高压水射流破除混凝土技术的应用分析

(1.山东鲁桥建设有限公司，山东 章丘 250000；2.中石化重型起重运输工程有限责任公司，北京 100029)

引言

实现工程作业的绿色环保是当前我国建设行业的重要任务和目标。高压水射流破除混凝土技术因具有环保、高效、便捷、安全、经济等优点，得到了广泛应用。该技术以水为介质，采用增压设备和特定喷头产生具有极大能量的高速水流，混凝土本身为三相多微孔结构，当水流冲击混凝土表面时，高压水在其孔隙中产生超压，当孔隙中的水压>混凝土强度时，混凝土将发生断裂，破碎后的混凝土将随水流被冲走[1]，而混凝土内部的钢筋在高压流下不会产生破坏，具体工作过程如图1所示。射流产生的水流可吸收混凝土破碎的粉尘，从而减少环境污染。

图1 高压水射流破除混凝土原理

1 工程概况

济南至青岛高速公路改扩建工程全长为309.20 km，始于青岛即墨市朱官庄的新主线收费站，终点为济南零点立交。该工程区间内规划有高架桥2座、大桥4座、中桥8座、小桥14座、匝道跨线桥6座、分离立交14座、通道67座、服务区1处、互通立交8处、天桥4道、涵洞181道[2]。该工程线路长、结构物多、工期紧，改扩建过程中需对现有混凝土进行破除。为了降低施工对交通的影响，改扩建过程中现有双向四车道仍正常运行，这对施工组织与施工安全带来较大挑战。

2 高压水射流技术的优势

2.1 安全性

高压水射流破除混凝土技术的安全性体现在两方面：

(1)高压水射流破除混凝土的施工器械无需近距离手持操作，也无需振动，操作人员在施工过程中更为安全。

(2)高压水射流破除混凝土仅是对现有混凝土进行局部的保护性破碎和拆除，并不会对整体结构造成损伤，能有效地保障结构的安全。

2.2 适用性

高压水射流破除混凝土所采用的施工设备可在顶面、地面、垂直面、水平面及狭小空间内开展作业，解决了以往破除混凝土时施工机械在顶部和侧面施工效率低，且无法在狭小区间施工的问题，具有较为广泛的适用性。

2.3 精准性

高压水射流混凝土清除设备可通过计算机编程控制打击次数、射流水流量和压力等，实现混凝土破碎深度和面积的精准控制，并且破碎后的混凝土界面光滑而平整。同时由于钢筋本身的致密性，高压水射流破除过程中不会对钢筋造成损伤，而且可清除钢筋表面的氯化物等污染物或附着物，增加钢筋与混凝土的粘结强度[3]。

2.4 环保性和经济性

以往的混凝土破除方法会产生噪音和粉尘，对周围环境造成噪音污染和粉尘污染。高压水射流破除混凝土技术则满足国家和地方对施工环保的总体要求，其施工设备清洁环保，能有效减少对资源和能源的消耗量，降低废品率和污染物的排放。该工程中采用高压水射流设备为低噪声设备，底座装有防震仪。高水压射流技术以水为介质，避免了坚硬物体之间碰撞摩擦产生的噪音。

因此，高水压射流破除混凝土技术具有施工高效、精准特点，可有效缩短工期，降低污染，具有明显的环保性和经济性。

3 高压水射流技术施工方法

首先，对需要维修的桥梁铰缝、梁板、桥面连续、桥面铺装损伤情况进行病害检测，确定维修范围，然后对维修部位进行破除后重新浇筑。混凝土在长期的使用过程中会发生风化、断裂等现象，使钢筋暴露在空气中，发生锈蚀。因此，可采用高压水射流技术对混凝土表面进行拉毛处理和清洗处理[4]。

对已损坏的混凝土进行破除处理，对外露钢筋及锈蚀钢筋进行清洗、防锈、阻锈处理。高压水射流技术是通过高压水射流来冲洗损坏的混凝土，进而修复和改造混凝土。用高压水射流破除混凝土是一项环保且经济的新工艺，具有无粉尘、噪音小、效率高、对原结构无损伤等优点，适用于建筑物混凝土修复工程[5-7]。

在应用高压水射流技术时，重要隐患是水土流失和水污染问题，应严格按照设计控制路基开挖范围，并采取防止水土流失的相应措施，主线施工便道外侧(靠近征地红线侧)设置截面为矩形的排水沟，截面尺寸为30 cm × 50 cm。水流纵向流向原济青高速涵洞、通道处，沿原有水沟排入沟渠内。此外，在江家牌坊便道两侧坡脚处设置了截面为矩形的排水沟，截面尺寸为100 cm × 80 cm，水流通过排水沟纵向流向刘公河内。有害物质和未经处理的建筑废水不得直接排入江河和其他流域。为防止建筑废水污染水资源，有必要建造沉降过滤器和隔油池。

4 高压水射流技术施工组织

4.1 施工准备

确定修复位置，将设备带入施工现场，在施工场所设置安全距离并放置警示牌，防止施工过程中混凝土块体飞溅伤人。

4.2 平面布置

济南至青岛高速公路改扩建工程是在现有高速公路通车条件下进行的，为了确保车辆安全通行，应在施工场地与运行车道之间设置防护网。为了不影响车辆的正常通行，改扩建工程的施工顺序如下：

(1)原位重建桥梁采用“先拆后建”的施工原则，原道路交通绕行通过。A幅双向四车道通行，B幅上跨桥的梁板和墩柱拆除，如图2所示。

图2 平面布置示意图

(2)将车辆调整至B幅双向四车道行驶，A幅上跨桥的梁板及墩柱拆除、新建桩基及墩柱，如图3所示。

图3 平面布置示意图

(3)B幅双向四车道行驶，安装A幅30 m小箱梁，如图4所示。

(4)A幅双向四车道行驶，安装B幅30 m小箱梁，如图5所示。

图5 平面布置示意图

(5)双向八车道通行，如图6所示。

图6 平面布置示意图

5 结语

在济南至青岛高速公路改扩建工程中，应用高压水射流破除混凝土技术，工程效率是以往破除混凝土技术的10～15倍，且仅对局部破除混凝土区域产生损伤，很大程度上降低了经济损失，总体效果令人满意，可见该技术是一项高效、节能、环保、安全、经济的先进施工工艺。随着我国建设产业的快速发展，对于原有混凝土的修护和改造方面越来越重视，该技术具有很大优势，将会具有很好的应用前景。