摘要:简要分析了目前国内外建筑常见的拆除机械以及一些先进的机械拆除施工方法，并以具体工程为例，对机械拆除的施工方法进行了探讨，指出我国拆除施工方法比较落后，需要大力发展拆除施工技术。
关键词:拆除机械，共振法，气切法，达摩落施工法
随着我国近三十年来城市建设的不断发展，建筑物总量在不断增加的同时，废旧建筑物所占的比例也在逐步上升，每年都有大量的废旧建筑物需要被拆除。传统建筑拆除过程中很少考虑环保等因素，随着社会的发展，人们也越来越认识到保护生态环境的重要性，由此可见，传统拆除行业中的过度资源消耗已经落后，着眼未来，逐渐会被淘汰。机械拆除法应用于拆除行业在近年来已经被国内外专家，学者以及拆除公司证实是一种环保，可持续，并且在噪声，扬尘控制等方面有着先天优势的方法。
1国内外建筑机械拆除现状
1．1国内外拆除机械的发展现状
目前国内外常见的拆除机械有起重机，重锤击，挖掘机，铲运机等。专业拆除装置包括液压破碎钳，混凝土破碎钳，液压剪，液压钻等［1］。全球知名工程机械商例如CAT，沃尔沃，日立，现代均有生产。在我国，规模最大也最具有代表性的机械厂商例如三一重工，徐工集团等也能生产，但生产出来产品的技术水平及利润都落后于国外。
1．2智能机器人用于机械拆除施工
机械拆除隶属于建筑工程，也是高危作业。国外经过多年发展，最早研究出拆除智能机器人，能够用于拆除工程，冶金工业等行业。瑞典布鲁克公司开发研制的多功能机器人各项技术处于世界领先地位，是目前世界上最大的拆除机器人供应商［2］。智能拆除机器人的优势在于能够节能，安全的完成拆除作业中的危险工作，能够适应沙土地面，泥泞地面以及坎坷不平的废墟地面等各种地形。智能拆除机器人最关键技术是拆除作业能力，能够根据拆除对象自我调整拆除方案，提高拆除效率，并且保证机器人稳定，高效率的进行工作。随着国内拆除行业设备逐渐朝着机械化，智能化发展，智能机器人能够胜任的工作更多，能够适应的作业环境会越来越广。部分构筑物如桥梁，海底隧道等涉及到水下施工作业，水下拆除施工也是未来机器人的发展方向。
1．3两种国内新兴的机械拆除技术
1)共振法用于机械拆除。国内有一种新技术进行建筑物的机械拆除，采用共振［3］的方法，在待拆除墙体上安装共振器，测出墙体的自振频率，然后利用共振器使墙体振动，当施加的外荷载频率与墙体达到一致时，引起墙体的共振，破坏墙体，导致墙体脱落。共振法的使用过程中，钢筋和墙体能够比较轻易分开，这给废旧建筑材料的回收带来极大的便利。共振激振器在工作中能够多次重复使用，成本能够多次少量分摊到拆除过程中。不过目前共振法拆除建筑物处于实验室理论当中，还处于理论阶段，大规模商用还有待进一步的研究。共振法与传统的机械拆除，爆破拆除相比较，不会产生粉尘，也不会产生噪声。系统达到共振时，激励输入机械系统的能量最大，墙体达到最大的位移变化，能够充分利用共振器释放的能量，能量的利用效率达到最高。2)气切法用于机械拆除。气切法原理是采用氧—乙炔或者氧气通过割矩燃烧产生的高温融化混凝土，然后切割混凝土。气切法目前广泛应用于金属的切割，通过改进，可以用于切割砖石，混凝土等。乙炔燃烧中心温度可以高达3600℃，超过了混凝土的熔点。气切法是采用高温融化进行切割，不会产生噪声，也不会有爆破法产生的烟尘，属于可持续发展的拆除工艺。但是目前这种技术只是在小范围内应用，如果未来有大量采用这种技术的拆除实例，有可能改变国内拆除作业方法的现状。
1．4国外机械拆除的运用
1)“TECOＲEP”拆除系统。大成建设的“TECOＲEP”系统［4］，首先在酒店的顶楼通过搭设围护结构，类似于给酒店大楼搭设一顶帽子。在帽子中通过操作液压千斤顶来控制帽子的升降。根据数据的统计，采用这种施工方法，可以在无损大楼外观的前提下，缓慢的拆除了这栋大楼。跟传统拆除施工方法相对比，几乎没有扬尘，并且降低了噪声，对周围居住区的影响大大降低。千斤顶控制的垂直下落装置还装配有电力回收装置，将帽子下落过程中的重力势能转换为电能。重力势能跟帽子的质量成正比，也跟产生的电力成正比关系。如果用直观的数据，噪声比传统施工方法降低20dB，节约的电力可利用于垂直运输。2)达摩落施工法。鹿岛建设公司开发的达摩落施工法是从建筑物的底层开始对建筑物进行拆除，建筑会缓慢地越变越矮。达摩落施工法的主要思路是在建筑底层的所有框架柱上面安装液压千斤顶，并在拆除之前对建筑物安装围护墙，围护墙的作用是提高建筑物的横向抗倾覆能力。众所周知，日本是岛国，整个国家处于太平洋地震带上，每年会发生大量的中等及以上有感地震，施工期间楼层的安全性系数需要验证。提高横向抗倾覆能力能有效抵抗拆除过程中地震对建筑物安全的影响。核心墙体安装之后，将建筑物的每个框架柱由液压千斤顶立起来，降低其中一个，然后将框架柱切掉，又将液压千斤顶升上去，如此重复，直到楼层降低，这种方式拆除建筑对周围建筑影响较小。根据数据统计，采取达摩落施工法最多降低的扬尘量在10%～50%之间。因为是在地面施工，不会有建筑废料从拆除层抛下，几乎不会有噪声和震动。这种施工方法能够提高机械的使用效率，降低二氧化碳的排放量，而且能够极大提高废旧建筑材料的利用率。
2工程实例
2．1工程概况
主体结构6层，局部六跃七框架结构，建筑高度22．54m。总建筑面积5613．29m2(商场面积1729．28m2)，此建筑属于商住两用楼，1层及2层为商铺，3层以上为住宅楼，中间部分单体跨7层。按照7度抗震设防，建筑类别为三类，工程等级为三级，耐火等级为二级。
2．2基本拆除方案的选择
该单元楼总高23m左右，呈左右对称结构。总高约24m的楼房，其拆除方案可以使用大型机械进行逐层拆除，人工清除废渣的施工方法。因为目前的大型机械最高可以达到30m左右，本套楼房符合大型机械的拆除要求，因此施工方案采用大型机械破拆。
2．3拆除前的准备工作
小区处在市中心位置，处于交通要道，拆除施工前应该做好建筑周边的构筑物处理工作。建筑物周边的构筑物除了必须保留的以外，应该尽可能在进场时将其拆除。
2．4施工作业
1)标准层的拆除。拆除时根据JGJ147—2004自上而下，分段拆除，先承重结构，后非承重结构［5］。该楼属于框架结构，拆除的顺序应选择为屋顶→板→墙→梁→柱→基础。房屋的高度约为23m，拆除高度小于ZAXIS450最大工作高度，因此不需要采用垫高法增加工作高度，挖掘机采用ZAXIS450。大型拆除工具进场前，先对该楼采取室内拆除。室内拆除包括不能带走的如装修，水，电，燃气管道，网线等。管道网络拆除时应当请专业公司的人来审核改造设计的线路并且截断管线，保证拆除时安全。拆除施工队进场，挖掘机前安装加长臂液压剪，机械拆除跃层部分屋顶。拆除屋架之后，拆下的屋架混凝土块要用普通液压剪进行二次粉碎，并剥离出里面的钢筋，回收。顶层屋架拆除后，先将跃层部分钢筋混凝土柱，梁先拆除掉。拆除跃层部分外墙，首先用机械液压锤拆除外墙，车身在外，锤头深到建筑物内部，拆除外墙体时严格注意墙体的倒向，渣土和墙体破碎物都严禁向外掉渣。当跃层部分外墙拆除完后，再拆除内墙。墙体拆除后开始拆除跃层部分的梁。拆除跃层屋架时，加长臂液压剪破坏掉了部分梁，剩余的小型梁体可以采用液压锤破坏梁体的一段，将梁四周外皮打掉以后，再使用氧—乙炔切割钢筋，切断掉一根梁，如此反复，直到所有梁体全部掉下。接下来拆除跃层部分的柱子。采用液压剪首先在柱的柱根部分打一个锲口，再用液压锤剪把上段压倒，最后用钢丝绳将上段拉倒。依次将所有的柱子都拆倒完毕后将柱子破碎，分离成小的混凝土运送至底层。拆除跃层部分混凝土底板选择人工风镐敲打拆除，但拆除时必须非常注意，楼板一旦打通，容易出危险，因此严禁人员或材料汇集在楼板上，操作人员必须系好安全带。跃层部分完全拆除后，拆除跃层部分脚手架，然后开始准备拆除6层，此时整个6层由左部及中部以及右侧组成。左部及右侧的屋架梁尚未拆除，大型机械不方便开入。6层楼部分屋架梁尺寸与跃层部分大同小异，为加快拆除进度，采用加长臂液压剪，剪下框架梁，但注意操作的时候要特别小心，防止梁臂坍塌。拆下梁体后，采用人工风镐破坏掉梁体，再通过外挂施工电梯运送至底层。6层屋架梁拆除以后，先用小型液压锤拆除掉所有墙体。拆除过程中密切注意墙体的倒向，先拆除内墙，最后再拆除外墙体。然后将破碎机吊运至6楼，采用GB501小型破碎机用于捣碎建筑物的墙，柱，梁等主要承重结构，使其坍塌以及建筑物塌后解体破碎。破碎机只拆除位于建筑物内部的柱子，边柱仍应采取破碎机打击柱下部造成锲口，再采用钢丝绳把上段拉倒，注意倾倒方向一定要向建筑物内部，再剥离掉混凝土，通过垂直运送设备转运至底层。整个6层是现浇混凝土板结构，板比较薄，通常厚度在10mm左右，且人机都要在板上作业。一旦楼板被压垮，人机都有可能掉到下面一层。我们采用200型的液压锤进行板的拆除作业。拆除作业时，液压锤的拆除方向从左侧副楼沿着主楼方向行进，最后行进至拆除右侧副楼，可以利用拆除板作业时产生的渣土堆积成堆，最后拆除机器沿着渣土开进至5楼。板拆除作业时，先拆除6层与5层之间的楼梯，左右侧副楼均有一部单跑楼梯，可采用的方法是通过风镐破坏掉楼梯部分混凝土，拆除时从上到下使用风镐，空压机逐段拆除，待楼梯混凝土全部都拆除掉后，再割断钢筋，整块下落至5层。5层与4层均为标准层，拆除方法和6层一样。3层有一个不规则形状的露台。拆除露台时，因为露台部分开间相对较大，拆除方法与标准层无异，但露台部分没有屋顶，拆除顺序按照先拆除边柱，再拆除隔墙，最后液压锤拆除混凝土板。边拆除边清渣。2)商业铺面的拆除。2层与1层均为商铺，商铺开间比较大，可以直接用装载机吊装小型改装破碎锤的挖掘机至2层楼板。挖掘机的型号采用CAT306E2，破碎锤型号选择GB120E。整个商铺内没有隔墙，所以机械能够直接在商场内部开动。此时2层商铺内，建筑结构仅剩了混凝土柱，起维护作用的外墙，住宅出入口附近的卫生间，以及露台东侧客厅，卧室的隔墙。将改装后的挖掘机先开进露台西侧的卫生间，拆除卫生间周围的墙体。然后开至露台东侧的住宅部分，用破碎锤拆除掉内墙部分。拆除外墙时，为了保证外墙绝对向内倒，此时东侧外墙有多根柱子，柱子与柱子之间的间隔在6m左右，可以先在墙下侧打锲口，然后用钢丝绑在液压锤上，机械向后退，将外墙向内拉倒。外墙拆除完毕，开始沿着露台东侧按顺序拆除混凝土柱，拆除的方法仍然是先用破碎锤破碎掉柱子底部的混凝土，再通过改装的液压钳剪断部分钢筋，最后再打掉柱子上侧部分混凝土，再通过拉倒的方法拆除柱子。柱子拆除后，割掉柱子头裸露在外的钢筋，再用破碎锤对板进行破拆，破拆时，将板划分成若干个单元格，由距离机车最近的地方逐步向前拆，一方块一方块的打或者剪。破除后若混凝土块掉至1楼，钢筋仍然未断时，采用人工割断钢筋。拆除时必须保持一定的角度，破碎块度不要大，否则会被砸车，不要过早的破碎板下的梁柱。当最后一个方格块被拆除掉，挖掘机不能开动时，人驾驶挖掘机从渣土处开至1层。再从1层对2层梁进行破拆，拆除时，可以进度略快一些，1层楼面能够承受梁掉下的撞击。2层梁破拆后，拆除所有的围挡，并且取掉外挂施工电梯。选用三辆CAT306E2对1层墙，柱进行破拆，柱子拆除时，剪断与基础连接的钢筋。3)基础拆除。地面建筑拆除以后，对该楼基础部分进行拆除，查询设计图纸可以得知，整个建筑采用钢筋混凝土柱下独立基础，基础根据截面尺寸不同，总共分为14种不同大小的柱基础。基础总共个数有50个左右，基础与基础之间由现浇地梁相互连接，现浇地梁的截面大小为250×650，梁与基础之间错落连接在一起。基础最大埋深3．5m，最小埋深2．5m。由建筑物的使用性质可知，基础只有建筑物基础，不包含有设备基础。开挖时，在基础周围，每边至少留出1m～2m的空间进行开挖基础，所以开挖宽度经过计算为32m左右，开挖长度为50m左右，把基础全部暴露出来。开挖深度大于基础的最大埋深，即最小开挖深度大于3．5m。开挖的土倒在周边，不至于导致基础塌方即可。因为拆完基础之后还要回填基坑，并且还要额外转运土填实挖掉基础的部分。开挖机械采用挖掘机进行开挖，具体的机械选择根据周围环境，采用正铲挖掘机开挖。整个基础暴露出来后，对于钢筋混凝土基础的破碎方法，因为基础采用的C25等级的混凝土强度不高，采用GHB900型液压锤对基础进行破拆。液压锤破碎基础的原则采取:由上到下，由边及内，边破碎边断筋。液压锤尽量打击自由面多的地方，每次破碎时不能块度过大，钢筋暴露出来后，应立即由焊工割断钢筋并取出来，防止钢筋妨碍施工。现浇地梁因为细长，破碎方法基本和独立基础方法一致，都是先破碎掉周边混凝土，边切断钢筋边清理，直到全部破碎完。等到基础破碎完，建渣全部运走后，进行基础回填。回填基坑后，要使填平后的基坑高于周围地面，因为土会固结排水，适当压一下，再交付给业主，该楼拆除整体完工。
3结语
现代城市化进程中，由于城市空间狭小，建筑物非常密集，采用人工拆除作业进度太慢，爆破作业污染太大，并且密集的城市也带来了各种不可实施性，研究废旧高层建筑机械拆除施工具有很重要的意义。但国内机械拆除作业的施工方法仍然处于初级阶段，和发达国家相比仍然还有较大差距。希望国内能加大机械拆除的研究力度，努力提高我国的拆除水准。
作者：周洲 单位：四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司
