,辅以必要的拆除机械的拆除方式。为了更大程度的保留旧材料的完整性,需对材料进行细致的分类,必要时尚需按照构件组装方式逆向拆除,这无疑增加了人工成本和时间成本的前期投入。因此施工之前,需对拆解的可行性和必要性作出评估报告,根据评估报告选择实际的拆除方式。
拆除施工前,对项目现场进行详细的实地考察,确定建筑物内哪些项目适合拆解,并制定拆除方案。拆除方案需对项目拆解步骤和计划、拆解清单、再利用方式进行分析和阐述。
拆解步骤和计划是拆解技术管理的重中之重。建筑拆解可采用多种策略,整体拆解可行,局部拆解亦可。根据建筑实际状况决定拆解范围,选择单件拆解或者成块拆解后分离;确定拆除方式,即人工分解方式和机械工具选择。并按照“由内至外,由上而下,由维护至结构”的顺序进行。
拆解清单列明需拆解的构件名称、质量现状、连接方式和拆解方式以及注意事项。如标明木结构的拆解方式,收集归类时注意剔除杂质,避免木材中含有的金属、砂石等废料损伤刨花制备设备。
再利用价值分析中阐述旧材料的再利用方式,选择旧材料交易市场或者现场自行处理利用,并估算再利用取得的实际价值。
通过制定细致严格的拆解计划及实施方案,不断提高材料利用率,使建筑拆解施工获得良好的环境、经济和社会效益。
3.3 材料保留与再利用
再利用和回收利用是两种不同的旧材料处理方式。回收利用是指回收材料经粉碎、熔化等加工处理后,作为原材料生产建筑构件和产品的处理方式。而旧材料再利用则是对旧材料采用拆解、切割、去污、加固等方法处理,在不改变其固态形式的条件下直接用于建筑使用。拆毁后的回收利用的加工过程无疑是对资源的再次消耗,同时不可避免的对环境造成污染。而建筑材料保留和再利用不存在此类问题。
因此在功能升级的改造项目中,可以适当考虑对现状的原样保留以及再利用设计。改造升级并非全拆全建,在方案设计和实施过程中可以从两个方面考虑对原建筑的保留和利旧。一方面是对建筑中独具特色的装饰部位和材料的保留,经过加固、整改、清洁等简单处理或者经过设计师的重构设计,使其以全新的面目展现在新设计中,起到“时间提示”的作用,独具个性的保留设计更是历史岁月的真实见证[4]。另一方面是对附属区域的原样保留和维修,由于附属部位和后场区域通常不是改造项目的重点,处理方式也大同小异。在现状完整性较强的情况下,简单的维修达到使用功能即可。
同时在拆除过程中,需仔细对比改造前后的功能变化,确定拆除部位,避免拆多拆错,二次重复施工的情况发生,此类情况常见于墙体拆除中。
从建筑全生命周期的思想层面上考虑,在建筑材料使用寿命内将材料拆毁、粉碎、作为原材料二次加工,大大增加了建筑材料生命周期内的资源消耗、能源使用和废物排放量,其本质是缩减了材料的使用寿命。所以选择保留和利旧方案完全符合建筑全生命周期循环经济的先进性。
4 工程案例
4.1 工程概况
工程为商场升级改造项目,原平面布局及装修风格建于二十世纪初,已不适应现代商场的使用要求,所以对其进行全面的改造升级。商场共六层,建筑面积约6万平方米,主体为框架结构。涉及的拆除项目包括地面面层材料、天棚吊顶、墙面装饰面、门楣饰面及钢架、柱面饰面等装饰层、部分电气设备,非承重砌体填充墙拆除及井字梁板拆除等。本工程实为保护性拆除,在拆除装饰层时不能破坏原骨架、原始结构。
4.2 拆除施工前准备工作
(1)办理拆除工程相关报批手续及施工方渣土外运手续等;
(2)制定设备拆除清单,确定现场管线的切断,确定临时施工用电用水的连接等事项;
(3)地面垃圾临时堆放点进行围挡,并准备覆盖垃圾的防尘滤网等;
(4)充分做好人员、机具进场工作,配备好足够的管理人员和施工人员,按要求从规定的出入口进出场;
(5)办理好施工队伍的进场安全教育和安全交底等手续;
(6)布置安全宣传标语,设置安全标志和警戒区域。
4.3 拆除拆解方案
根据工程建筑物结构情况及待拆除项目的特性,确定采用人工拆除,拆除梁板时辅以小型机械设备,如绳锯、电镐、空压机等。每层的拆除顺序:由上而下,首先拆除天棚吊顶、门楣装饰及钢架,其次拆除墙面饰面板、柱面饰面,最后拆除地面面层材料。现场清理后,检查结构实际状况,再进行墙体、梁板拆除、开洞施工。
(1)装饰层、固定家具、门窗拆除
施工前对现场进行详细考察,制定拆解清单,将门窗、家具、木饰面层、金属等分类拆除回收。吊顶的天花板为单体小、薄板结构,多为石棉或塑料材质,无回收利用价值,人工使用撬棒等工具直接拆除。轻质龙骨直接使用人工拆解、整理。对于较大的龙骨拆除需使用气割,气割时做好防火准备。
墙面饰面板主要为石膏板及石膏板隔墙,柱面主要为板材,使用撬棒可直接拆除至原始结构。本工程的地面面层材料主要为大理石地面,有少部分混凝土面层,直接使用风镐破碎拆除,由东西两端向中间拆除,便于运输垃圾车通行。
(2)井字梁板拆除
为满足最新的消防规范的要求,本工程建筑内部增设多部消防楼梯,因此多位置楼板需切割开洞,进行局部保护性拆除施工。建筑结构层高6m,拆除位置为井字梁结构。梁为矩形截面,截面尺寸为180mmX450mm,板厚约120mm,均为钢筋混凝土结构。结合拆除构件的特点,此处板构件可采用人工机械相结合方案,使用小型镐头机破碎混凝土,清理后再切割钢筋。镐头机选择时注意楼板承重安全,行驶过程中沿梁运行,尤其不可驶入切割钢筋后的悬挑板周围。梁构件采用静力切割方案,施工机具选择水钻、绳锯、墙锯等相结合,整体一次性整垮切除,调运出场地后采用人工破碎,分离回收钢筋。不停业施工时,遇到板下不可清场的情况下,混凝土板也可采用静力切割方案,利用上下钢梁和螺杆固定板面,待切割完毕后直接整体吊运即可。
参考文献
[1]建筑拆除工程安全技术规范(JGJ147-2016)[D].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2016.
[2]王超,王义荣.北京某历史性建筑局部拆除施工技术[J].建筑技术开发,2011(4):38.
[3]张宸浩.拆除工程管理知识体系构建及技术方法研究[D].绍兴:绍兴文理学院,2017.
[4]贡小雷.建筑拆解及材料再利用技术研究[D].天津:天津大学.2010.
作者简介:郭良倩(1991—),女,汉族,江苏徐州人,硕士学历,工程师,研究方向:建筑施工。