既有建筑绿色精细化拆除改建施工关键技术

杜晓燕

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；

2. 上海建筑工程工业化建造工程技术研究中心 上海 201114

目前我国城市发展逐渐从增量时代转向以存量为主、增存并重，由外延扩张向内涵高质量发展转变。

实施城市更新行动，推动城市空间结构优化和品质提升，是我国“十四五”发展规划的重要内容。而不少位于城市中心区的既有建筑，受建设时期技术水平与经济条件等因素制约，以及城市发展升级需要，已进入功能或形象退化期，需要拆除改建。

传统粗放型的拆除方式，如人工拆除、机械拆除、爆破拆除等，在当前均无法满足建筑密集区绿色环保施工作业要求。

因此，针对周边环境复杂的既有建筑绿色拆除改建需求，基于实际工程项目案例，提出了精细化区域划分与绿色切割技术相结合的拆除改建总体施工方法，从而最大限度降低拆除改建项目施工对周边环境的影响[1-6]。

1 工程概况

1.1 项目简介

某拆除改造项目位于中心城区，其用地西侧和南侧紧邻住宅区，东侧和北侧为商业建筑（图1）。地块形状规则呈矩形，东西总长度约为130 m，南北宽约80 m。原建筑结构体系为钢筋混凝土框架结构，项目地上4层，地下2层，总高19.6 m，总建筑面积30 922 m2。

图1 工程项目位置

改造后的建筑分为商业和住宅两部分。

商业部分为地下2层、地上2层，是将原建筑最上面2层建筑拆除改造而成的，地下1层为商业，地下2层为车库。

住宅部分为地上14层，地下3层，是将原地上4层建筑拆除，并对其基础进行加固改造，将原有的2层地下室改为3层地下室，并在此基础上新建地上14层住宅，如图2所示。

图2 改造后项目规划

1.2 工程特点及难点分析

1）绿色施工要求高。本工程地处中心城区，周边环境较复杂，拆除项目与南侧住宅楼最小距离不足6 m，绿色文明施工要求非常高，施工全过程须保证周边环境不受施工影响。

2）拆除工程体量大。拆除建筑面积约2.9万 m2，建筑物地上4层，建筑高度达19.6 m，拆除范围包括外围幕墙、内部机电管线门窗隔墙、混凝土框架，结构单根（块）构件质量大，整个拆除的体量非常大，必须选择合适的拆除机具及合理的工序。

3）原结构改造工艺复杂。由于上部建筑物的变化，将对地下室进行改造，改造内容包括将原地下2层改为地下3层，并且由于底板受力发生变化，局部底板需要凿除并增加板面、板底钢筋，集水井及电梯井根据后期需求需要增大并进行加深。局部加深时，当破坏原底板结构时，可能会有地下水渗出，故需考虑此部分的降水及排水。

4）工期紧张。既有上部结构拆除又有地下室改造，工期非常紧张，由于改造期间地下室考虑搭设满堂脚手架，可能与底板改造有冲突，使脚手架没有搭设的空间，故必须合理安排施工工序。

2 总体拆除方法

为降低对周围环境的影响至最小，最大程度减少拆除与建造施工扰民，按照拆除区域流程将项目平面分为Ⅰ（轴线 G —轴线 H ）、Ⅱ（轴线 C —轴线 G ）、Ⅲ（轴线A—轴线 C ）等三大区域，结构外围用脚手架进行全封闭围护，从北部中心位置开始拆除，距离周边居民楼最近的南边两跨框架保留至住宅主体结构封顶后拆除，后拆的两跨框架结构和脚手架可以共同形成2层外围护，从而最大限度降低新建建筑主体结构施工阶段对周边居民的影响。该项目的整体拆除施工步骤如下（图3）：

图3 拆除区域划分与总体流程

1）拆除流程一：以北面商铺入口处为拆除作业起点，拆除区域Ⅱ范围内的1—4层上部结构，至标高－0.05 m处；拆除区块Ⅰ范围内的3—4层上部结构，2层楼面上保留高1.5 m墙柱作为女儿墙，即拆除至标高12.25 m处。

2）拆除流程二：拆除区域Ⅱ-b（轴线 C —轴线 F ）范围内的地下1—2层结构，为住宅结构施工创造条件。

3）拆除流程三：待住宅主体结构施工至±0 m处，拆除区域Ⅱ-a（轴线 F —轴线 G ）范围内的地下1层结构。

4）拆除流程四：待住宅主体结构封顶后，拆除区域Ⅲ范围内的1—4层地上结构。

3 地上结构绿色拆除

3.1 平面拆除流程

按照拆除流程划分为14个大区块，按区块顺序进行拆除施工。

平面拆除顺序：0（2层和3层中庭南侧部分连廊）→1（中庭左右两侧）→2（中庭北侧连廊）→3（中庭北侧和左右两侧）→4（中庭北侧连廊）→5（中庭北侧两跨）→6（中庭左右两侧）→主体结构封顶后→7（中庭南侧连廊）→8（中庭南侧）（图4）。

图4 平面区块拆除流程示意

在大区块的基础上，将地上结构按照平面轴线布置划分为93个拆除小区块，每个小区块再按照板→次梁→主梁→柱自上而下的顺序拆除完成后，再开始下一个小区块的拆除工作。

图5给出了典型楼面的切除顺序，其中蓝色区域部分待住宅主体结构封顶后再开始拆除。

图5 典型楼面切割区块

3.2 低影响拆除技术

混凝土静力切割。为实现安全、经济、速度快、噪声小、环保的目标，采用由大功率油压机、传动定位滑轮及带有金刚石锯齿的钢绳组合而成的金刚链切割机进行混凝土切割拆除。

该工艺施工作业速度快、噪声小、震动少、粉尘废气污染少，可以有效减少对周边居民生活的影响，保证周边环境整洁、安全。

切割工序：定位放线→临时支撑→按质量分块放线确认→钻工艺孔、吊装孔→被切构件支撑固定→切割→混凝土块清运。

3.3 构件切割尺寸划分

综合考虑现场施工安全以及切割效率，本项目结构切割量控制在3 m3以内，质量控制在7.5 t以内。施工时可根据现场实际情况合理划分切割段，各构件的切割尺寸不得超过其最大限值（表1）。

表1 构件切割尺寸限值

梁、板具体切割分段如图6所示。

图6 梁、板切割局部示意

3.4 可周转支撑排架布设

为保证工期进度，本次拆除采用机械水平运输，在楼面板、梁拆除时，下方需要设置临时支撑排架。此外，汽车吊、平板车等重型车辆需在地下室顶板上行走，须采用临时加固措施，以避免对原结构产生影响。

拆除构件的支撑架考虑采用钢管扣件式脚手架，在拆除面的下方搭设满堂排架，即从1层搭设至顶层，每拆除一层梁板，随即拆除满堂排架，逐层往下拆。搭设时根据区块划分布置支撑排架，综合考虑施工效率和节约成本等各方面因素，最大限度提高支撑排架的重复周转使用率。初始搭设范围如图7中阴影部分所示。

图7 支撑排架初始布置示意

3.5 拆除要点

安全措施：拆除过程中要求及时搭设楼层边缘及井道内安全防护栏杆、临闭洞口安全栏杆以及外围防护脚手架等。在保证有防护措施的情况下才能进行拆除施工。

拆除后垃圾处理：在施工过程中，垃圾的清理与拆除施工要合理搭配。拆除进行时，所有切割后的混凝土块应及时装车外运到指定的堆场进行后续处理，钢筋与混凝土的分离在不影响运输工具的装运条件下，都不得在楼层面和场地上进行处理。

拆除垂直运输：场地内放置汽车吊，所有混凝土块及拆除建筑垃圾均采用吊车及现场塔吊配合装车外运。

4 地下结构绿色拆除

4.1 拆除范围

图8 地下室楼板拆除范围（地下1层）

4.2 拆除阶段地下室楼板受力分析

以地下室顶板、地下1层结构梁板作为基坑部分拆除时的支撑，为保证结构楼板的安全，通过有限元方法分析其内力及变形情况。依据上海市标准DG/T J08-61—2018《基坑工程技术规范》进行计算。该基坑设计总深9.0 m，按二级基坑进行分析。

根据实际拆除工况分别建立地下室顶板与地下1层梁板结构平面模型进行计算。

模型单元按照结构设计图中的截面尺寸取值，梁板结构采用C30混凝土。楼梯与坡道板由于是既有结构，等效为平面楼板进行计算，因此楼梯间和坡道处按本层楼板厚度进行建模。

南北两侧墙体节点加水平X向约束与竖向约束，东西两侧墙体节点加水平Y向约束与竖向约束，在楼板立柱位置处的节点加竖向约束（图9）。

图9 计算分析模型与边界条件

由于上部结构已经拆除，结构梁板主要承受侧向土压力，不考虑竖向的楼板荷载及结构自重，通过计算，地下室顶板围压为121 kN/m，地下1层围压为352 kN/m，按平面问题进行分析，如图10所示。

图10 围压荷载示意

通过计算可以看出（图11），变形最大值发生在长边，最大水平变形为12.33 mm，小于规范规定的0.3%H=27 mm。

图11 受力分析结果

平面楼板在矩形开口的情况下，容易在矩形角部位置处产生应力集中，楼板最大应力达到17 MPa，超过C30混凝土抗压强度。建议拆除过程中预留加腋结构，具体如图12所示。

图12 留设加腋范围

地下1层板加腋后的水平变形与板单元应力结果如图13所示，可满足受力要求。

图13 加腋后水平变形与应力

5 地下结构拆除安全监测

5.1 监测内容

为保证拆除改造施工全过程安全与质量，须对原结构和周边环境进行监测。

5.1.1 结构监测

梁柱内力：在梁柱表面安装应变计进行测量，监测点设置在内力较大或整体中起控制作用的梁柱上；且在东西两侧加密布设。

板裂缝：在板上选择有代表性的裂缝进行布置，当原有裂缝增大或出现新裂缝时，应及时增设监测点；每条裂缝的监测点至少应设2个，且宜设置在裂缝的最宽处及裂缝末端。在观测现场后对地下2层的板进行测点测设。

土体测斜：土体测斜孔每侧不少于1个，深度大于围护墙5～10 m。在拆除区域的东西两侧各布置2个土体倾斜监测点，距离本工程5 m，每侧监测点间距15～20 m。

5.1.2 周边环境监测

周边管线：监测点位间距15～25 m，垂直、水平点共用；上水、煤气管宜设置直接监测点，并在窨井、阀门、检查井设置监测点。

周边建筑物：监测点设置在建筑物角点、中点，间距6～20 m；基础类型、埋深、荷载不同处，变形缝两侧及通视条件良好处设置监测点。本工程北侧两幢房屋距离本工程场地约6 m，共布置36个点。

5.2 监测频率与报警值

在拆除原结构施工前，即测得各监测项目的初始值。自结构拆除开始，平均每周监测2次，特殊情况，如监测数据有异常或突变、变化速率偏大及变化速率极小时，适当加密或减少监测频率。结构及周边环境监测报警值如表2所示，具体数值根据设计方案决定。

表2 各监测项目监测频率与报警值

5.3 加固控制技术

在监测过程中如发现地下连续墙位移、结构梁的应变和位移超过报警控制值，立即对结构进行加固处理，并停止施工。

地下室中部跨的结构加固：在地下室外墙与结构柱，或在框架柱与框架柱或剪力墙间增加钢梁进行加固，钢梁采用350 mm×200 mm工字钢，钢梁加固前先在框架柱或剪力墙上预埋螺栓。

地下室边跨的结构加固：在地下室外墙与结构柱，或地下室外墙与结构板之间，加设临时φ609 mm×16 mm钢管斜撑，钢管斜撑架设前，先在框架柱或结构板上设置必要的支撑节点牛腿或预埋件。

6 结语

位于建筑密集区的既有建筑物拆除改建工程项目的绿色精细化施工要求高，对周边环境的低影响施工是关键要素。本工程项目通过合理制定拆除区域流程，使得整个新建建筑施工期内对周边环境的影响降至最低。通过精细化区块与构件划分，大幅提高了拆除工效，提升了支撑排架重复周转使用率。采用静力切割技术，极大地减小了对周边居民区的噪声污染。

通过保留部分原结构作为地下围护结构，大幅减少了混凝土内支撑的设置，节约了材料。利用信息化手段，实时监测拆除施工过程中的结构安全和周边环境影响，及时消除隐患，确保施工安全。实现了绿色精细化施工，获得了较好的社会和经济效益。