混凝土结构无损切割技术的应用与研究

中国建筑第四工程局有限公司 广州 518000

1 工程背景

莆田万达广场综合体是由于未满足消防审核而需拆除。需拆除的部位位于大商业裙楼2 层裙楼屋面圆弧采光棚的正下方，总拆除面积约1 500 m2，1、2、3层层高分别为5.7 m、5.4 m和5.1 m，且在拆除之前2、3层的精装修吊顶龙骨已安装完成，屋面圆弧采光棚也已安装完成。

像大多数在建项目的拆除工程一样，莆田万达广场拆除工程施工时，不仅要保证拆除作业自身和整个在建工程的工期，而且不能对拆除区域周边结构产生不良影响；拆除作业的部位位于结构的内部，面临净空不够、出入路线受限、结构承重限制吊装设备的吨位等种种问题；同时拆除后改造的2层圆中庭在整个工程正常投入运营后将是一个人流量密集的区域，该区域施工质量必须保证，安全必须严加控制。

2 切割工艺及设备选型

由于本工程所必需的拆除作业的无震动特性，主要有以下无损切割设备：

2.1 蝶式切割机[1]

蝶式切割机是在机器的主轴上安装圆锯片，切割机带动锯片高速旋转对墙面或板面进行切割。由于其锯片的直径所限，更适合于剪力墙、结构板的切割以及小截面钢筋混凝土梁、柱的切断。它的线性切割可以使施工截面更齐整，切割移动时更灵活。

2.2 金刚石绳锯切割机[2,3]

金刚石绳锯由钢丝绳芯、金刚石串珠以及隔离套组成，串珠以一定的间距穿在钢丝绳芯上，每个串珠由隔离套隔开，工作时，油压机带动传送带围绕被切割物体高速旋转进行切割。作为一种柔性超硬材料切割工具，金刚石绳锯可以根据工作场合任意调节切割方向，以及通过调节钢丝绳的长度调节切割深度，操作起来灵活性很大，尤其适合柱、梁等较大截面构件切割。

2.3 水钻取孔设备[4,5]

水钻钻孔设备是在金属圆筒上焊接金刚石节块组成钻头，再将金刚石钻头安装在各种不同类型的钻切机的旋转轴上对混凝土进行取孔。金刚石的钻头有不同直径，可以钻不同规格的孔，钻切的深度随着钻头钢管的长度而变化，通常应用于混凝土结构中安装线缆、固定螺栓或者较厚的大面积板的排孔式切割，本工程主要用于板的吊装孔的取孔。

3 切割施工

3.1 切割顺序

混凝土结构切割拆除按照板→次梁→主梁→柱的顺序进行，与荷载传递的顺序一致。

3.2 切割单元的划分

由于切割作业发生在室内，根据楼板的承受力、楼层的层高、净空以及所选用的吊装设备、起重量来进行切割单元的划分。

3.2.1 梁、柱切割单元最大允许质量

由于层高、净空和结构楼板受力的限制，当吊装梁、柱这些比较重的混凝土块的时候主要采用中小型汽车吊进行吊装。

位于2层的1#汽车吊必须完成1#区域内的梁的吊装，工作半径不得小于16 m， 2层圆中庭上空超过高10 m的净空对吊车吊装1#区域北侧的梁不会产生阻碍；该2层板的区域活荷载为4 kN/m2，根据板的面积计算出吊车活动区域内能承受的荷载约为320 kN，故位于2楼1#汽车吊的吨位不得大于32 t。1层部位为室内步行街（消防通道），其活荷载为20 kN/m2，根据8.4 m×8.4 m的水平柱网推算，1层结构楼板能承受荷载不小于1 000 kN。

2层的吊车主要是用来吊装梁，选择25 t吊车在半径16 m活动区域起吊，质量为不小于1.9 t，且吊车小于2层楼板所能承受的荷载；1层的吊车是用来吊装梁和柱单元，由于1层板能承受较大的荷载，2#汽车吊选择50 t的汽车吊在Φ15 m操作半径下起吊，质量不小于5.1 t。梁切割单元最大允许质量为1.9 t，柱切割单元最大允许质量为5.1 t。

3.2.2 板切割单元最大允许质量

由于板切割后混凝土块的数量较多，为加快吊装运输的进度，板的吊装采用Φ14 mm钢绞线织网的方式进行竖直吊运，由5 t重叉车进行水平搬运。Φ14 mm钢绞线允许的拉力为9.54 kN，板切割单元最大允许质量为0.95 t。

3.2.3 梁、板、柱切割单元划分

单元划分如表1所示。

表1 主梁、次梁、柱、板切割单元划分表

3.3 切割施工

3.3.1 板的切割

板的切割采用碟式切割机，板基本按1.2 m×1.2 m划分切割单元（图1）。切割施工前先按照事先划分好的切割单元将切割线弹在楼板上，然后根据弹好的切割线，固定切割导轨，安装切割设备。设备安装完成后，切割施工时一般两人操作，一人主控，掌握切割方向和深度，一人辅助。 每当切割完1 块楼板，立即将该处楼板吊运出切割现场（图2）。

3.3.2 梁的切割

在大部分结构板拆除、清理完毕后才能进行梁的切割（由于汽车吊的臂长有限，3区的梁板在2区梁板切割清理完毕后再进行施工。梁的切割采用金刚石绳锯来切割（图3）。梁切割之前，切割单元必须划分好。根据起重量及梁截面大小，梁切割单元按1～1.5 m不等。在一整根梁全部切割完后进行吊装，梁每个切割单元分离后，在切割之前必须在梁底搭设好支撑架。沿梁长方向，纵向水平杆设置在两侧离梁出来一定距离，比如10 cm左右，且梁底不得设置纵向水平杆。为便于第1 块梁混凝土块的顺利吊装，每根梁必须有1 块有意切割成“倒梯形”状，可以通过调整绳锯的位置实现。

图1 板切割示意

图2 板的切割

图3 梁底支撑架示意图及梁的切割

3.3.3 柱的切割

混凝土柱采用绳锯进行切割，由于绳锯的导轨可以安装在任意平面上，切割柱时，导轨安装在柱的侧面上。与柱相连的所有梁切割并吊装完成后进行柱的切割，切割自上而下。柱按2 m划分1 个切割单元。 绳锯导轨安装并检查完毕后，开始进行试运行，先低速进行切割，将柱上切除一条凹糟后再逐渐加速进行切割，以避免金刚石绳锯跳链。柱子切割下一个单元后，原地待命的吊车立即将柱块吊离现场（图4）。

图4 柱的切割

4 吊装

4.1 板的吊装方案

吊装方案比选如表2所示。

表2 板的吊装方案

4.2 梁、柱的吊装方案

（a）停放在2层的汽车吊吊装1#区域梁体，同时停放在1层的汽车吊吊装2#区域梁体；

（b）将1#、2#区域的梁拆除完毕、梁底支撑架拆除，运出现场；

（c）停放在2#位的汽车吊进入1层圆形采光顶下方，开始周边一圈梁以及3区梁板的吊运（图5）。

柱的吊装在梁全部吊装完成以后，现场已没有任何障碍。此时，吊车停放在1层圆形采光顶部位，使用吊车将2层混凝土块放置在1层板上，采用小吨位叉车将混凝土块通过1层南立面步行街入口运送到中间通道，由卡车统一运走。

图5 梁的吊装方案及路线示意

4.3 吊装作业

4.3.1 板的吊装

针对现场有限的吊装施工条件，板的吊装采用“织网”形式，灵活性、多角度吊装方案（图6）。

E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q点均为可固定悬挂钢丝绳的结构柱，各点均可连通，吊装时的方位随各点的连接不同而发生方位变化，每2 条连接的钢丝绳交汇处即形成受力点，受力点中心安装5 t电动葫芦。吊装过程中，将每块切割的混凝土板放在专用承重运输叉车上，然后运输至S点。

图6 圆中庭上空织网示意

为便于板的吊装，在楼板上采用水钻取孔设备钻取2个吊装孔，用于切割后的楼板吊装。吊装孔呈对角状布置在楼板上，孔径为80 mm，采用水钻取孔。

在板的每个单元切割之前，通过吊装孔穿好钢丝绳，切割单元分离后，通过电动葫芦吊运至1层楼面，然后通过叉车运出切割现场。

4.3.2 梁、柱的吊装

由于结构梁、柱的截面积较大，相应的自重也较大。考虑到起吊安全性等问题，梁与柱均采用汽车吊吊装。梁底支撑架上的梁块吊装时，需要将吊钩挂点调整到梁体中部，以保证构件能够垂直起吊，然后用钢丝绳捆扎梁块，完毕后将钢丝绳挂在吊钩上。此时启动吊车，将钢丝绳略微绷直后，观察起吊重心是否在构件中部，调整后再继续垂直起吊，直至梁块或柱块完全脱离原梁柱体。尤其是整根梁的第1块梁块吊装必须特别注意，除了必须选择1块事前有意切割成“倒梯形”状的梁块外，在垂直吊装过程中不得晃动、拉扯其脱离原梁体。

5 结语

综上所述，着眼于切割工艺与切割设备的合适选型、切割顺序、切割单元的划分、限制条件下的吊装方案的确定这几个关键点，圆满地完成了莆田万达广场综合体大商业圆中庭2层结构的拆除工作。随着钢筋混凝土材料更加广泛的应用，以及建设单位对于工程建设项目越来越高的要求，会有越来越多边施工边拆改的工程项目，也会遇见各式各样的现场特有的困难。希望本工程无损切割拆除的思路可以给更多的拆除工程以灵感，圆满、漂亮地完成我们面前的每一项挑战。