混凝土結(jié)構(gòu)無損切割技術(shù)的應(yīng)用與研究

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1 工程背景

莆田萬達(dá)廣場綜合體是由于未滿足消防審核而需拆除。需拆除的部位位于大商業(yè)裙樓2 層裙樓屋面圓弧采光棚的正下方，總拆除面積約1 500 m2，1、2、3層層高分別為5.7 m、5.4 m和5.1 m，且在拆除之前2、3層的精裝修吊頂龍骨已安裝完成，屋面圓弧采光棚也已安裝完成。

像大多數(shù)在建項目的拆除工程一樣，莆田萬達(dá)廣場拆除工程施工時，不僅要保證拆除作業(yè)自身和整個在建工程的工期，而且不能對拆除區(qū)域周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響；拆除作業(yè)的部位位于結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，面臨凈空不夠、出入路線受限、結(jié)構(gòu)承重限制吊裝設(shè)備的噸位等種種問題；同時拆除后改造的2層圓中庭在整個工程正常投入運營后將是一個人流量密集的區(qū)域，該區(qū)域施工質(zhì)量必須保證，安全必須嚴(yán)加控制。

2 切割工藝及設(shè)備選型

由于本工程所必需的拆除作業(yè)的無震動特性，主要有以下無損切割設(shè)備：

2.1 蝶式切割機(jī)[1]

蝶式切割機(jī)是在機(jī)器的主軸上安裝圓鋸片，切割機(jī)帶動鋸片高速旋轉(zhuǎn)對墻面或板面進(jìn)行切割。由于其鋸片的直徑所限，更適合于剪力墻、結(jié)構(gòu)板的切割以及小截面鋼筋混凝土梁、柱的切斷。它的線性切割可以使施工截面更齊整，切割移動時更靈活。

2.2 金剛石繩鋸切割機(jī)[2,3]

金剛石繩鋸由鋼絲繩芯、金剛石串珠以及隔離套組成，串珠以一定的間距穿在鋼絲繩芯上，每個串珠由隔離套隔開，工作時，油壓機(jī)帶動傳送帶圍繞被切割物體高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割。作為一種柔性超硬材料切割工具，金剛石繩鋸可以根據(jù)工作場合任意調(diào)節(jié)切割方向，以及通過調(diào)節(jié)鋼絲繩的長度調(diào)節(jié)切割深度，操作起來靈活性很大，尤其適合柱、梁等較大截面構(gòu)件切割。

2.3 水鉆取孔設(shè)備[4,5]

水鉆鉆孔設(shè)備是在金屬圓筒上焊接金剛石節(jié)塊組成鉆頭，再將金剛石鉆頭安裝在各種不同類型的鉆切機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上對混凝土進(jìn)行取孔。金剛石的鉆頭有不同直徑，可以鉆不同規(guī)格的孔，鉆切的深度隨著鉆頭鋼管的長度而變化，通常應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中安裝線纜、固定螺栓或者較厚的大面積板的排孔式切割，本工程主要用于板的吊裝孔的取孔。

3 切割施工

3.1 切割順序

混凝土結(jié)構(gòu)切割拆除按照板→次梁→主梁→柱的順序進(jìn)行，與荷載傳遞的順序一致。

3.2 切割單元的劃分

由于切割作業(yè)發(fā)生在室內(nèi)，根據(jù)樓板的承受力、樓層的層高、凈空以及所選用的吊裝設(shè)備、起重量來進(jìn)行切割單元的劃分。

3.2.1 梁、柱切割單元最大允許質(zhì)量

由于層高、凈空和結(jié)構(gòu)樓板受力的限制，當(dāng)?shù)跹b梁、柱這些比較重的混凝土塊的時候主要采用中小型汽車吊進(jìn)行吊裝。

位于2層的1#汽車吊必須完成1#區(qū)域內(nèi)的梁的吊裝，工作半徑不得小于16 m， 2層圓中庭上空超過高10 m的凈空對吊車吊裝1#區(qū)域北側(cè)的梁不會產(chǎn)生阻礙；該2層板的區(qū)域活荷載為4 kN/m2，根據(jù)板的面積計算出吊車活動區(qū)域內(nèi)能承受的荷載約為320 kN，故位于2樓1#汽車吊的噸位不得大于32 t。1層部位為室內(nèi)步行街（消防通道），其活荷載為20 kN/m2，根據(jù)8.4 m×8.4 m的水平柱網(wǎng)推算，1層結(jié)構(gòu)樓板能承受荷載不小于1 000 kN。

2層的吊車主要是用來吊裝梁，選擇25 t吊車在半徑16 m活動區(qū)域起吊，質(zhì)量為不小于1.9 t，且吊車小于2層樓板所能承受的荷載；1層的吊車是用來吊裝梁和柱單元，由于1層板能承受較大的荷載，2#汽車吊選擇50 t的汽車吊在Φ15 m操作半徑下起吊，質(zhì)量不小于5.1 t。梁切割單元最大允許質(zhì)量為1.9 t，柱切割單元最大允許質(zhì)量為5.1 t。

3.2.2 板切割單元最大允許質(zhì)量

由于板切割后混凝土塊的數(shù)量較多，為加快吊裝運輸?shù)倪M(jìn)度，板的吊裝采用Φ14 mm鋼絞線織網(wǎng)的方式進(jìn)行豎直吊運，由5 t重叉車進(jìn)行水平搬運。Φ14 mm鋼絞線允許的拉力為9.54 kN，板切割單元最大允許質(zhì)量為0.95 t。

3.2.3 梁、板、柱切割單元劃分

單元劃分如表1所示。

表1 主梁、次梁、柱、板切割單元劃分表

3.3 切割施工

3.3.1 板的切割

板的切割采用碟式切割機(jī)，板基本按1.2 m×1.2 m劃分切割單元（圖1）。切割施工前先按照事先劃分好的切割單元將切割線彈在樓板上，然后根據(jù)彈好的切割線，固定切割導(dǎo)軌，安裝切割設(shè)備。設(shè)備安裝完成后，切割施工時一般兩人操作，一人主控，掌握切割方向和深度，一人輔助。 每當(dāng)切割完1 塊樓板，立即將該處樓板吊運出切割現(xiàn)場（圖2）。

3.3.2 梁的切割

在大部分結(jié)構(gòu)板拆除、清理完畢后才能進(jìn)行梁的切割（由于汽車吊的臂長有限，3區(qū)的梁板在2區(qū)梁板切割清理完畢后再進(jìn)行施工。梁的切割采用金剛石繩鋸來切割（圖3）。梁切割之前，切割單元必須劃分好。根據(jù)起重量及梁截面大小，梁切割單元按1～1.5 m不等。在一整根梁全部切割完后進(jìn)行吊裝，梁每個切割單元分離后，在切割之前必須在梁底搭設(shè)好支撐架。沿梁長方向，縱向水平桿設(shè)置在兩側(cè)離梁出來一定距離，比如10 cm左右，且梁底不得設(shè)置縱向水平桿。為便于第1 塊梁混凝土塊的順利吊裝，每根梁必須有1 塊有意切割成“倒梯形”狀，可以通過調(diào)整繩鋸的位置實現(xiàn)。

圖1 板切割示意

圖2 板的切割

圖3 梁底支撐架示意圖及梁的切割

3.3.3 柱的切割

混凝土柱采用繩鋸進(jìn)行切割，由于繩鋸的導(dǎo)軌可以安裝在任意平面上，切割柱時，導(dǎo)軌安裝在柱的側(cè)面上。與柱相連的所有梁切割并吊裝完成后進(jìn)行柱的切割，切割自上而下。柱按2 m劃分1 個切割單元。 繩鋸導(dǎo)軌安裝并檢查完畢后，開始進(jìn)行試運行，先低速進(jìn)行切割，將柱上切除一條凹糟后再逐漸加速進(jìn)行切割，以避免金剛石繩鋸跳鏈。柱子切割下一個單元后，原地待命的吊車立即將柱塊吊離現(xiàn)場（圖4）。

圖4 柱的切割

4 吊裝

4.1 板的吊裝方案

吊裝方案比選如表2所示。

表2 板的吊裝方案

4.2 梁、柱的吊裝方案

（a）停放在2層的汽車吊吊裝1#區(qū)域梁體，同時停放在1層的汽車吊吊裝2#區(qū)域梁體；

（b）將1#、2#區(qū)域的梁拆除完畢、梁底支撐架拆除，運出現(xiàn)場；

（c）停放在2#位的汽車吊進(jìn)入1層圓形采光頂下方，開始周邊一圈梁以及3區(qū)梁板的吊運（圖5）。

柱的吊裝在梁全部吊裝完成以后，現(xiàn)場已沒有任何障礙。此時，吊車停放在1層圓形采光頂部位，使用吊車將2層混凝土塊放置在1層板上，采用小噸位叉車將混凝土塊通過1層南立面步行街入口運送到中間通道，由卡車統(tǒng)一運走。

圖5 梁的吊裝方案及路線示意

4.3 吊裝作業(yè)

4.3.1 板的吊裝

針對現(xiàn)場有限的吊裝施工條件，板的吊裝采用“織網(wǎng)”形式，靈活性、多角度吊裝方案（圖6）。

E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q點均為可固定懸掛鋼絲繩的結(jié)構(gòu)柱，各點均可連通，吊裝時的方位隨各點的連接不同而發(fā)生方位變化，每2 條連接的鋼絲繩交匯處即形成受力點，受力點中心安裝5 t電動葫蘆。吊裝過程中，將每塊切割的混凝土板放在專用承重運輸叉車上，然后運輸至S點。

圖6 圓中庭上空織網(wǎng)示意

為便于板的吊裝，在樓板上采用水鉆取孔設(shè)備鉆取2個吊裝孔，用于切割后的樓板吊裝。吊裝孔呈對角狀布置在樓板上，孔徑為80 mm，采用水鉆取孔。

在板的每個單元切割之前，通過吊裝孔穿好鋼絲繩，切割單元分離后，通過電動葫蘆吊運至1層樓面，然后通過叉車運出切割現(xiàn)場。

4.3.2 梁、柱的吊裝

由于結(jié)構(gòu)梁、柱的截面積較大，相應(yīng)的自重也較大?？紤]到起吊安全性等問題，梁與柱均采用汽車吊吊裝。梁底支撐架上的梁塊吊裝時，需要將吊鉤掛點調(diào)整到梁體中部，以保證構(gòu)件能夠垂直起吊，然后用鋼絲繩捆扎梁塊，完畢后將鋼絲繩掛在吊鉤上。此時啟動吊車，將鋼絲繩略微繃直后，觀察起吊重心是否在構(gòu)件中部，調(diào)整后再繼續(xù)垂直起吊，直至梁塊或柱塊完全脫離原梁柱體。尤其是整根梁的第1塊梁塊吊裝必須特別注意，除了必須選擇1塊事前有意切割成“倒梯形”狀的梁塊外，在垂直吊裝過程中不得晃動、拉扯其脫離原梁體。

5 結(jié)語

綜上所述，著眼于切割工藝與切割設(shè)備的合適選型、切割順序、切割單元的劃分、限制條件下的吊裝方案的確定這幾個關(guān)鍵點，圓滿地完成了莆田萬達(dá)廣場綜合體大商業(yè)圓中庭2層結(jié)構(gòu)的拆除工作。隨著鋼筋混凝土材料更加廣泛的應(yīng)用，以及建設(shè)單位對于工程建設(shè)項目越來越高的要求，會有越來越多邊施工邊拆改的工程項目，也會遇見各式各樣的現(xiàn)場特有的困難。希望本工程無損切割拆除的思路可以給更多的拆除工程以靈感，圓滿、漂亮地完成我們面前的每一項挑戰(zhàn)。