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(fā)生裝置將水加壓至數(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為動能，高壓水切割拆除混凝土時，動能又重新轉(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產(chǎn)生強烈的作用，從而在混凝土孔隙中產(chǎn)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(zhì)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(wǎng)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(zhèn)西北角經(jīng)過，在K3236+400處設置大槐服務區(qū)后進入陽江市；路線在陽江市陽東區(qū)內(nèi)基本在國道G325北側(cè)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(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

3.1 施工準備

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況及圖紙，編制施工方案，拆除前調(diào)試設備，并對相關技術(shù)人員進行分工，技術(shù)人員需統(tǒng)計設備的不同施工參數(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(jié)構(gòu)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(xiàn)場初次調(diào)壓應先在25%、50%、75%負荷階段各運轉(zhuǎn)5min，最后調(diào)壓至100%負荷運轉(zhuǎn)試機。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(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，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(nèi)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(nèi)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(xù)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(fā)動機或電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)，通過不同的轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)，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(jù)混凝土的強度及工作面的條件來調(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）試運轉(zhuǎn)。負荷運轉(zhuǎn)前應進行空載試運轉(zhuǎn)試驗，時間為5min。試運轉(zhuǎn)中超高壓水射流機器人及增壓系統(tǒng)無異常聲響、振動和泄露，所有保護裝置應正常。

（2）負荷運轉(zhuǎn)。待試運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，各項參數(shù)滿足施工要求后，開始負荷運轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)應在額定泵速下進行，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(shù)在于參數(shù)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(shù)的設定也完全不一致。根據(jù)施工速度和用水量現(xiàn)場配備足夠數(shù)量的水車，保證現(xiàn)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(qū)域外的臨時便道上。

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(yè)，操作手在作業(yè)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(yè)期間監(jiān)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(fā)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(xiàn)場的情況，防止非施工人員進入施工現(xiàn)場或者出現(xiàn)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(huán)境，操作手應站在安全的位置；應仔細檢查施工現(xiàn)場，排除安全隱患，以防發(fā)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(diào)整壓力指令時，則不應再做大幅度調(diào)整；系統(tǒng)降壓時也應緩慢調(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(tǒng)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(tǒng)的工作壓力和流量相匹配。

（7）在作業(yè)之前組織測試，調(diào)整水的壓力。通過調(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度等因素，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)整好水射流，進行鑿除作業(yè)，保證作業(yè)的精確性。

5 結(jié)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(yǎng)護與維修，對病害路面進行切割破碎，代替了傳統(tǒng)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(gòu)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?；炷林械匿摻钔旰?、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(zhì)量控制，不僅保證了質(zhì)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(zhì)量保證。整個施工過程無粉塵、噪聲小且水可循環(huán)利用。