高速鐵路橋面防水層破壞機理與整治分析

孔 保 鋒

(中國鐵路太原局集團有限公司安全監察室，山西 太原 030013)

1 橋梁防水層的主要要求

季節交替時的凍融破壞、鋼筋銹蝕導致的混凝土裂縫逐漸擴大、堿集料反應導致的混凝土強度降低、混凝土碳化導致的堿環境破壞是引起橋梁混凝土結構破壞的主要原因[1]。為保證橋梁混凝土強度，提高其耐久性，通過對比國內大量的整治經驗及工程措施發現，主要整治方式為阻止水對混凝土的侵蝕及解決混凝土被侵蝕后的補強問題。因此,將外界水分與混凝土結構隔離開,是保證高速鐵路橋梁混凝土結構強度及耐久性的有效措施。作為高速鐵路橋面防水層的主要材料，必須滿足以下條件[2]:

1)材料必須具備良好的防滲透性;

2)與混凝土橋面間的粘結強度能夠達到要求;

3)與砂漿保護層間具有良好的連接性能;

4)較好的耐熱、耐寒性能;

5)對梁體的伸縮、撓曲變形有足夠的適應性;

6)在橋面開裂時不受反射裂縫的影響;

7)其耐久性不低于高速鐵路橋面的正常使用壽命;

8)施工較為簡單，具有較好的經濟性。

2 橋面防水層病害現狀及原因分析

橋面防水層是保護橋梁混凝土結構免受破壞的第一道屏障。我國高速鐵路橋面普遍采用卷材防水加鋪纖維混凝土保護層，通過對開通運營后的高鐵橋梁檢查發現，橋面防水層的保護層砂漿或橋面防水涂料均出現不同程度的破壞，且有不斷發展的趨勢，嚴重處甚至已經開始影響高鐵列車的運行安全[3]。

通過對高速鐵路橋面卷材防水層設計結構和現場施工過程分析比較發現，引起橋面防水層混凝土結構破壞的主要原因為:

1)現場防水層施工隊伍不夠專業。

高鐵卷材防水層施工對于施工人員的業務水平要求較高，現場作業環境的溫度、含水量以及時間的測定等均需要有專門人員進行盯控，但現場施工人員的素質達不到這些要求。同時由于各種自然環境及其他工作的影響，導致工期嚴重不足，存在趕工期施工的現象，從而使得施工質量大大降低。

2)對橋面基層的處理不夠重視。

高速鐵路橋面卷材防水層施工過程對橋面基層的處理尤其重要。如果橋面防水層基面控制不嚴格、處理不得當、噴涂厚度不均勻都會引起橋面防水層脫落、開裂、氣泡等病害的發生。橋面和防水層的結合面有積水未處理干凈，將會嚴重影響橋面防水層與橋面板之間的連接強度。另外噴涂防水涂料的固化速度較快，從而需要更好的基面處理和層間處理；尤其是兩線間道床板底部及橋面防撞墻根部防水層施工起來較為困難，極易造成氣泡、開裂、脫落。

3)現場施工作業環境無法控制。

高速鐵路橋面防水層的每道施工工序均對施工環境有較高的要求，對于施工溫度、環境濕度、各項作業的時間間隔以及驗收條件等都有較為嚴格的規定。例如在氣溫較高時施工將會嚴重降低防水層施工的施工質量，底層涂料要在基層含水率小于7%的情況下噴涂，否則基層中的水分受熱膨脹極易造成防水層大面積的鼓起、氣泡甚至發現防水層脫落、剝離等現象[4]。

4)對每道施工工序的質量控制重視不足。

高速鐵路橋面防水層各道施工工序均有著嚴格的規定，例如在底層涂料完全固化之前，不得進行其他相關作業。防水材料噴涂完畢后在4 h內應加強保護，不得同時進行其他相關作業[5]。由于高速鐵路可用于施工作業的時間較短，各道工序相互之間交叉嚴重，導致橋面防水層在施工期間不能得到較好的保護，使得橋面防水層施工質量受到一定的影響。

5)高速鐵路橋面防水層設置的特殊性。

由于橋梁兩線間的防水層在底座板根部需卷起8 cm，形成8 cm的搭接，在列車通過時梁體發生撓曲變形，造成橋面與底座板處防水層發生不規則變形，從而導致橋面防水層出現開裂或起泡現象。同時由于高速鐵路列車運行速度較快，形成強大的列車風對防水層產生強烈的反復吸壓作用，導致橋面防水層進一步鼓起、破損。

3 針對橋面防水層病害主要采取的措施

為保證高速鐵路橋面防水層在不同條件下都能夠達到質量及耐久性要求，對橋面防水層的設計、施工及運營維護提出了更高的要求。通過對現有高速鐵路橋面防水層病害的檢查發現，因材料、設計、施工和管理各因素引起的防水層破壞所占的比例分別為20%，25%，50%，5%。因此需對上述問題采取以下措施進行預防：

1)加強專業施工隊伍的建設，做好作業人員的培訓，保證高速鐵路橋面防水層的施工質量。

根據《客運專線鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術條件》的有關規定，由于高速鐵路橋面防水層各項參數的規定和普速鐵路橋面防水層相比有較大的差異，施工工序及施工環境也有所不同，因此必須建立能夠勝任的專業的施工隊伍來進行高速鐵路橋面防水層施工。施工作業人員必須能夠掌握高速鐵路橋面防水層所需材料的各項參數、施工工藝及質量驗收標準，同時掌握各種施工技巧，對施工所需要的各種機械設備及其出現的故障及如何解決要有清晰的認識。

2)優化設計方案，提高設計質量。

由于高速鐵路橋面防水層在底座板根部需卷起8 cm，在橋面與底座板的相對滑動作用下，極易造成底座板根部的橋面防水層出現大范圍的氣泡、開裂，建議通過采取其他措施來取代這8 cm的搭接，從而消除底座板底部橋面防水層氣泡及破損病害的出現。

3)選擇合適的橋面防水層材料。

高速鐵路橋面防水層材料的選擇直接影響整個橋面防水層防水質量的好壞。目前我國高速鐵路橋面防水層普遍采用的是卷材防水，它對環境濕度、溫度都具有較強的適應性，在溫度較低的情況下能夠保證一定的柔韌性，且能保證正常的耐磨、防腐要求，因此能夠被大量使用[6]。但同時也存在一定的弊端，例如受橋面基層平整度的影響較大，若橋面基層不平整，將會導致防水卷材與橋面間存在一定的空隙，導致防水卷材空鼓，從而引起其上部的砂漿保護層破碎開裂。因此，需要研制新型材料，使之既能保證高速鐵路的防水層要求，又能夠易于施工，同時保證橋面防水層失效時不會給高速鐵路列車運行帶來隱患。

4)加強質量管理，保證達到質量標準。

施工單位要提前做好各項準備工作，保證各種工機具、材料充足，合理確定工期，對于無法按正常作業程序噴涂的部位提前制定噴涂方案，保證噴涂質量，確保一次噴涂完成。同時要把好材料進場關，在經檢驗并且檢驗合格的情況下方可投入使用，從材料源頭上確保橋面防水層施工質量。此外可以先做一孔梁橋面防水層的施工，動態控制各項參數及環境條件，在熟悉正常施工程序且確保施工質量達標的情況下，再進行全范圍施工。

4 整修方案

為確保高速鐵路列車通過時產生的列車風作用不至于造成橋面防水層上部的纖維混凝土細顆粒脫落從而形成表面粗糙麻面現象，同時防止表面不積水、雨水滲入導致纖維混凝土強度降低，只需在纖維混凝土表面覆蓋一層平整的、高粘聚力的、與混凝土表面聯結較好的薄膜防護。

例如整治范圍為大西高鐵白石牧馬河特大橋第3-5孔梁，該區段防水層病害較為嚴重，出現較為嚴重的酥化、掉塊、積水、滲水及防水涂料脫落等現象。本次防水層整治工作，主要為了解決高速鐵路橋面防水層積水酥化及酥化混凝土在高鐵列車運行產生的列車風將松動顆粒吹向線路的安全隱患，從高速鐵路橋面防水層保護砂漿層表面處理和防水涂料分層涂刷兩個關鍵施工環節進行控制，首先要徹底的清理防水層缺陷部位，其次將底層涂料涂裝在清理完顆粒物的混凝土橋面上，保證混凝土橋面被表層涂料充分滲透并形成薄膜，然后刮涂砂漿修補料將混凝土表面坑洼處所填補平整，完全滲入橋下的底涂層起著連接上下層的作用，從而使上下層形成一個整體。

4.1 材料選用

表面涂料是一種優良的封閉型維修材料，強度較高且具有較強的粘結連接力，通過加強聚合物改性優化、無機材料配合比重新設計等改進措施，大大提高了材料在高速鐵路橋面防水層中的使用性能，能夠經受住各種惡劣氣候條件的考驗，具有良好質量標準及耐久性。表面涂料有關參數如表1所示。

表1 表面涂料有關參數

基層滲透維修材料粘度較低，具有較強的粘結力和較高的滲透性能，能夠經受各種惡劣氣候條件的考驗，具有良好的質量條件及耐久性。基層滲透維修材料有關參數如表2所示。

表2 基層滲透維修材料有關參數

嵌縫處理維修材料是一種伸縮縫填充材料，能夠有效的與混凝土結構粘結在一起，同時具有較好的堵水性能，能夠經受各種惡劣氣候條件的考驗，具有良好的質量條件及耐久性。嵌縫處理維修材料有關參數如表3所示。

表3 嵌縫處理維修材料有關參數

4.2 施工流程

具體工藝：病害調查→基面清理→嵌縫修復→底漆涂裝→基層滲透→面漆涂裝。

1)基面清理：

對缺陷的砂漿保護層材料進行鑿除，應將砂漿保護層的病害部分徹底清除掉，鑿除后應將混凝土基面露出。對不易鑿除的砂漿保護層部分，可采用角磨機對其進行打磨消除。清除完成后，使用鋼絲刷、砂紙、抹布等清除砂漿保護層表面的顆粒物。將砂漿保護層表面的夾渣、粉末以及其他松散雜物清理干凈。

2)嵌縫修復：

首先將失效的嵌縫材料清除掉，將伸縮縫內的顆粒物清除，然后在縫兩端粘貼膠帶防止污染，最后灌注嵌縫材料。

3)底漆涂裝：

主要以噴涂方式為主，并以刷涂方式相配合。在經修補后的基面干燥、清潔后方可進行底涂施工，噴涂或刷涂時應保證底層涂料能夠充分潤濕基面并完成滲透。

4)基層滲透：

以滾涂方式為主，并輔以刮涂方式。當用于平整基面的環氧砂漿膩子完全固化后方可進行該道工序施工；涂裝工作需滿涂，厚度均勻，無漏涂。

5)面漆涂裝：

面漆涂裝以滾涂方式為主，刷涂方式為輔。在底面涂料完全干燥、厚度均勻無氣泡后，方可進行下一層涂裝。在有效時間內完成施工并保證配合比正確和攪拌均勻是保證工序質量的關鍵。

6)檢查：

面漆涂抹完成并干燥后應檢查面漆表面是否起泡，厚度是否一致，有無坑槽、色澤是否均勻。

整修前后對比見圖1。

5 結語

目前我國的高速鐵路正處于高速發展期，采用鋪裝卷材加鋪纖維砂漿保護層是高速鐵路橋面的主要防水方式。但由于高鐵列車運行速度快，產生強大的列車風作用，不但加速橋面防水層的破壞，影響橋梁強度及耐久性，破碎砂漿塊或防水涂料薄層被刮上線路將影響高速列車行車安全。采用分層涂裝的方式加強橋面防水層保護層表面的整體性，同時防止橋面積水及雨水滲透，能夠較好的保證橋梁的強度及耐久性，也能夠防止形成混凝土殘塊刮入線路導致安全隱患的發生。