公路橋梁設(shè)計中防水措施的探討

楊永田 陳洪江

摘要 公路橋梁防水措施能夠避免橋梁水損壞，延長橋梁使用年限。橋面防水設(shè)計作為公路橋梁防水工程的關(guān)鍵內(nèi)容，工程建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)盲目選取防水材料、防水層布置不當(dāng)?shù)惹闆r，造成橋面滲水情況嚴重，影響橋梁交通安全，而合理的橋面防水設(shè)計方案具有顯著的社會經(jīng)濟意義。文章依托新疆某中型混凝土橋梁進行橋面防水優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合實際環(huán)境選取“熱鋪膠粉改性瀝青+碎石”的橋面防水方案，并且對其防水效果進行了有效評價。文章所做研究能夠為類似橋面防水工程提供參考。

關(guān)鍵詞 橋面防水；防水層；膠粉改性瀝青

中圖分類號 U443.5文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0058-03

0 引言

公路橋梁使用周期相對較長，且長期暴露在復(fù)雜外界環(huán)境，在面臨雨水浸泡、沖刷等情況時，容易出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)腐蝕、損傷等問題，影響橋梁使用功能。橋梁防水措施多采取防排結(jié)合形式，由于橋面鋪裝直接與雨水接觸，橋面防水是橋梁整體性防水體系的關(guān)鍵，對其進行防水措施研究至關(guān)重要。橋面防水設(shè)計需結(jié)合工程實際環(huán)境，合理選取防水材料、設(shè)計方法及施工工藝，避免橋梁出現(xiàn)積水、滲漏情況，以提升橋梁防水效果。

1 橋面防水常用措施

1.1 橋面防排水

橋面防排水主要遵循防排結(jié)合原則，橋面排水系統(tǒng)包括橋面縱橫坡排水、泄水孔排水兩部分。

橋面縱橫坡排水主要是根據(jù)橋面類型設(shè)置坡度1%～2.5%范圍之間的橫向坡，雨水能夠往側(cè)邊排放。當(dāng)橋梁長度較長時，還需要設(shè)置一定的排水縱坡，避免車道積水。

橋面泄水孔排水需合理設(shè)置泄水孔的布置間距，泄水孔參數(shù)和橋梁縱坡、長度密切相關(guān)。橋梁長度不超過50 m且縱坡不小于2%時，則一般不設(shè)置泄水孔，但為避免橋梁引道位置路基受雨水沖刷，該處需設(shè)置泄水槽；當(dāng)橋梁長度超過50 m且縱坡大于2%時，泄水孔布置間距應(yīng)控制在10～15 m；縱坡小于2%時，泄水孔布置間距為5～8 m。泄水孔位置需要適當(dāng)遠離墩臺、梁肋，管體也需要具備較大長度，避免出現(xiàn)雨水反流情況[1]。

混凝土橋梁鋪裝設(shè)計為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)時，可在鋪裝頂層采取“4 cm土工布+0.5 cm碎石”形式，通過排水槽往外排放伸縮縫處積水；橋臺伸縮縫積水的排放，則需要在臺帽位置構(gòu)建排水槽，結(jié)構(gòu)銜接至臺身內(nèi)部的排水管道，將積水排至地面。

混凝土結(jié)構(gòu)自防水措施則可采取改善混凝土抗?jié)B抗凍指標、橋墩柱根部散水構(gòu)造、混凝土內(nèi)部摻加阻銹劑等形式，同時也能夠提升橋梁結(jié)構(gòu)的使用耐久性。此外，橋面需設(shè)置防水層，采取合適的卷材、涂料等防水材料。

1.2 防水材料

1.2.1 防水卷材

防水卷材具備良好的抗變形能力，能夠抵抗一定的振動、壓力，韌性、抗?jié)B能力、耐腐蝕性較好。目前應(yīng)用最多的防水卷材主要包括再生膠油氈、氧化瀝青卷材、SBS改性瀝青防水卷材、APP改性瀝青防水卷材等。防水卷材的防水功能主要依賴防水材料在橋面板上形成的防水薄膜實現(xiàn)，防水薄膜能夠有效阻斷橋梁混凝土、雨水之間的接觸。防水卷材鋪設(shè)過程中需要重點關(guān)注橋面基層、面層、防水層的位置及接觸要求，這不僅影響防水效果，而且也會影響橋面鋪裝的穩(wěn)定性、耐久性。橋面防水卷材除具備基本防水要求外，還需要具備復(fù)雜的外環(huán)境適應(yīng)功能，如低溫抗裂、高溫抗軟化、抗沖擊能力、抗剪切能力、黏結(jié)強度等。

1.2.2 防水涂料

防水涂膜主要通過在橋面板上涂刷防水材料（固化后形成防水層）實現(xiàn)防水作用。現(xiàn)在橋面防水最為常用的工程防水涂料主要包括聚合物改性瀝青、乳化瀝青、復(fù)合涂料等。防水涂料具備整體性良好、不存在接縫等優(yōu)點，但是受環(huán)境影響較大，冰雪天、雨天難以施工，且施工速率相對較慢。防水涂料能夠有效防止雨水下滲橋面結(jié)構(gòu)，阻斷雨水對結(jié)構(gòu)造成的腐蝕損傷過程；將橋面板、瀝青混凝土鋪裝層黏合為整體，達到結(jié)構(gòu)聯(lián)動效果，能夠較好地分擔(dān)行車荷載及相關(guān)變形；采取彈性變形較大的防水材料則能夠充當(dāng)應(yīng)力緩沖層，在溫度變化幅度較大、行車荷載沖擊復(fù)雜環(huán)境中，防水涂料能夠吸收橋面鋪裝的部分內(nèi)力。防水涂料防水作用受涂料厚度影響較大，施工階段需要重點控制涂料具體用量，局部不應(yīng)出現(xiàn)涂料涂刷過薄或者過厚等情況[2]。

卷材、涂料防水特性的對比，具體如表1所示：

1.2.3 膠粉改性瀝青

膠粉改性瀝青具備良好的高低溫特性，在溫度較低區(qū)域，該材料能夠抵抗低溫下的開裂，阻止水泥混凝土反射裂縫的形成。此外，膠粉改性瀝青能夠弱化行車噪聲，吸收作用應(yīng)力，減少橋面老化、開裂等情況，改善行車安全及路面使用壽命。相較于普通改性瀝青，其施工成本并沒有較大增加，且防水效果更為顯著。膠粉改性瀝青能夠利用廢棄橡膠，環(huán)境成本較為優(yōu)越，在橋面防水應(yīng)用中具有不可忽視的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 工程概況

新疆某中型三跨橋梁設(shè)計起點位于城市道路K0+150處，該橋梁設(shè)計跨徑3～20 m，主梁斷面為箱梁設(shè)計，雙向四車道。橋梁工程于2023年5月開工建設(shè)，橋面防水層施工于2023年9月；依照防水分級標準，其橋面防水等級為Ⅰ級。橋梁建設(shè)場址屬嚴寒地區(qū)，極端最高、最低氣溫分別為39.5 ℃、?30 ℃，橋面防水設(shè)計需要合理選取防水材料，材料性能包括與面層及橋面之間的黏結(jié)性能、抗損傷性能、抗高低溫敏感性能和抗?jié)B性能。通過項目單位室內(nèi)試驗，選取膠粉改性瀝青作為防水材料。

3 防水設(shè)計方案

3.1 原方案

原橋面防水設(shè)計具體如下：主梁上橋面板先鋪設(shè)8 cm厚的防水混凝土找平，內(nèi)部設(shè)置單層鋼筋網(wǎng)，找平層上設(shè)“4 cm中粒式瀝青混凝土+4 cm細粒式瀝青混凝土”。防水層類型為FYT-1，橋面橫坡設(shè)計為1.5%，不考慮縱坡排水。該設(shè)計并沒有充分考慮建設(shè)場址復(fù)雜的溫度環(huán)境，容易造成后續(xù)橋面鋪裝開裂，急需進行方案優(yōu)化。

3.2 優(yōu)化方案

基于上述考慮，橋面防水設(shè)計優(yōu)化方案如下：主梁上橋面板先鋪設(shè)10 cm厚的混凝土作為找平層，上鋪1.5 mm膠粉改性瀝青，并撒布5～10 mm碎石（撒布率為70%），之后鋪設(shè)“4 cm中粒式瀝青混凝土+4 cm細粒式瀝青混凝土”作鋪裝層[3]。膠粉改性瀝青具備較好的低溫抗裂性及高溫穩(wěn)定性，更適用于溫度變化幅度較大區(qū)域的橋面防水中，且采取廢棄橡膠作為原材料，社會效益明顯。膠粉瀝青撒布完成后，則需要及時撒布碎石，以增大防水層和上覆鋪裝層之間的黏結(jié)水平，改善結(jié)構(gòu)整體性，提高結(jié)構(gòu)抗剪強度，避免結(jié)構(gòu)在外界荷載作用下出現(xiàn)損傷破壞。膠粉改性瀝青及碎石施工可采取人工/機械撒布兩種形式，施工前需要清除橋面浮漿，保持整潔干燥。防水層施工完成后，則需要進行膠輪壓路機碾壓工作。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)由上至下為：橋面鋪裝層、防水層、混凝土橋面。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

4 試驗應(yīng)用分析

4.1 材料性能

防水層施工后需要確保在設(shè)計使用年限內(nèi)不出現(xiàn)滲水情況，面層經(jīng)碾壓后無破損，與上下層結(jié)構(gòu)的黏結(jié)性能高，能夠抵抗橋面裂縫擴展。項目針對膠粉改性瀝青進行室內(nèi)材料實驗，其相關(guān)特性如表2所示[4]：

4.2 工程實施

4.2.1 施工控制

橋面防水施工按以下流程開展：橋面處理、防水層材料準備、防水層施工、防水層質(zhì)量檢驗。防水層施工中需要重點控制以下方面：混凝土橋面灑布膠粉改性瀝青防水材料前，需要鑿除厚度為3～5 mm的混凝土表面浮漿，應(yīng)至少露出內(nèi)部的混凝土骨料（骨料露出面積占全部面積的45%以上）[5]。鑿除浮漿之后，需要采取鼓風(fēng)設(shè)備清除橋面石屑、灰塵等雜質(zhì)，確保橋面干凈整潔；浮漿鑿除過程中，需要做好安全防護工作，避免粉塵影響施工操作人員身體健康。浮漿鑿除工序的質(zhì)量需要經(jīng)項目部進行現(xiàn)場驗收，確認合格后才能進行下一步工作。

橋面清洗并干燥后，則可以灑布防水材料，膠粉改性瀝青可采取人工或灑布設(shè)備進行撒布。撒布溫度需要控制在175 ℃以上，現(xiàn)場撒布量則控制在1～1.5 kg/m2；為避免橋面瀝青灑布污染，需要在灑布起點、終點位置布設(shè)條布；瀝青灑布量需要經(jīng)現(xiàn)場自檢，監(jiān)理人員則要對該工序進行認真檢測；膠粉改性瀝青灑布完成后，需要立即撒布粒徑為5～10 mm的碎石，控制撒布率在70%以上；碎石需要保持潔凈、干燥，針片狀含量不得超過10%，碎石集料撒布溫度不小于145 ℃。大范圍撒布碎石之前，需要開展試驗確定相關(guān)參數(shù)，如撒布車行進速度、單位碎石流量等。防水層撒布結(jié)束之后，則需要利用膠輪壓路機碾壓，碾壓遍數(shù)為1～2遍，保持壓路機行駛速度均勻、不得掉頭，碾壓中不需要噴水[6]。

防水層施工完成后需要進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得小于12 h，且路段通行后車輛車速不得超過10 km/h，路段禁止掉頭、剎車，施工路段盡量避免重物堆積，以確保防水層結(jié)構(gòu)的完整性。

4.2.2 工程檢測

防水層形成后，為確定施工質(zhì)量是否滿足要求，需要對防水層開展質(zhì)量檢測。針對膠粉改性瀝青防水層，需進行厚度檢測；防水材料施工需要盡可能控制其厚度不大于2 mm；對防水層不同部位進行厚度量測，其厚度應(yīng)滿足技術(shù)要求；碎石撒布量檢測時，集料撒布主要通過撒布車行駛速度、集料開口大小進行控制。集料撒布完成后應(yīng)能夠看見下方防水層；防水層外觀檢測時，防水層需達到無氣泡、無翹邊、無空鼓等基本情況；對接頭、陰陽角、搭接、伸縮縫等位置的防水層外觀，則應(yīng)重點檢測其是否滿足外觀要求，不滿足要求的則應(yīng)及時處理；防水層不透水檢測時，則需要依照實際施工用量、工序制作試件，在室內(nèi)開展不透水試驗檢測分析[7]。

5 效果分析

該橋梁建設(shè)場址溫度變化較大，采取膠粉改性瀝青作為防水材料，使得防水層具備良好的高低溫抵抗能力，同時加鋪5～10 mm厚度碎石，這樣能夠改善防水材料和上部瀝青鋪裝之間的黏結(jié)力，提升防水層使用的穩(wěn)定性。該橋面防水工程至今已實施3個月，經(jīng)現(xiàn)場觀測可知其防水效果良好。相對于原防水層設(shè)計方案，優(yōu)化后的防水層（膠粉改性瀝青+碎石）施工工藝差異性較大，兩者施工成本對比如表3所示，新方案的人工費、機械使用費沒有增加，而只有材料費增大了4 500元。除此之外，原先橋面防水層的設(shè)計不恰當(dāng)，一般需要間隔5年養(yǎng)護一次，而優(yōu)化后方案則僅需要9年養(yǎng)護一次。在防水層使用壽命周期內(nèi)（15年），可節(jié)省養(yǎng)護費用超過4萬元。

6 結(jié)論

我國橋梁數(shù)量較多，不同橋梁面臨的環(huán)境差異性極大。橋面水損害是橋梁結(jié)構(gòu)破壞的重要表現(xiàn)，不僅會造成橋面鋪裝損壞，而且容易引發(fā)交通安全事故。橋面防水層需要依據(jù)橋梁實際環(huán)境進行設(shè)計，選取合適的防水材料，優(yōu)化施工技術(shù)，確保防水層使用功能滿足需求。該文結(jié)合某中型混凝土橋梁，選取“熱鋪膠粉改性瀝青+碎石橋面”防水方案，獲取了有效防水效果，且社會效益更為顯著，能夠為類似橋面防水工程提供參考。

參考文獻

[1]張小亞. 淺談道路橋梁在工程施工中的橋梁防水技術(shù)[J]. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）工程技術(shù)， 2023（4）： 41-44.

[2]趙明宇， 李志強， 譙理格， 等. 大跨徑鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁橋面鋪裝材料的研究與應(yīng)用[J]. 沈陽建筑大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版， 2023（2）： 287-295.

[3]胡海波， 劉剛， 錢振東， 等. 武漢青山長江公路大橋混凝土橋面防水粘結(jié)層試驗研究[J]. 橋梁建設(shè)， 2020（S1）： 57-62.

[4]高哲凝. 大跨度鐵路鋼橋橋面防水鋪裝層結(jié)構(gòu)形式研究[J]. 鐵道標準設(shè)計， 2023（6）： 117-123.

[5]高瑞杰. 洞庭湖大橋超高性能混凝土防水鋪裝層施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù)， 2020（21）： 29-31.

[6]陳華， 雍正陽， 陳添， 等. 聚天門冬氨酸酯聚脲防水層涂料橋梁橋面防水施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù)， 2019（S1）： 1026-1028.

[7]劉夢梅， 韓森， 楊赫， 等. 橋面鋪裝防水粘層滲水， 積水分析與評價方法[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2020（3）： 115-120.