水射流施工技術(shù)在搶險拆除加固工程中的應(yīng)用

孔 平

(重慶建工工業(yè)有限公司，重慶 402283)

1 工程概況

本工程位于重慶石橋(賽博)廣場，系4·24火災(zāi)后的加固工程。根據(jù)“重慶市建筑科學(xué)研究院”專家實地踏勘取樣、檢測鑒定，石橋廣場結(jié)構(gòu)4·24火災(zāi)影響區(qū)域為－1層～6層，其余各樓層未受火災(zāi)影響。受火災(zāi)影響的各樓層不同區(qū)域存在安全隱患，需進(jìn)行加固、維修處理。根據(jù)鑒定報告和設(shè)計圖紙約定內(nèi)容為依據(jù)，即重點拆除Ⅱ級，中度燒傷，混凝土表面龜裂混凝土;Ⅲ級，重度燒傷，混凝土爆落、露筋、開裂的混凝土及強(qiáng)度不能滿足要求的混凝土。其中過火面積 52 626.342 m2，中度、重度區(qū)共 28 002.721 m2、輕度區(qū)24 623.621 m2，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理。

本搶險加固工程中，成功使用了幾項較為先進(jìn)的施工技術(shù)，而高壓水射流施工技術(shù)就是其中之一。在此之前，水射流施工技術(shù)多用于隧道工程、道路翻新工程等，且技術(shù)成型并有相應(yīng)的資料和經(jīng)驗可供借鑒參考。而本次高壓水射流施工技術(shù)應(yīng)用于建筑工程，清除破碎樓板底部、梁底部、側(cè)面以及柱四周受損混凝土，工藝獨特。此次高壓水射流拆除新技術(shù)的應(yīng)用，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效果并確保了工期目標(biāo)的實現(xiàn)。通過本文的介紹，其工藝為類似工程施工起到一定的參考借鑒作用，我相信為推廣新技術(shù)的應(yīng)用有一定的促進(jìn)作用。

2 水射流施工技術(shù)概況及原理

水射流技術(shù)是近年迅速發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，它具有獨特的優(yōu)點，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對作業(yè)環(huán)境要求低，目前可應(yīng)用于清洗、剝層、除垢、切割、鉆孔、破碎、制粉、除磷、鑄件清砂、噴霧、漿體輸送、注水、注漿和消防等。

高壓水射流沖擊破碎舊水泥混凝土突破了傳統(tǒng)的維修方法，摒棄了機(jī)械式破碎設(shè)備進(jìn)行混凝土面破碎帶來的噪聲、塵屑等負(fù)面影響，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約成本等優(yōu)點。高壓水射流的沖擊主要形成了初期的破碎區(qū)域，形成了損傷破碎主體，其破碎區(qū)域形成時間非常短，在毫秒量級以內(nèi)。同時混凝土抗拉力小，水穿透混凝土空隙產(chǎn)生內(nèi)壓，當(dāng)內(nèi)壓超過混凝土的抗拉力時，混凝土被清除。

水射流鑿除技術(shù)保護(hù)鋼筋的原理是采用高壓水射流技術(shù)鑿除鋼筋混凝土，能夠精確去除混凝土部分，保留混凝土中的鋼筋，而且混凝土中的鋼筋不會受到絲毫損害。主要原因如下:混凝土和鋼筋的物理性質(zhì)不同。混凝土為非勻質(zhì)的多孔隙材料，鋼筋則為勻質(zhì)材料。從宏觀上看，混凝土是由相互膠結(jié)的各種不同形狀大小的顆粒堆聚而成(見圖1a))。深入觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是具有三相(固相、液相和氣相)的多微孔結(jié)構(gòu)(見圖1b))。

混凝土的多微孔結(jié)構(gòu)，使噴射出的高壓水(水是軟體材料)可以擊打到混凝土內(nèi)部，然后，水在混凝土內(nèi)部形成超過混凝土抗拉強(qiáng)度的張力，破碎掉混凝土。但是，鋼筋(包括拴在鋼筋上的鐵絲)是勻質(zhì)材料，作為軟體材料的水，無法擊打到鋼筋或鐵絲內(nèi)部，所以高壓水射流不會損害到鋼筋和鐵絲。

圖1 水泥混凝土結(jié)構(gòu)示意圖

3 高壓水射流技術(shù)在火災(zāi)受損混凝土拆除中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計拆除要求

清除火災(zāi)受損混凝土，盡量減少施工措施，充分利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載能力保證施工安全。在確保承載力安全的前提下，降低工程造價，加快施工進(jìn)度。

水射流拆除范圍原則C20及以下強(qiáng)度混凝土拆除。過火鋼筋混凝土強(qiáng)度在25 MPa以上的可以不需拆除置換混凝土。

3.2 技術(shù)條件分析

應(yīng)用高壓水射流拆除中度、重度碳化損傷混凝土有以下優(yōu)勢:

1)高壓水射流技術(shù)，可保留混凝土結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何外界破壞作用力;2)水泥混凝土銑刨機(jī)，絲毫不傷害鋼筋;3)施工速度快，能滿足工期要求。

3.3 水射流技術(shù)的應(yīng)用情況

3.3.1 施工準(zhǔn)備(技術(shù)準(zhǔn)備)

本工程采用高壓水射流技術(shù)清除受損水泥混凝土。作業(yè)安全，無振動，只去除混凝土，原結(jié)構(gòu)中的鋼筋原樣保留。

1)組織專業(yè)隊伍進(jìn)行施工。2)在作業(yè)之前組織測試，調(diào)整水的壓力。水泥混凝土銑刨設(shè)備，通過調(diào)節(jié)高壓水的壓力，可以一次性去除不同厚度的混凝土。具體的去除厚度數(shù)據(jù)，依賴于所要去除的水泥混凝土材料的強(qiáng)度、齡期等因素，因此，在作業(yè)之前，先測試所破碎的厚度，得出具體數(shù)據(jù)后，再調(diào)整好水的壓力，進(jìn)行鑿除作業(yè)，以保證作業(yè)的精確性。保證在不損害鋼筋的情況下，精確鑿除指定范圍內(nèi)的水泥混凝土。3)做好污水處理。采用污水凈化器及時處理凈化污水。將作業(yè)過程中產(chǎn)生的水，順勢引導(dǎo)到低洼處聚集，再由污水凈化器抽取、凈化，排放到指定污水井。因此，整個作業(yè)過程無污染。

3.3.2 施工順序

受損部位的水射流破碎施工依照以下順序進(jìn)行:

1)由低層到高層逐層進(jìn)行。2)在每層的水射流破碎施工中，承重柱、梁的破碎，分面依次進(jìn)行。即:先破碎一面，破碎完該層的所有柱、梁之后，再開始破碎另一面;如此順序，將需要破碎的柱子四面及梁面全部破碎。3)在每層的水射流破碎施工中，承重柱、梁全部破碎并修補(bǔ)完成后，再破碎該層頂板。

3.3.3 水射流作業(yè)流程

1)機(jī)器就位:設(shè)備運(yùn)抵作業(yè)現(xiàn)場后，將高壓泵和污水凈化器放置在地面，將銑刨機(jī)放置在作業(yè)面，把銑刨機(jī)和高壓泵之間通過高壓水管連接后，即可開始作業(yè)。2)開始作業(yè):銑刨機(jī)噴射出高壓水射流，作用于作業(yè)面，破碎掉水泥混凝土。

3.3.4 施工工藝

采用高壓水射流技術(shù)去除原結(jié)構(gòu)中的水泥混凝土，能夠在絲毫不損害鋼筋的情況下，進(jìn)行保護(hù)性、精確的破碎作業(yè)。

1)由高壓泵加壓，產(chǎn)生50 MPa～150 MPa的高壓水射流，經(jīng)由高壓水管連接、輸送到銑刨機(jī)，從銑刨機(jī)的噴嘴中，噴射出超音速的高壓水射流，射入混凝土表面。高壓水在混凝土中產(chǎn)生一個超壓，當(dāng)其壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土發(fā)生破碎。

2)銑刨機(jī)噴射出的水為清水。水泥混凝土銑刨設(shè)備所使用的中水，經(jīng)由銑刨設(shè)備自身過濾處理系統(tǒng)，噴射出的是清水。清水作為軟體材料，不能擊打到鋼筋或鐵絲內(nèi)部。當(dāng)高壓水射流需要切割鋼筋或鋼板時，需要在水中加入磨砂等硬體微粒，形成磨料水射流，在這種情況下，高壓水射流才能對鋼筋或鋼板產(chǎn)生作用。

3.3.5 注意事項

在應(yīng)用高壓水射流技術(shù)鑿除作業(yè)時，需要注意以下事項:

1)作業(yè)場地的防護(hù)措施。由于銑刨機(jī)噴射出高壓水射流破碎混凝土過程中，可能會有細(xì)小水泥碎塊濺出，因此，銑刨機(jī)噴嘴周圍3 m內(nèi)，有關(guān)人員不得無防護(hù)措施進(jìn)入該范圍。銑刨機(jī)操作人員應(yīng)當(dāng)戴安全帽、穿安全防護(hù)鞋進(jìn)行作業(yè)。2)污水處理由專人監(jiān)管。專設(shè)污水處理人員1名，負(fù)責(zé)操作污水凈化器，將作業(yè)所產(chǎn)生的污水及時抽取到污水凈化器中，凈化后排放到指定污水井。3)在清除梁下部損傷混凝土?xí)r，做好安全防護(hù)措施，必須采用鋼管支撐，防止結(jié)構(gòu)因破碎時產(chǎn)生變形破壞，確保不發(fā)生次生災(zāi)害。

3.4 實際應(yīng)用效果

高壓水射流鑿除效果。采用高壓水射流技術(shù)鑿除水泥混凝土，鑿除范圍精確，且原結(jié)構(gòu)中鋼筋原樣保留。

4 水射流拆除效果評價

該項目具有一定的特殊性，工期短、任務(wù)重、質(zhì)量要求高。通過應(yīng)用高壓水射流施工技術(shù)，體現(xiàn)了以下幾方面的效果:

1)確保工期目標(biāo)的實現(xiàn)。人工拆除，人工勞動強(qiáng)度大，使用人工拆除需用的勞動力無法滿足項目進(jìn)度需求。使用人工拆除，必須是保護(hù)性的拆除，不能對原結(jié)構(gòu)有傷害。人工對板底頂棚的拆除難度相當(dāng)?shù)拇螅斯ぬ薮?望天錘)作業(yè)，工效極低;事實上剛開始工人作業(yè)半天時間后，工人普遍反映勞動強(qiáng)度大，無法繼續(xù)工作。況且短期集中大量的石工難度相當(dāng)?shù)拇螅刻烀咳俗鳂I(yè)面積僅幾平方米，需要作業(yè)工人200人以上，人工剔打拆除工期估算至少兩個月以上，肯定會對整個工程的工期帶來巨大的影響。拆除面積為11 900 m2，使用水射流技術(shù)每天拆除200 m2/臺×2臺=400 m2，實際上僅用了一個月時間拆除完成。

2)取得的經(jīng)濟(jì)效果明顯。人工拆除不經(jīng)濟(jì)，安全性不高。人工拆除合同約定單價為18元/m2，后面單價漲到100元/m2，到后來工人罷工，主要是勞動強(qiáng)度太大，工人吃不消，極易疲勞，人工單價繼續(xù)漲也無意義了，采用人工拆除方式極不經(jīng)濟(jì)。移動腳手架上進(jìn)行振動性的拆除操作極不安全，同預(yù)算相比較使用高壓水射流施工技術(shù)節(jié)約投入達(dá)到50余萬元。

3)降低了職業(yè)危害，環(huán)境效果明顯。該項目地處商業(yè)中心，人流集中，對施工要求高，各項保護(hù)措施必須到位。同時傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式易產(chǎn)生粉塵、揚(yáng)塵、噪聲，以及擾民，居民投訴多。該技術(shù)的應(yīng)用，各項排放指標(biāo)均達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，杜絕了施工粉塵、揚(yáng)塵、噪聲對作業(yè)人員及附近居民的健康危害。

4)拆除質(zhì)量得到了有效的保障。傳統(tǒng)的人工鑿打、電鎬、風(fēng)鎬、破碎錘頭剔除，費(fèi)時費(fèi)工，且通過巨大的外部力量，將混凝土振碎。巨大的振動，容易產(chǎn)生新的裂縫，損害保留結(jié)構(gòu)部分，松動部分鋼筋混凝土，拆除范圍和深度不具有精確性。人工鑿打、電鎬、風(fēng)鎬、機(jī)械破碎是通過巨大的外部力量，將混凝土振碎的同時損傷了鋼筋，造成了鋼筋變形，不是彎曲的就是混亂的，使部分受力鋼筋損傷減少了受力鋼筋的截面積。修復(fù)整理費(fèi)時費(fèi)工，嚴(yán)重影響到原鋼筋混凝土受拉構(gòu)件的使用壽命。采用水泥混凝土銑刨機(jī)的作業(yè)過程無振動，保護(hù)原結(jié)構(gòu)。可以精確控制混凝土的強(qiáng)度破碎，拆除后對混凝土的真實強(qiáng)度進(jìn)行回彈測定，其強(qiáng)度完全滿足設(shè)計拆除要求。拆除的面積、深度和力度、破碎后的界面，邊緣比較整齊、干凈，呈現(xiàn)堅硬的齒狀，拆除過程中鋼筋不會受外力而產(chǎn)生變形。因此，鋼筋形狀及混凝土強(qiáng)度及表觀質(zhì)量均達(dá)到了后續(xù)工序加固要求。

5)水射流技術(shù)應(yīng)用得到進(jìn)一步的推廣和完善。水射流施工技術(shù)的應(yīng)用取得了一定效果，既降低了工程成本、實現(xiàn)了工期目標(biāo)，又滿足了工程質(zhì)量要求。同時該技術(shù)的成功應(yīng)用得到了政府部門領(lǐng)導(dǎo)及參建各方的一致認(rèn)定和好評。

總之，水射流施工技術(shù)的應(yīng)用還應(yīng)受到重視和推廣。該技術(shù)可用于對受損害的路面進(jìn)行維護(hù)修理，還可用于指導(dǎo)橋梁、涵洞及建筑物的維修，可為舊混凝土工程結(jié)構(gòu)變面翻新加固提供一種嶄新的施工方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。