绿色施工理念在装配式钢结构工程中的实践分析

2024-05-21吴卓峰贾铖成徐万林姜长帅甘福红陈凯杰

中国建筑金属结构 2024年4期

吴卓峰，贾铖成，徐万林，姜长帅，甘福红，陈凯杰

（1.济南市工程质量与安全中心，山东济南 250000；2.北京市市政四建设工程有限责任公司，北京 100000）

0 引言

随着生态文明建设的深入，建筑行业也加快了对绿色施工技术的研究，绿色施工理念也得到了广泛的应用。与传统建筑施工技术相比，绿色施工更加注重建筑过程对环境的影响。随着房地产业的发展和施工效率的提高，装配式钢结构以其操作简单、污染少等特点得以广泛应用，该方式将传统现场浇筑施工转移到工厂，工厂生产的构件在工地统一装配而成的建筑。预制装配式施工方式实现了“四节一环保”，减少了建筑施工对环境的破坏。在此过程中通过推行绿色施工技术、加强施工管理，对打造生态和谐的施工体系具有较强的实践意义和参考价值。

绿色施工技术是一种注重环境保护和资源利用的理念技术，该技术通过优化建筑材料、提高能源效率和减少废弃物等措施，实现了可持续发展的目标[1-2]。与传统施工技术相比，绿色施工过程中更加注重施工过程对生态环境的影响。在绿色施工理念下遵循的是“资源有效利用、能源效率、环境保护”的原则，根据《建筑工程绿色施工评价标准》中的评价要素，绿色施工主要根据环境、材料、水资源、能源和土地资源五个方面的基础要素进行评判[3]。

近年来不少学者在绿色施工实践的过程中总结了众多经验，也取得了显著成效。罗海燕[4]（2021）介绍了绿色施工技术的具体应用，并提出通过健全绿色施工管理制度和增强工人的环保意识促进绿色施工技术的发展。王俊[5]（2023）从屋顶节能技术、外墙保温技术和室内环境绿色技术等六个方面梳理了绿色建筑中节能环保施工技术的具体应用。王玉晓等[6]（2023）总结了建筑施工过程中施工技术常见问题和节能技术的运用。李志栋[7]（2023）从绿色环保节能、节材提效降耗和节水节能环保三个方面总结了现代建筑绿色施工技术的要点。

此外，部分学者基于绿色施工评价指标构建了评价指标体系。吴伟东等[8]（2021）从水土流失、资源节约、环境保护3个方面共17 项指标建立评价指标体系，采用不确定层次分析法和集对理论得到群众进而建立了绿色施工的评级指标标准。王海猛等[9]（2024）基于OWA 算子的专家评分权重和白化权函数灰色变权聚类评估的方法建立了一套符合区域实际情况的公路工程项目绿色公路等级评价体系。部分研究基于绿色施工理念搭建了绿色施工框架，指出从施工管理、资源节约、环境保护、人员安全等方面实施与评价[10]。

也有部分学者与专家将绿色施工与施工安全、节能建筑、施工管理创新、BIM 技术、建筑装修、建筑装饰等内容相结合，探讨了绿色施工技术在建筑工程中的应用。部分学者根据施工的过程，探讨了施工前期绿色施工技术的应用与实施计划。

本文在此基础上，梳理了施工过程中的绿色施工技术和本工程的具体应用，提出了流态固化土填筑技术、囊式扩体锚杆抗浮技术、钢筋桁架楼承板支撑优化技术、钢结构安装精准施工技术、深基坑支护技术等技术方式，对具有复杂水文、钢结构施工等特点的相关工程具有实际的参考意义。

1 工程概况

本文以某装配式钢结构保障性租赁住房工程为例，本工程装配率达70%，总建筑面积约10.9 万m2，钢用量约7 386t，共涉及8 栋高层住宅楼、地下车库及人防结构，按照绿色二星级建筑标准、二星级智慧工地进行设计建造。保障性租赁住房作为本区域发展重要的一环，可为人才引进提供居住条件，对改善民生和促进和谐发展有积极作用，其依托装配式钢结构形式，为绿色智能建造赋能，为区域高质量发展贡献力量。工程的BIM 效果图如图1 所示。

图1 BIM 效果图

2 工程特点与重难点分析

2.1 水文地质复杂，基础及支护设计要求高

场地土层主要为粉土层、粉质黏土层，属中软场地土，地形起伏较小，地势相对较平，为典型黄河冲洪积平原地貌；场区地下水以赋存松散岩类孔隙水为主，具轻微腐蚀性，根据承压属性多为浅层潜水-微承压水，地下水位高（地表下0.9m可见水），地质条件差，同时地下二层及人防全在本标段，人防面积18 365.3m2，开挖深度达11.3m，土护降、抗浮难度大，费用高，复杂工况下基础及基坑支护设计施工为重难点之一。

2.2 装配率高，构件形式多样，体量多，要求高，施工内容复杂，组织管理难度大

本工程拼装构件约154 368 件，构件形式约9 600 种，安装精度达2mm，合同工期730d，整体工期紧，工艺新，体量大，施工内容复杂，构件多，高空作业长期存在，且同小区相邻标段同步施工，场地受限，验收节点多、标准高，装配式钢结构高层住宅高效施工组织及安全质量控制为重中之重。图2 为装配式钢结构的主要节点示例。

图2 装配式钢结构主要节点

2.3 基坑开挖深度大，回填方量大

该地区水文地质复杂，基坑回填空间狭小且回填较深、回填区域夯实质量不稳定。本工程基坑肥槽及主楼砖模超挖区域施工空间狭小、房心回填区域不规则，采用传统回填方法难以保证回填土压实度，需采用素混凝土回填，有违经济环保。

3 装配式钢结构绿色施工关键技术应用

在本次项目施工过程中，施工人员不仅选取绿色建筑材料，还综合应用了流态固化土填筑技术、囊式扩体锚杆抗浮技术、钢筋桁架楼承板支撑优化技术、钢结构安装精准施工技术、深基坑支护技术等技术方式，在施工过程中，加强施工管理，保证工程项目达到施工建设水平和预期目标。

3.1 流态固化土填筑技术

施工过程中，项目以现场广泛存在的外弃渣土作为主要原料，通过掺入与岩土特性相适应的专用特殊胶凝材料（固化剂），以及必要的水和外加剂，通过特定的搅拌机进行拌合均匀，形成具有自流平、自密实和自填充特点的固化土混合料，可采用溜槽、泵送的方式直接浇筑回填基槽，无需夯实或碾压，经养护后固化成为具有一定强度、水稳定性、低渗透性和保持长期稳定的固化土。流态固化土有极强的流动性和自密性，无需夯实，固化后土体密度在每立方米1.6 ～1.9g，常用强度在0.5 ～1.2MPa，并可根据设计要求进行调整，具灵活性。

该技术从三个方面体现了绿色施工：首先，与回填灰土相比，该工艺浇筑过程为液态，避免了施工扬尘，大大改善施工现场环境。其次，原材料90%为工程弃土，可实现就地取材，节省砂石类材料使用。最后，流态固化土回填技术更具有经济性。相比采用素混凝土对肥槽等难以压实部位进行回填可节约成本约40 万元，实现了节省经济成本、节约建筑耗材、施工周围的环境保护。

3.2 囊式扩体锚杆抗浮技术

针对基础及支护设计要求高的施工难点，项目施工过程中采用囊式扩体锚杆抗浮技术。该技术主要依靠扩大头的端压，以及锚固段与周围土体的粘结力、摩擦力承载，锚固力的大小与挤扩体的端头承载面积关系很大。

工程初期设计抗浮措施拟采用PHC500 型抗拔桩，相应设计需22m 桩长，场地土层自地表向下15m 起为密实粉细砂层，抗拔桩无法施作。项目团队通过查阅资料、咨询专家及设计单位意见、实地考察等方式，决定采用非预应力囊式扩体锚杆抗浮。锚杆底部锚固段设置有承压囊袋，压力注浆时先进行囊袋注浆，在底部形成一个囊袋包裹的水泥结构。后续再进行外侧锚杆孔注浆及二次压浆，筏板施工时将锚杆固定到底板上层钢筋网片上。

该技术从两方面体现了绿色施工：一方面，技术简单节约了人力投入。该技术抗浮防滑、成本低、安装简单。另一方面，经济优势明显。底部囊袋扩体形式使底部混凝土承拉受荷变为承压受荷，力学性能显著提升，经优化可有效降低成本约190.71 万元。

3.3 钢筋桁架楼承板支撑优化技术

该技术是指钢筋桁架楼承板通过将钢筋加工成钢筋桁架，将镀锌钢板压制成带2mm 肋高的压型钢板，然后采用电阻电焊工艺将钢筋桁架与压型钢板焊接成一体，具有刚度大、板底平整、可双向受力、钢板利用率高等特点。该技术可实现机械化生产，有利于钢筋排列间距均匀、混凝土保护层厚度一致，提高楼板的施工质量和施工速度。

该技术实现了“四节一环保”的绿色施工理念。项目施工过程中，通过分析钢筋桁架楼承板的结构受力，充分利用钢筋桁架楼承板自承特性，对钢筋桁架楼承板支撑架体布置进行优化，将原来每跨3 排优化为每跨2 排。调整优化后，每层节约材料1/3、节约人工3 人、节约工时2h，实现了“四节一环保”中的节约人力和施工耗材、节约水电等能源。

3.4 钢结构安装精准施工技术

项目施工过程中，基于ANSYS 预偏模拟修正、靶向定位精准测控、首节钢柱精准定位装置等方法，进行施工变形控制，提高钢构件安装一次合格率至90%以上，调整误差累计值达3cm，减少二次调整纠偏及对后续AAC 墙板、二次结构砌筑施工影响，节约工时及成本。通过优化提出集成模块式泡沫混凝土新型墙板及拼缝处理涂料等专用配套产品，将围护体系接缝部位抵御变形能力提升至300%，整体防开裂、防渗漏能力提升约2倍，有效减少后期维修高昂费用。采用BIM 技术与智慧工地相结合，建立一体化协同管理平台，对钢结构施工过程进行多维信息化管控，提高管理精细度，通过深化设计、碰撞检查、工序预演、构件编码、高效精度控制等，减少施工误差，提高现场效率，提升现场施工质量。截至目前截至目前共解决图纸碰撞248 处，并进行净高优化、管线综合优化多处，进行三维可视化交底10余次，降低返工成本约100 万元，节约工期约30d。

3.5 深基坑支护技术

基于工程实践，探讨黄河冲积区基坑支护形式，总结EPC总承包模式下支护工程管控要点，建立EPC 模式下黄河冲积区深基坑支护方案评价体系，优选最佳支护形式，通过优化将原计划采用的大放坡方式调整为钢板桩+边坡喷锚+土钉支护形式。图3 是优化后的支护平面布置图。

图3 优化后支护平面布置图

该技术从两方面体现了绿色施工技术。第一是减少环境破坏，工程优选最佳支护形式，优化后土方开挖量减少6 208 方。第二是经济效益明显，该方法共节省相应费用62.04 万元，相应方法可为类似深基坑支护设计及施工提供依据。

4 绿色施工技术的效益分析

4.1 社会效益

本工程综合使用流态固化土填筑技术、囊式扩体锚杆抗浮技术、钢筋桁架楼承板支撑优化技术、钢结构安装精准施工技术、深基坑支护技术等技术方式，达到了“四节一环保”的绿色施工要求。满足以下社会效益：第一，通过落实绿色施工技术，强化了施工人员的环保意识，施工人员能够严格按照施工方案开展施工活动，切实提高工程的质量，减少环境污染对周边居民的影响。第二，本项目通过获批多项绿色建造施工奖项并通过中国施工企业协会绿色建造施工水平的过程检验，起到良好的社会示范效应。

4.2 经济效益

建造过程中项目充分发挥EPC 模式特点，积极推动设计相关优化多项，积极开展技术创新活动，从设计至施工建造全面贯彻绿色可持续发展理念，提高施工效率，提高施工质量，减少人力、物力等直接投入同时，显著缩短工期，节省维修返修，节约相应管理费用及机械租赁费用，产生可观的间接经济效益。同时“流态固化土填筑技术”已纳入企业标准，并形成系列固定产品，不断深化应用于多个项目。通过多种绿色施工技术的综合应用，该项目共节省1 600 万元，节省人员约50 人，节省工期26d。

4.3 环境效益

本工程为装配式钢结构高层住宅，建造过程中充分展现出扬尘少、垃圾少、节约资源等优势。同时积极开展和实践“流态固化土技术”“囊式扩体锚杆技术”“深基坑支护方案优选技术”“钢筋桁架楼承板支撑优化技术”等应用，在建造施工过程中最大限度地节约资源、减少土地占用、保护环境，良好助力区域生态保护和高质量发展，助推新旧动能转换。