高速公路改擴(kuò)建中水射流拆除混凝土施工技術(shù)

陳 志

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

高壓水射流通過(guò)高壓水發(fā)生裝置將水加壓至數(shù)百到幾千個(gè)大氣壓以上，再通過(guò)具有細(xì)小孔徑的特制噴射裝置轉(zhuǎn)換為能量高度集中、高速的微細(xì)“水射流”。高壓水射流切割拆除混凝土是將高壓水勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，高壓水切割拆除混凝土?xí)r，動(dòng)能又重新轉(zhuǎn)化成作用于被切割材料表面的壓力能。高壓水鉆入混凝土表面的微孔中，水流正向或切向沖擊物體表面時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的作用，從而在混凝土孔隙中產(chǎn)生一個(gè)超壓，當(dāng)這個(gè)壓力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土被切割破碎。由于鋼筋及扎絲等屬勻質(zhì)材料，這些材料表面密實(shí)，沒(méi)有微小孔隙，高壓水無(wú)法鉆入，因此鋼筋不能被切割破壞，且可以把鋼筋表面的銹漬除去，從而達(dá)到切割、清洗、破碎的目的[1]。

1 工程概況

沈陽(yáng)至?？趪?guó)家高速公路水口至白沙段開(kāi)陽(yáng)高速改擴(kuò)建T2標(biāo)，起點(diǎn)在K3214+967（國(guó)家高速公路網(wǎng)樁號(hào)）與恩城互通立交相接，然后在K3217+000處上跨省道S276、在K3218+300處跨越錦江，于K3230+363處設(shè)大槐互通立交與國(guó)道G325相接，后從大槐鎮(zhèn)西北角經(jīng)過(guò)，在K3236+400處設(shè)置大槐服務(wù)區(qū)后進(jìn)入陽(yáng)江市；路線在陽(yáng)江市陽(yáng)東區(qū)內(nèi)基本在國(guó)道G325北側(cè)與其平行而走，設(shè)置那龍互通立交與國(guó)道G325相接，最后達(dá)到標(biāo)段終點(diǎn)即K3246+600，路線全長(zhǎng)31.633km[2]。項(xiàng)目橋梁拼接時(shí)，對(duì)原有橋梁翼緣板切割拆除以及原混凝土橋面拆除施工。

2 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→拆除試驗(yàn)參數(shù)確定→注高壓水流→擊打混凝土表面→打破后底部呈圓筒狀→高壓水射流拆除混凝土。高壓水射流拆除混凝土工藝流程如圖1所示。

3 操作要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況及圖紙，編制施工方案，拆除前調(diào)試設(shè)備，并對(duì)相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行分工，技術(shù)人員需統(tǒng)計(jì)設(shè)備的不同施工參數(shù)，并安排專人檢查拆除速度及拆除后的效果。

3.2 拆除試驗(yàn)參數(shù)確定

圖1 高壓水射流拆除混凝土工藝流程

（1）超高壓水射流機(jī)器人擺放。超高壓水射流機(jī)器人的擺放分為垂直于翼緣板擺放和平行于翼緣板擺放兩種方式，其中垂直于翼緣板擺放一次性拆除混凝土速度快，但是挪動(dòng)超高壓水射流機(jī)器人需較費(fèi)時(shí)間，平行于翼緣板擺放一次性拆除速度較慢，但是機(jī)械行駛速度快。由于該項(xiàng)目屬于切除翼緣板50cm，分次來(lái)回切除，因此選擇超高壓水射流機(jī)器人平行于翼緣板擺放[3]。

（2）水射流切割壓力值確定。水射流水壓決定射流速度和沖蝕動(dòng)能，不斷增大水射流壓力，水射流打擊力都會(huì)相應(yīng)增加，切割破除速度也會(huì)隨之增快。在高壓水流量一定時(shí)，隨著水射流壓力的增加，高壓水射流的打擊力增加幅度將逐漸減小，切割能力增加的幅度也會(huì)隨之減小。①水壓力值取決于噴嘴的大小和水流量的大小，提高水壓可以提高混凝土的拆除量。噴嘴越小、水流量越大則壓力值越大，但是過(guò)大的壓力值會(huì)對(duì)噴嘴及鋼筋結(jié)構(gòu)有損傷。②逐步提升壓力，避免瞬間升壓過(guò)快，超高壓水射流機(jī)器人到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)初次調(diào)壓應(yīng)先在25%、50%、75%負(fù)荷階段各運(yùn)轉(zhuǎn)5min，最后調(diào)壓至100%負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試機(jī)。③確定水流量后，則根據(jù)水流量調(diào)試噴嘴，保持超高壓水射流機(jī)器人行駛速度和往復(fù)速度不變，每隔1m進(jìn)行一次噴嘴大小調(diào)試，最后確定噴嘴大小在0.22～0.26mm比較合適。

（3）高壓水流量確定。切割時(shí)，高壓水流量越大，切割總功率越大，切割效率也越高。當(dāng)高壓水壓力為70MPa時(shí)，高壓水流量在10～20L/min內(nèi)高壓水射流的流量與高壓水射流的打擊力相關(guān)性較高，而當(dāng)高壓水流量在20～90L/min內(nèi)時(shí)，高壓水射流的流量與高壓水射流的打擊力相關(guān)性減小并持續(xù)平緩。由此可得出，當(dāng)高壓水射流的水壓一定時(shí)，隨著高壓水流量的增加，高壓水射流打擊力增加的幅度將會(huì)逐漸減小，故此高壓水射流切割混凝土速度增加的幅度也隨之減小。水流量通過(guò)改變超高壓水清洗設(shè)備站柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，通過(guò)不同的轉(zhuǎn)速，控制每分鐘水流量[4]。

（4）曝水時(shí)間。混凝土暴露在水下的時(shí)間取決于噴嘴架的移動(dòng)速度、往復(fù)數(shù)和往復(fù)速度。在高壓水射流的水壓和流量一定的情況下，曝水時(shí)間的長(zhǎng)短決定了混凝土切割拆除的深度。在保持噴嘴直徑、水流量值/壓力值一定的情況下，可通過(guò)計(jì)算得出噴嘴架的移動(dòng)速度，最終得到混凝土切除效率的最大值。

（5）噴嘴角度及高度控制。高壓水射流在切割混凝土?xí)r，成液體錐形物，隨著噴嘴距離被切割混凝土距離的增大，其散射半徑也隨之變大。當(dāng)噴嘴直徑確定時(shí)，高壓水射流的噴嘴高度是影響水射流覆蓋被切割混凝土面積變化的唯一指標(biāo)。對(duì)于不同的被切割對(duì)象和高壓水力參數(shù)，有相應(yīng)的最佳靶距。噴嘴距離混凝土表面的距離及角度也是影響混凝土切割速度的因素，噴嘴距離過(guò)遠(yuǎn)、角度過(guò)小會(huì)使水流擊打混凝土的沖擊力減小，造成拆除速度減慢、效率降低。為此，應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度及工作面的條件來(lái)調(diào)節(jié)噴嘴距離及角度[5]。

3.3 高壓水射流靜力拆除施工

（1）試運(yùn)轉(zhuǎn)。負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)進(jìn)行空載試運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，時(shí)間為5min。試運(yùn)轉(zhuǎn)中超高壓水射流機(jī)器人及增壓系統(tǒng)無(wú)異常聲響、振動(dòng)和泄露，所有保護(hù)裝置應(yīng)正常。

（2）負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。待試運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)滿足施工要求后，開(kāi)始負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)在額定泵速下進(jìn)行，壓力一般從常壓逐漸調(diào)整至初始工況壓力。按額定壓力值的30%、50%、80%、100%依次升壓，在每一個(gè)輸出壓力下，記錄和測(cè)量泵速、功率、流量和排出壓力值。配管與連接應(yīng)與高壓水射流機(jī)器人的最大排出壓力相適應(yīng)。高壓水射流拆除混凝土的關(guān)鍵技術(shù)在于參數(shù)的設(shè)定，拆除、破碎混凝土效率、深度和高壓水射流的壓力、流量、噴嘴高度密不可分，必須使三者相互匹配才能更好地滿足施工需要，針對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)、級(jí)配的鋼筋混凝土參數(shù)的設(shè)定也完全不一致。根據(jù)施工速度和用水量現(xiàn)場(chǎng)配備足夠數(shù)量的水車，保證現(xiàn)場(chǎng)用水充足。由于高壓水射流施工壓力較大，因此需要在超高壓水射流機(jī)器人上安裝防護(hù)罩，并且苫蓋厚實(shí)的苫布，防止高壓水沖擊出的小石子擲到高速公路上及施工區(qū)域外的臨時(shí)便道上。

4 水射流拆除安全、質(zhì)量控制措施

（1）超高壓水射流機(jī)器人操作手：直接操作噴頭或噴槍進(jìn)行高壓水射流拆除作業(yè)，操作手在作業(yè)開(kāi)始后必須控制水射流及移動(dòng)速度。

（2）超高壓水清洗設(shè)備操作手：在混凝土拆除作業(yè)期間監(jiān)視并控制泵壓力的大小，同時(shí)，始終觀察超高壓水射流機(jī)器人操作手，以便其在遇到問(wèn)題或發(fā)出各種信號(hào)時(shí)，能夠馬上做出反應(yīng)。超高壓水清洗設(shè)備操作手還應(yīng)注意觀察施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，防止非施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)或者出現(xiàn)其他的各種隱患。

（4）在正式施工前，操作手應(yīng)確認(rèn)高壓水射流施工的周邊環(huán)境，操作手應(yīng)站在安全的位置；應(yīng)仔細(xì)檢查施工現(xiàn)場(chǎng)，排除安全隱患，以防發(fā)生安全事故。

（5）超高壓水清洗設(shè)備操作手在升壓時(shí)，應(yīng)緩慢升壓，使超高壓水射流機(jī)器人適應(yīng)水射流反沖擊力，在達(dá)到正常工作壓力后，沒(méi)有調(diào)整壓力指令時(shí)，則不應(yīng)再做大幅度調(diào)整；系統(tǒng)降壓時(shí)也應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，以防止反沖擊力突然的消失而使超高壓水射流機(jī)器人失去平衡。

（6）噴嘴安裝前必須檢查噴嘴，防止有損壞、堵塞或其他的缺陷，有缺陷的噴嘴，必須修復(fù)或更換。系統(tǒng)在升壓時(shí)，應(yīng)緩慢進(jìn)行，確保噴嘴出流順暢，噴嘴的直徑應(yīng)與系統(tǒng)的工作壓力和流量相匹配。

（7）在作業(yè)之前組織測(cè)試，調(diào)整水的壓力。通過(guò)調(diào)節(jié)高壓水的壓力，可以一次性拆除不同厚度的混凝土。由于具體的拆除厚度數(shù)據(jù)，取決于所要拆除的混凝土材料的強(qiáng)度等因素，因此在作業(yè)之前，先測(cè)試所破碎的厚度，得出具體數(shù)據(jù)后，再調(diào)整好水射流，進(jìn)行鑿除作業(yè)，保證作業(yè)的精確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

超高壓水射流破碎拆除主要應(yīng)用于混凝土切割及水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)與維修，對(duì)病害路面進(jìn)行切割破碎，代替了傳統(tǒng)人工風(fēng)鎬和破碎錘，屬于靜力拆除方式，尤其適用于混凝土工程構(gòu)筑物的快速精準(zhǔn)拆除。在水射流拆除混凝土?xí)r，可準(zhǔn)確控制所需拆除混凝土的面積、厚度，且施工精度高、機(jī)械化程度高，能夠確?；炷林械匿摻钔旰?、無(wú)損傷。由于水切割可保留鋼筋，因此減少了植筋的工序及質(zhì)量控制，不僅保證了質(zhì)量，還加快了施工進(jìn)度。拆除后的混凝土面為沒(méi)有微裂紋的不均勻毛面，切縫順直、平整、外表美觀，為進(jìn)一步混凝土拼接施工提供了質(zhì)量保證。整個(gè)施工過(guò)程無(wú)粉塵、噪聲小且水可循環(huán)利用。