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城市更新中地下室拆除结构安全控制孙一玺

发表时间：2020/7/27 来源：《基层建设》2020年第9期作者：孙一玺刘梅高程琳

[导读] 摘要：城市更新重建项目中往往伴随着旧有结构的拆除。

        上海市工程建设咨询监理有限公司上海 200433
        摘要：城市更新重建项目中往往伴随着旧有结构的拆除。现结合工程实例，在整个地下室拆除过程中，就作为安全控制重点的原有结构施工过程的受力安全、位移及内力监测方案及临时加固措施和验算3个方面进行了粗浅的分享和讨论。
        关键词：城市更新；地下室拆除；结构安全；稳定验算
        The Safety Control of Demolition Structure of Basement in Urban Regeneration
        SUN Yixi,LIU Mei,GAO Chenglin
        Shanghai Engineering Constrction Consultants &Supervision Co.,Ltd.,Shanghai 200433,China
        Abstract: Urban regeneration and reconstruction projects are often accompanied by the demolition of old structures.Now with engineering examples,the stress safety,displacement and internal force monitoring scheme, temporary reinforcement measures and calculation of the original structure construction process, which are the focus of safety control, are discussed in detail.
        Key words: urban regeneration; demolition of basement; structure safety; stability checking computation
        0引言
        城市更新是对已经不能与现代化城市的经济发展、社会发展以及生活需求相适应的地区进行的有计划性的改造工程，其目的是通过对城市中发展较慢的区域进行拆迁、改造、投资和建设，获得更好地发展和繁荣、并为整个城市的发展提供新动力[1]。
        随着我国经济持续良性向好发展和城镇化率的不断提高，城市更新范畴的工程数量也越来越多。城市更新重建项目的施工环境一般都比较复杂，其中旧有结构，尤其是地下结构的拆除安全问题是一大难题。本文希望借助工程实例，对地下结构拆除安全控制技术和要点进行粗浅的探讨。
        1工程概况
        闸北广场合并重建项目为同一业主在自有土地上进行的城市更新项目，由一栋36层塔楼、一座3层裙楼以及一处3层地下停车库组成，基坑边缘距用地红线最近处仅2.1m。原闸北广场一期项目设有2层地下室，基坑开挖深度约10m。此次拆除包括原有地下室顶板、中楼板及底板等板类构件的破除以及框架梁、柱、墙体等构件的拆除。
        其中，地下室顶板板厚为200mm；中楼板（即地下1层楼板）板厚大部120mm，局部150mm；大底板板厚为1.4m至1.8m（局部4m）。主楼区域框架柱最小截面尺寸为800×800mm。框架主梁截面尺寸为450×700mm，次梁尺寸为300×600mm，轴网跨距8m。

        图1待拆除地下室范围平面示意图
        地下结构尤其是横向受力支撑体系的拆除，会对基坑安全造成重大影响。因此本工程拟在原地下室顶板下部及大底板上部共设置两道钢筋混凝土支撑，并在相应位置设置一圈环梁，以保证结构拆除过程中基坑安全，并为后续新建工程施工提供便利。第一道支撑在顶板破除后施工，第二道支撑在底板破除前施工[2]。
        2旧有地下室结构的破除技术路线及结构安全控制
        支撑施工及结构拆除的交替，即“换撑”的时机的选择尤为重要。在这个过程中，水平力由原结构承担变为由增设的混凝土支撑承担，如若控制不当，可能会导致基坑侧壁内倾甚至坍塌的危险。同时，旧有结构拆除将产生大量建筑废料，将其临时堆放至楼板上，后续再利用吊车清除不失为一个简单可行、效率尚可的办法。但是，在考虑地下1层破除时，将建筑废料直接堆放至厚度仅为120mm中楼板上很可能会超过原设计承载力要求，因此在考虑直接利用旧地下室中楼板临时承接废料的情况下必须对其进行结构安全验算。
        基于以上因素，本工程施工流程为先行对旧地下室顶板、框架梁、上层框架柱、墙体等结构进行拆除，接着利用中楼板搭设排架并立即进行第一道支撑施工，待其达到设计强度100%后再进行后续破除工作。同理，在破除地下室大底板前，也及时进行第二道支撑施工并待其达到设计强度后再进行破除作业。各层拆除时则按照先楼板、后次梁、接主梁、末立柱的顺序进行。
        关于地下1层拆除建筑废料临时堆放荷载作用下结构安全计算，经查阅资料得知原设计地下室B1层活荷载标准值为4kN/m2。在废料堆放阶段不希望中楼板出现明显裂缝或变形，所以按照正常使用极限状态下荷载组合的分项系数对其进行考察，取分项系数γQ=1.0，即明确堆载不能超过原活载设计值。同时，在实际工作中我们考虑80%的安全系数，留有20%安全余量，因此最终确定堆载不能超过3.2kN/m2。拆除工作主要分三步进行，即楼板拆除、框架梁拆除及外墙拆除。
        顶板厚度为200mm，钢筋混凝土容重取25kN/m3，可得顶板废料面荷载为25×0.2=5kN/m2，这远大于先前确定的3.2kN/m2，因此在顶板拆除时，不可全部堆放至中楼板上最后再进行吊装外运工作。最终，以跨距构成8×8m方格为单位，每破除约一半体量的顶板时便至少对建筑废料进行一次集中清理外运。同理，我们得出拆除外墙时将其全部堆载至一跨内是不安全的，而应将其分散至相邻内跨处。而拆除结构梁时将其全部堆在同跨内则是安全的。
        3底板垂直位移及围护结构变形监测
        旧有地下结构拆除涉及地下环境复杂、拆除工期长，可能会出现地下室内外水土压力旧有平衡体系被打破、底板在水土压力作用下产生位移的情况发生；同时，新增设的围护结构及钢筋混凝土支撑也可能在复杂周边环境的影响下产生未预料的变形和内力，甚至裂缝的出现。防患于未然，作为安全保护的一环，在地下室结构拆除过程中对底板垂直位移、围护结构侧向变形值及钢筋混凝土支撑内力监测是必不可少的。
        为掌握地下室结构拆除过程中底板的垂直位移，按照均布原则，本工程以冲击钻埋设、水泥砂浆填缝的形式在大底板布置了共8个沉降标作为沉降观测点，以1次/天的频率进行标高测量，并拟定了根据一定情况加密监测频率的事项，如长时间连续降雨、周边地面突发沉降等，并以总变化量（20mm）及变化速率（连续3d日变化量达到2mm）两个指标控制监测报警时机。

        图2地下室底板监测点平面布置示意图
        围护结构变形监测点则在围绕旧地下室结构的曲线上布置在钢筋混凝土水平支撑横向水平杆的跨中位置（可能产生较大变形的远离支点处），共20处，同样每天进行1次围护结构顶部变形监测。若围护结构侧向变形超过报警值，则立即检查混凝土支撑是否有裂缝等异常情况，并对裂缝宽度及相应支撑杆件轴力进行测量。
        4钢管支撑排架临时道路加固
        作为城市更新项目，施工场地拥挤、环境复杂，没有多余空间以供大型机械进行围护结构地下连续墙的施工，因此大型机械只能在旧地下室结构顶板上作业。为确保安全，必须在对机械进场前对顶板进行临时加固。本工程对围护结构内侧12m范围内重型车道进行加固，包括顶板上浇筑30cm混凝土、顶板下搭设钢管支撑架等措施。
        其中，对钢管支撑架进行安全验算是确保结构安全的重中之重，在满足规范构造要求的基础上，还需要对顶托梁的抗弯强度、挠度以及立杆的强度和稳定性进行验算（立杆支撑在中楼板及大底板上，因此无需进行地基承载力计算）。此处仅展示立杆稳定验算方法（搭设于地下，不组合风荷载）。本工程最危险位置架体搭设从大底板至顶板，架设高度为8.4m、步距1.8m、纵距和横距均为0.5m、顶托伸出长度0.2m，采用Φ48×3.0钢管。按最不利工况计算，最重机械为220t履带吊（自重230t），起吊地连墙钢筋笼重量40t，同一跨内最多停放1台。
        立杆稳定性验算公式为[3]：

        5结语
        城市更新重建项目往往伴随着旧有结构的拆除工作，而地下室结构的拆除相比地上结构的拆除，往往伴随着深基坑等作业内容，除了结构安全外，通常还需要额外对基坑安全进行控制和重点关注。相应地，对支撑结构和围护结构的施工方案设计和验算，成为了除了结构本身安全验算的另一必要内容。同时，地下室结构处于复杂的水土环境之中，不可预测的因素相对较多，因此做好必要的监测工作，在适当位置布设相应的位移或内力监测点也是其拆除施工过程的重点安全控制内容。
        随着我国经济社会的持续进步和城市建设水平的不断发展，未来城市更新项目必然雨后春笋般大量涌现。这类项目存在的场地环境狭小、周边环境保护要求高以及地下结构深度较大等内生特点，必然导致地下结构拆除的安全控制成为伴生的难题。本文对拆除技术路线及施工废料临时放置点的安全考量、对结构底板及支撑进行周期监测的策略、以及对狭小场地内临时道路加固方法及安全性的探究，将为城市更新重建类项目的结构拆除安全性控制提供一种切实可行、经济适用的思路和经验。
        参考文献
        [1]周建梁.城市更新方式的多样性研究[J].上海房地，2019(2):9-11.
        [2]陈新安,黄亮,王良波等.既有地下结构改造后支撑技术应用[J].施工技术,2015,44(17):116-119.
        [3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范:JGJ130-2011[S].北京:中国建筑工业出版社，2011:20-21.
        作者简介：孙一玺（1995—），男，学士，助理工程师。
        通信地址：上海市杨浦区营口路588号8楼（200433）
        电子邮箱：yixisun@alumni.tongji.edu.cn
        收稿日期：2020-05-13