水射流施工技术在抢险拆除加固工程中的应用

孔 平

(重庆建工工业有限公司，重庆 402283)

1 工程概况

本工程位于重庆石桥(赛博)广场，系4·24火灾后的加固工程。根据“重庆市建筑科学研究院”专家实地踏勘取样、检测鉴定，石桥广场结构4·24火灾影响区域为－1层～6层，其余各楼层未受火灾影响。受火灾影响的各楼层不同区域存在安全隐患，需进行加固、维修处理。根据鉴定报告和设计图纸约定内容为依据，即重点拆除Ⅱ级，中度烧伤，混凝土表面龟裂混凝土;Ⅲ级，重度烧伤，混凝土爆落、露筋、开裂的混凝土及强度不能满足要求的混凝土。其中过火面积 52 626.342 m2，中度、重度区共 28 002.721 m2、轻度区24 623.621 m2，需进行结构加固处理。

本抢险加固工程中，成功使用了几项较为先进的施工技术，而高压水射流施工技术就是其中之一。在此之前，水射流施工技术多用于隧道工程、道路翻新工程等，且技术成型并有相应的资料和经验可供借鉴参考。而本次高压水射流施工技术应用于建筑工程，清除破碎楼板底部、梁底部、侧面以及柱四周受损混凝土，工艺独特。此次高压水射流拆除新技术的应用，取得了一定的经济效果并确保了工期目标的实现。通过本文的介绍，其工艺为类似工程施工起到一定的参考借鉴作用，我相信为推广新技术的应用有一定的促进作用。

2 水射流施工技术概况及原理

水射流技术是近年迅速发展起来的一种新型技术，它具有独特的优点，其系统结构简单，对作业环境要求低，目前可应用于清洗、剥层、除垢、切割、钻孔、破碎、制粉、除磷、铸件清砂、喷雾、浆体输送、注水、注浆和消防等。

高压水射流冲击破碎旧水泥混凝土突破了传统的维修方法，摒弃了机械式破碎设备进行混凝土面破碎带来的噪声、尘屑等负面影响，具有高效、节能、环保、节约成本等优点。高压水射流的冲击主要形成了初期的破碎区域，形成了损伤破碎主体，其破碎区域形成时间非常短，在毫秒量级以内。同时混凝土抗拉力小，水穿透混凝土空隙产生内压，当内压超过混凝土的抗拉力时，混凝土被清除。

水射流凿除技术保护钢筋的原理是采用高压水射流技术凿除钢筋混凝土，能够精确去除混凝土部分，保留混凝土中的钢筋，而且混凝土中的钢筋不会受到丝毫损害。主要原因如下:混凝土和钢筋的物理性质不同。混凝土为非匀质的多孔隙材料，钢筋则为匀质材料。从宏观上看，混凝土是由相互胶结的各种不同形状大小的颗粒堆聚而成(见图1a))。深入观察其内部结构，它是具有三相(固相、液相和气相)的多微孔结构(见图1b))。

混凝土的多微孔结构，使喷射出的高压水(水是软体材料)可以击打到混凝土内部，然后，水在混凝土内部形成超过混凝土抗拉强度的张力，破碎掉混凝土。但是，钢筋(包括拴在钢筋上的铁丝)是匀质材料，作为软体材料的水，无法击打到钢筋或铁丝内部，所以高压水射流不会损害到钢筋和铁丝。

图1 水泥混凝土结构示意图

3 高压水射流技术在火灾受损混凝土拆除中的应用

3.1 设计拆除要求

清除火灾受损混凝土，尽量减少施工措施，充分利用结构现有承载能力保证施工安全。在确保承载力安全的前提下，降低工程造价，加快施工进度。

水射流拆除范围原则C20及以下强度混凝土拆除。过火钢筋混凝土强度在25 MPa以上的可以不需拆除置换混凝土。

3.2 技术条件分析

应用高压水射流拆除中度、重度碳化损伤混凝土有以下优势:

1)高压水射流技术，可保留混凝土结构不产生任何外界破坏作用力;2)水泥混凝土铣刨机，丝毫不伤害钢筋;3)施工速度快，能满足工期要求。

3.3 水射流技术的应用情况

3.3.1 施工准备(技术准备)

本工程采用高压水射流技术清除受损水泥混凝土。作业安全，无振动，只去除混凝土，原结构中的钢筋原样保留。

1)组织专业队伍进行施工。2)在作业之前组织测试，调整水的压力。水泥混凝土铣刨设备，通过调节高压水的压力，可以一次性去除不同厚度的混凝土。具体的去除厚度数据，依赖于所要去除的水泥混凝土材料的强度、龄期等因素，因此，在作业之前，先测试所破碎的厚度，得出具体数据后，再调整好水的压力，进行凿除作业，以保证作业的精确性。保证在不损害钢筋的情况下，精确凿除指定范围内的水泥混凝土。3)做好污水处理。采用污水净化器及时处理净化污水。将作业过程中产生的水，顺势引导到低洼处聚集，再由污水净化器抽取、净化，排放到指定污水井。因此，整个作业过程无污染。

3.3.2 施工顺序

受损部位的水射流破碎施工依照以下顺序进行:

1)由低层到高层逐层进行。2)在每层的水射流破碎施工中，承重柱、梁的破碎，分面依次进行。即:先破碎一面，破碎完该层的所有柱、梁之后，再开始破碎另一面;如此顺序，将需要破碎的柱子四面及梁面全部破碎。3)在每层的水射流破碎施工中，承重柱、梁全部破碎并修补完成后，再破碎该层顶板。

3.3.3 水射流作业流程

1)机器就位:设备运抵作业现场后，将高压泵和污水净化器放置在地面，将铣刨机放置在作业面，把铣刨机和高压泵之间通过高压水管连接后，即可开始作业。2)开始作业:铣刨机喷射出高压水射流，作用于作业面，破碎掉水泥混凝土。

3.3.4 施工工艺

采用高压水射流技术去除原结构中的水泥混凝土，能够在丝毫不损害钢筋的情况下，进行保护性、精确的破碎作业。

1)由高压泵加压，产生50 MPa～150 MPa的高压水射流，经由高压水管连接、输送到铣刨机，从铣刨机的喷嘴中，喷射出超音速的高压水射流，射入混凝土表面。高压水在混凝土中产生一个超压，当其压力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土发生破碎。

2)铣刨机喷射出的水为清水。水泥混凝土铣刨设备所使用的中水，经由铣刨设备自身过滤处理系统，喷射出的是清水。清水作为软体材料，不能击打到钢筋或铁丝内部。当高压水射流需要切割钢筋或钢板时，需要在水中加入磨砂等硬体微粒，形成磨料水射流，在这种情况下，高压水射流才能对钢筋或钢板产生作用。

3.3.5 注意事项

在应用高压水射流技术凿除作业时，需要注意以下事项:

1)作业场地的防护措施。由于铣刨机喷射出高压水射流破碎混凝土过程中，可能会有细小水泥碎块溅出，因此，铣刨机喷嘴周围3 m内，有关人员不得无防护措施进入该范围。铣刨机操作人员应当戴安全帽、穿安全防护鞋进行作业。2)污水处理由专人监管。专设污水处理人员1名，负责操作污水净化器，将作业所产生的污水及时抽取到污水净化器中，净化后排放到指定污水井。3)在清除梁下部损伤混凝土时，做好安全防护措施，必须采用钢管支撑，防止结构因破碎时产生变形破坏，确保不发生次生灾害。

3.4 实际应用效果

高压水射流凿除效果。采用高压水射流技术凿除水泥混凝土，凿除范围精确，且原结构中钢筋原样保留。

4 水射流拆除效果评价

该项目具有一定的特殊性，工期短、任务重、质量要求高。通过应用高压水射流施工技术，体现了以下几方面的效果:

1)确保工期目标的实现。人工拆除，人工劳动强度大，使用人工拆除需用的劳动力无法满足项目进度需求。使用人工拆除，必须是保护性的拆除，不能对原结构有伤害。人工对板底顶棚的拆除难度相当的大，人工剔打(望天锤)作业，工效极低;事实上刚开始工人作业半天时间后，工人普遍反映劳动强度大，无法继续工作。况且短期集中大量的石工难度相当的大，每天每人作业面积仅几平方米，需要作业工人200人以上，人工剔打拆除工期估算至少两个月以上，肯定会对整个工程的工期带来巨大的影响。拆除面积为11 900 m2，使用水射流技术每天拆除200 m2/台×2台=400 m2，实际上仅用了一个月时间拆除完成。

2)取得的经济效果明显。人工拆除不经济，安全性不高。人工拆除合同约定单价为18元/m2，后面单价涨到100元/m2，到后来工人罢工，主要是劳动强度太大，工人吃不消，极易疲劳，人工单价继续涨也无意义了，采用人工拆除方式极不经济。移动脚手架上进行振动性的拆除操作极不安全，同预算相比较使用高压水射流施工技术节约投入达到50余万元。

3)降低了职业危害，环境效果明显。该项目地处商业中心，人流集中，对施工要求高，各项保护措施必须到位。同时传统的人工作业方式易产生粉尘、扬尘、噪声，以及扰民，居民投诉多。该技术的应用，各项排放指标均达到环保标准，杜绝了施工粉尘、扬尘、噪声对作业人员及附近居民的健康危害。

4)拆除质量得到了有效的保障。传统的人工凿打、电镐、风镐、破碎锤头剔除，费时费工，且通过巨大的外部力量，将混凝土振碎。巨大的振动，容易产生新的裂缝，损害保留结构部分，松动部分钢筋混凝土，拆除范围和深度不具有精确性。人工凿打、电镐、风镐、机械破碎是通过巨大的外部力量，将混凝土振碎的同时损伤了钢筋，造成了钢筋变形，不是弯曲的就是混乱的，使部分受力钢筋损伤减少了受力钢筋的截面积。修复整理费时费工，严重影响到原钢筋混凝土受拉构件的使用寿命。采用水泥混凝土铣刨机的作业过程无振动，保护原结构。可以精确控制混凝土的强度破碎，拆除后对混凝土的真实强度进行回弹测定，其强度完全满足设计拆除要求。拆除的面积、深度和力度、破碎后的界面，边缘比较整齐、干净，呈现坚硬的齿状，拆除过程中钢筋不会受外力而产生变形。因此，钢筋形状及混凝土强度及表观质量均达到了后续工序加固要求。

5)水射流技术应用得到进一步的推广和完善。水射流施工技术的应用取得了一定效果，既降低了工程成本、实现了工期目标，又满足了工程质量要求。同时该技术的成功应用得到了政府部门领导及参建各方的一致认定和好评。

总之，水射流施工技术的应用还应受到重视和推广。该技术可用于对受损害的路面进行维护修理，还可用于指导桥梁、涵洞及建筑物的维修，可为旧混凝土工程结构变面翻新加固提供一种崭新的施工方法，具有广泛的应用前景。