公路橋梁伸縮縫排水方案設(shè)計比選

王利光，祁江波，李盛洋

(1.武漢青山長江大橋建設(shè)有限公司 武漢市 430019；2.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司 武漢市 430051)

1 工程背景

隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，特別是各種跨江(河)、跨海大橋及高架橋的建設(shè)越來越多，作為橋梁重要組成之一的伸縮縫，是橋面構(gòu)造中直接與橋梁服務(wù)功能有關(guān)的重要部件之一，為保證伸縮縫的安裝，應(yīng)在橋梁端部澆注鋼纖維混凝土與橋面瀝青鋪裝層銜接，如果鋼纖維混凝土與瀝青鋪裝層交接面未設(shè)置排水設(shè)施，僅依靠橋梁道路表面進(jìn)行排水，那么雨后橋面滲水流趟到伸縮縫混凝土端部與橋梁瀝青路面交接處的內(nèi)部，無法排出，就會在瀝青鋪裝空隙內(nèi)部大量積存[1]。

通過對伸縮縫處病害產(chǎn)生的原因及過程進(jìn)行分析，如何及時排出伸縮縫處積水，避免在車輪碾壓下產(chǎn)生破壞路面端頭處的局部動水壓力成為設(shè)計考慮的問題之一。

2 設(shè)計解決方案

為保證伸縮縫位置處橋面瀝青鋪裝層的滲水有效排除，提高橋面結(jié)構(gòu)層的耐久性，需要在鋼纖維混凝土與瀝青層交接處布置排水設(shè)施。為此，結(jié)合武漢北四環(huán)、武漢南四環(huán)、武嘉高速武漢段及青山長江大橋引橋段等不同線路的項目實際情況，設(shè)計提出了幾種伸縮縫排水解決方案，現(xiàn)分別介紹如下：

2.1 方案一 設(shè)置碎石盲溝結(jié)合豎向排水方案

該方案橋梁伸縮縫排水設(shè)計具體措施為：在與伸縮縫槽口相結(jié)合的橋面混凝土現(xiàn)澆層中，設(shè)置預(yù)留橫橋向排水盲溝，排水盲溝深度為35mm，寬度為100mm，內(nèi)填充碎石。排水盲溝口兩邊的現(xiàn)澆層面坡度均為5%朝向溝口，盲溝靠橋邊護(hù)欄端頭處安裝直徑Φ50mm豎向排水管[2]。瀝青鋪裝層施工完畢后，該處路面滲水可以向排水盲溝內(nèi)匯集，經(jīng)排水盲溝沿橫坡往橋邊經(jīng)由豎向排水管往下排出(如圖1)。

圖1 伸縮縫設(shè)置盲溝方案排水立面圖(單位：mm)

2.2 方案二 設(shè)置縱、橫向排水圓管直接排水方案

該方案中橫向水管固定在瀝青路面層與橋面混凝土層結(jié)合處端頭，通過橫向管匯集層間滲水，再通過縱向水管排出。其中橫向水管采用Φ30mm硬塑管，在管壁上按等間距鉆孔，方便層間水流入，同時橫向排水管施工時包裹無紡布，防止施工過程中鋼纖維水泥漿流入(如圖2)[2]。

圖2 伸縮縫設(shè)置縱、橫向排水方案圖(單位：mm)

2.3 方案三 設(shè)置結(jié)合層處角鋼成孔橫向排水方案

本方案橋梁伸縮縫排水構(gòu)造較為簡單，其主要措施是在瀝青路面層與橋面混凝土結(jié)合端頭處，橫橋向安裝角鋼一根，該角鋼用于孔道支撐成型并攔截匯集端頭流出的層間水，澆注伸縮縫鋼纖維混凝土后，該處形成橫橋向排水孔道。路面水下滲至混凝土上的防水層后，沿縱坡向低處匯集，從層間結(jié)合處進(jìn)入角鋼孔道內(nèi)，再順橫橋向坡度引入側(cè)邊橋面排水溝(如圖3)[4]。

圖3 伸縮縫設(shè)置角鋼成孔方案排水立面圖(單位：mm)

2.4 方案四 利用“毛細(xì)水”設(shè)置橫向麻繩排水方案

考慮到伸縮縫處的積水為瀝青層間滲水，不會短時間形成明顯匯流，該方案利用“毛細(xì)水現(xiàn)象”設(shè)置有效的引流通道將滲水及時排出。方案具體措施為：在瀝青路面與橋面混凝土結(jié)合層端頭位置，沿結(jié)合處端頭防水層高度，橫橋向通長設(shè)置一根麻繩作為毛細(xì)引水通道，麻繩直徑為Φ20mm，采用鋼釘固定，直接澆注埋置在伸縮縫混凝土中，其尾端露出至橋面排水溝(如圖4)。

圖4 伸縮縫設(shè)置橫向麻繩方案排水立面圖(單位：mm)

3 方案比選分析

分析以上四種伸縮縫排水解決方案，方案一、方案二設(shè)計均是先橫斷面匯集路面下滲的層間水，再連接豎管排出。方案涉及到碎石盲溝、豎向管、橫向開孔管道等不同管徑安裝，施工較為復(fù)雜。方案一中碎石盲溝在瀝青鋪裝層下，盲溝口兩邊5%坡度需要精細(xì)施工，盲溝連接的豎向排水管需要在梁體中進(jìn)行預(yù)埋，相應(yīng)增加了前期施工工序。方案二管道安裝較多，其中橫向管需在管壁開孔，且安裝時要緊貼瀝青與橋面混凝土結(jié)合處，但實際很難密貼，尤其是要保證管道在后續(xù)澆注伸縮縫混凝土?xí)r完全不被水泥漿滲入堵塞，這也會極大增加施工難度。方案二一旦發(fā)生橫向管道的局部堵塞，排水效果則大打折扣。

方案三與方案四措施均較為簡單，但思路不同。方案三采用角鋼剛性支撐成孔，層間水直接進(jìn)入角鋼形成的三角形橫向孔道內(nèi)，沿橫橋向坡度排出，排水路徑清晰。該方案施工簡單，但與方案三中的橫向排水管一樣，需要考慮角鋼剛好與結(jié)合層處位置密貼，且后續(xù)澆注混凝土?xí)r水泥漿不會流入角鋼堵塞孔道。方案四則采用柔性的麻繩形成毛細(xì)排水路徑，麻繩固定施工工序簡單，且在后續(xù)澆注施工時麻繩的毛細(xì)孔徑不會完全堵塞，排水路徑能長期保持通暢。此外，在后期運營的車輛碾壓下，前三種方案中的管道、角鋼等均可能會產(chǎn)生破壞，但方案四中麻繩柔性好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)，麻繩在層間水浸潤腐蝕后于混凝土和瀝青鋪裝層的角落處形成孔洞，方便滲入的層間水排除。匯總對四種方案在施工難易程度、排水效果及經(jīng)濟(jì)性三個方面的分析結(jié)果，如表1所示。

表1 伸縮縫排水方案比選分析表

綜合比較四種方案及排水效果，方案四具有明顯的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

針對當(dāng)前高速公路橋梁伸縮縫積水導(dǎo)致的損壞問題進(jìn)行了原因分析，結(jié)合病害治理的實際預(yù)防措施，對不同的設(shè)計方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對各方案實施的關(guān)鍵技術(shù)點作了說明。通過對四個方案在施工難易程度、排水效果、經(jīng)濟(jì)性等方面作了對比分析，得出了在混凝土與瀝青鋪裝層交界處布置麻繩的方案(方案四)最優(yōu)的結(jié)論。對公路橋梁伸縮縫排水方案的分析可為類似項目的設(shè)計施工提供一定的經(jīng)驗參考與借鑒。