高速公路改擴建中水射流拆除混凝土施工技術

陳 志

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

高壓水射流通過高壓水發生裝置將水加壓至數百到幾千個大氣壓以上，再通過具有細小孔徑的特制噴射裝置轉換為能量高度集中、高速的微細“水射流”。高壓水射流切割拆除混凝土是將高壓水勢能轉化為動能，高壓水切割拆除混凝土時，動能又重新轉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產生強烈的作用，從而在混凝土孔隙中產生一個超壓，當這個壓力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土被切割破碎。由于鋼筋及扎絲等屬勻質材料，這些材料表面密實，沒有微小孔隙，高壓水無法鉆入，因此鋼筋不能被切割破壞，且可以把鋼筋表面的銹漬除去，從而達到切割、清洗、破碎的目的[1]。

1 工程概況

沈陽至海口國家高速公路水口至白沙段開陽高速改擴建T2標，起點在K3214+967（國家高速公路網樁號）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處設大槐互通立交與國道G325相接，后從大槐鎮西北角經過，在K3236+400處設置大槐服務區后進入陽江市；路線在陽江市陽東區內基本在國道G325北側與其平行而走，設置那龍互通立交與國道G325相接，最后達到標段終點即K3246+600，路線全長31.633km[2]。項目橋梁拼接時，對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

施工準備→拆除試驗參數確定→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

3.1 施工準備

根據現場調查情況及圖紙，編制施工方案，拆除前調試設備，并對相關技術人員進行分工，技術人員需統計設備的不同施工參數，并安排專人檢查拆除速度及拆除后的效果。

3.2 拆除試驗參數確定

圖1 高壓水射流拆除混凝土工藝流程

（1）超高壓水射流機器人擺放。超高壓水射流機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，但是挪動超高壓水射流機器人需較費時間，平行于翼緣板擺放一次性拆除速度較慢，但是機械行駛速度快。由于該項目屬于切除翼緣板50cm，分次來回切除，因此選擇超高壓水射流機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能，不斷增大水射流壓力，水射流打擊力都會相應增加，切割破除速度也會隨之增快。在高壓水流量一定時，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，但是過大的壓力值會對噴嘴及鋼筋結構有損傷。②逐步提升壓力，避免瞬間升壓過快，超高壓水射流機器人到達施工現場初次調壓應先在25%、50%、75%負荷階段各運轉5min，最后調壓至100%負荷運轉試機。③確定水流量后，則根據水流量調試噴嘴，保持超高壓水射流機器人行駛速度和往復速度不變，每隔1m進行一次噴嘴大小調試，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，高壓水流量越大，切割總功率越大，切割效率也越高。當高壓水壓力為70MPa時，高壓水流量在10～20L/min內高壓水射流的流量與高壓水射流的打擊力相關性較高，而當高壓水流量在20～90L/min內時，高壓水射流的流量與高壓水射流的打擊力相關性減小并持續平緩。由此可得出，當高壓水射流的水壓一定時，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。水流量通過改變超高壓水清洗設備站柴油發動機或電動機的轉速來調節，通過不同的轉速，控制每分鐘水流量[4]。

（4）曝水時間。混凝土暴露在水下的時間取決于噴嘴架的移動速度、往復數和往復速度。在高壓水射流的水壓和流量一定的情況下，曝水時間的長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，可通過計算得出噴嘴架的移動速度，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時，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。當噴嘴直徑確定時，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。對于不同的被切割對象和高壓水力參數，有相應的最佳靶距。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，噴嘴距離過遠、角度過小會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，應根據混凝土的強度及工作面的條件來調節噴嘴距離及角度[5]。

3.3 高壓水射流靜力拆除施工

（1）試運轉。負荷運轉前應進行空載試運轉試驗，時間為5min。試運轉中超高壓水射流機器人及增壓系統無異常聲響、振動和泄露，所有保護裝置應正常。

（2）負荷運轉。待試運轉穩定，各項參數滿足施工要求后，開始負荷運轉。運轉應在額定泵速下進行，壓力一般從常壓逐漸調整至初始工況壓力。按額定壓力值的30%、50%、80%、100%依次升壓，在每一個輸出壓力下，記錄和測量泵速、功率、流量和排出壓力值。配管與連接應與高壓水射流機器人的最大排出壓力相適應。高壓水射流拆除混凝土的關鍵技術在于參數的設定，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，針對不同強度等級、級配的鋼筋混凝土參數的設定也完全不一致。根據施工速度和用水量現場配備足夠數量的水車，保證現場用水充足。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器人上安裝防護罩，并且苫蓋厚實的苫布，防止高壓水沖擊出的小石子擲到高速公路上及施工區域外的臨時便道上。

4 水射流拆除安全、質量控制措施

（1）超高壓水射流機器人操作手：直接操作噴頭或噴槍進行高壓水射流拆除作業，操作手在作業開始后必須控制水射流及移動速度。

（2）超高壓水清洗設備操作手：在混凝土拆除作業期間監視并控制泵壓力的大小，同時，始終觀察超高壓水射流機器人操作手，以便其在遇到問題或發出各種信號時，能夠馬上做出反應。超高壓水清洗設備操作手還應注意觀察施工現場的情況，防止非施工人員進入施工現場或者出現其他的各種隱患。

（4）在正式施工前，操作手應確認高壓水射流施工的周邊環境，操作手應站在安全的位置；應仔細檢查施工現場，排除安全隱患，以防發生安全事故。

（5）超高壓水清洗設備操作手在升壓時，應緩慢升壓，使超高壓水射流機器人適應水射流反沖擊力，在達到正常工作壓力后，沒有調整壓力指令時，則不應再做大幅度調整；系統降壓時也應緩慢調節，以防止反沖擊力突然的消失而使超高壓水射流機器人失去平衡。

（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，必須修復或更換。系統在升壓時，應緩慢進行，確保噴嘴出流順暢，噴嘴的直徑應與系統的工作壓力和流量相匹配。

（7）在作業之前組織測試，調整水的壓力。通過調節高壓水的壓力，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據，取決于所要拆除的混凝土材料的強度等因素，因此在作業之前，先測試所破碎的厚度，得出具體數據后，再調整好水射流，進行鑿除作業，保證作業的精確性。

5 結束語

超高壓水射流破碎拆除主要應用于混凝土切割及水泥混凝土路面的養護與維修，對病害路面進行切割破碎，代替了傳統人工風鎬和破碎錘，屬于靜力拆除方式，尤其適用于混凝土工程構筑物的快速精準拆除。在水射流拆除混凝土時，可準確控制所需拆除混凝土的面積、厚度，且施工精度高、機械化程度高，能夠確保混凝土中的鋼筋完好、無損傷。由于水切割可保留鋼筋，因此減少了植筋的工序及質量控制，不僅保證了質量，還加快了施工進度。拆除后的混凝土面為沒有微裂紋的不均勻毛面，切縫順直、平整、外表美觀，為進一步混凝土拼接施工提供了質量保證。整個施工過程無粉塵、噪聲小且水可循環利用。