混凝土桥面防排水系统的设计与施工-论文发表

混凝土桥面防排水系统的设计与施工
周家明1，张庆明1，曾好1
（1.重庆交通建设（集团）有限责任公司,重庆400060）
摘要：混凝土桥面防排水一旦出现问题，就会导致桥面铺装积水，由于混凝土内部的原始缺陷和裂纹的存在，积水会进入混凝土梁板内部，从而引发桥梁耐久性问题。本文讨论了混凝土桥梁防排水的重要性，指出了桥面防排水系统的构成和设计原则，重点介绍了目前桥面铺装防水层的类型，在此基础上，给出了水泥混凝土桥面铺装防水层施工中应该注意的主要问题。本文对于做好混凝土桥面铺装防排水、提高混凝土桥梁的耐久性具有一定的意义和参考价值。
关键词：混凝土桥面；防排水系统；防水层
1混凝土桥面防排水与桥梁的耐久性之间的关系
混凝土中的钢筋锈蚀是导致桥梁耐久性降低的主要因素。在桥梁结构中的钢筋一般情况下均处于混凝土的包裹之下，并不直接裸露在大气和水汽之中，然而，由于混凝土自身存在毛细通道，加上混凝土材料易收缩开裂，因此混凝土保护层碳化和氯化物的侵蚀不可避免，而这两种现象又都是以水为载体进行的。多年实践证明桥面渗水对钢筋混凝土桥梁的安全度及耐久性影响甚大[1]。
除此之外，混凝土的冻触循环、碱-集料反应等破坏现象中，水也是最主要的原因之一。可见，桥面防排水对桥梁耐久性的影响至关重要。
2桥梁结构的水损害
2.1简支结构的水损
对于简支的空心板桥梁，在空心板封头处，由于混凝土的开裂、厚度过薄等原因，水会由伸缩装置等部位沿着封头的微小裂缝逐渐渗入空心板内部，进人空心内部的水很难再排出来。这样，就直接对粱体造成侵害，不仅产生化学侵害，低温结冰也会造成较大影响。
板、梁的铰缝是桥跨结构之间横向联结的重要部件，它承受很大的剪力，同时起着横向分布荷载、保证桥面整体工作的作用。但是，在铰缝处，由于施工空间小、工作量小，往往重视不够，施工工艺和材料很少严格把握。因此，许多桥梁在使用早期就出现铰缝渗水的严重情况。一旦受到水侵害，铰缝强度降低甚至损害，常会出现单板受力进而导致开裂，进一步加剧了水损和耐久性下降。
调查表明，边板的水损情况往往比中板严重。原因在于，桥面铺装混凝土的平整度控制不好，以及防撞护栏的阻挡，桥面水容易在桥面两侧低洼处滞留。而边缘防水又往往是薄弱之处，极易对边板造成渗水侵害。对边粱和边板(包括翼板)的外缘面，由于直接暴露在外和长期受到雨水、含盐水等严重淋蚀，绝大部分在淋雨、微缝、碳化、盐污染的交替侵害环境中，较之中梁中板，易出现开裂，暴筋、剥落、锈蚀等现象。在旧桥调查中，这是普遍存在的现象[2]。
2.2连续桥跨结构的水损
连续梁桥、连续刚构桥跨结构，由于预应力筋布设较多，施工时往往需要体系转化，同时由于施工周期长等诸多原因，导致混凝土受力复杂，在这类结构中常常在梁腹出现裂纹，这些裂纹为水分、腐蚀介质渗入梁体混凝土提供了通道。因此在连续桥跨结构中，水损和耐久性问题同样并不乐观。
基于以上情况，桥梁防排水工作就显得十分重要，有效的桥面防排水可以大幅减少桥梁结构的水损，因此必须予以重视。
3桥面防排水系统的基本构成和设计要点
桥梁所处的特定环境和其特殊用途，决定了其防排水应该是一个系统的概念。
桥面防排水不仅仅是采取各种措施来增强桥面防水的性能，防而不排，再好的防水层，长期浸在水里，也会加速防水层的老化[3]。因此，为了保证在正常情况下桥面不会大面积积水，延长防水层的寿命，桥面防水设计必须符合“多道设防、防排结合、以排为主”的原则。
3.l 桥面排水系统及设计
加强桥面排水是非常重要的。桥面排水系统包括桥面纵横坡、泄水管的个数及设置。
在排水系统设计中，适当增加坡度，增设泄水管，使其排水通畅基本做到雨过无水，是防止桥面渗漏的重要条件。
为了加强桥上排水能力，在进行路线纵断面设计时，桥上尤其不宜设置凹行竖曲线。
泄水孔与排水管的设置应该像桥面一样严格，但是无论设计还是施工，都容易忽略。常见的问题主要表现在下面几点：收水口小，不能及时将水泄走，规范上规定：每平方米桥面宜设300 mm2的排水管面积，排水管的直径不宜小于l00 mm。
同时应注意收水口的局部高程：收水口高程高于周围高程，易造成积水；收水口高出水泥混凝土表面，而且周围混凝土不密实，会造成管周围漏水；出水管过短会导致收水口周围以及边粱外侧混凝土的破坏。
3.2 桥面防水系统及设计
桥面防水系统主要包括：混凝土铺装层自身的防水、铺装层上的防水层、伸缩缝等局部位置的防水构造。
桥面防水系统的设计，就是尽量采取措施，使水不能进人混凝土本体，尤其不能进入裂缝中去。设计原则中“多道设防”应体现在防水层次的组成上，桥面防水系统设计时应注意以下几方面：
(1)混凝土铺装层本身的防水
桥面铺装宜采用防水混凝土，为保证本身的密实性和防腐蚀的性能，可在混凝土中加人粉煤灰或硅粉等减少水泥用量，从而减少氢氧化钙晶体数量，因为氢氧化钙可溶、同时会和二氧化碳反应碳化；可加入适量的钢纤维，纤维加入后可以对膨胀、开裂起到较好的阻止作用，可使混凝土的抗渗能力提高，达到自防水的要求。
(2)桥面防水层
混凝土施工质量再好，也不能完全保证不开裂。所以桥面混凝土铺装层上应设置防水层。防水层不但要起到防水作用，而且要求其与水泥混凝土和沥青混凝土都有很好的亲和性，附着力好。下面能牢固地与水泥混凝土表面黏结，上面与沥青混和料牢固地黏结。否则就成为一个层间抗剪力能力很低的夹层，将导致桥面沥青混凝土出现拥包、滑移，直至松散、破坏。
(3)伸缩装置的防水
目前的桥梁伸缩装置市场上，除了毛勒式伸缩装置的防水效果较好外，其余的各类型伸缩装置，均有漏水现象。由于伸缩装置的形式及安装质量问题，伸缩装置下面的梁端和盖梁受水损害最严重。对伸缩量小于5cm的伸缩装置，可以采用聚合物改性沥青弹塑体填充式伸缩装置，较好地解决伸缩装置漏水的问题。
目前，常用的防水系统，基本上是合理的，但往往缺少操作方法的详细说明，容易造成防水失败，为解决好桥面排水，应注意三个方面的问题：排水体系的系统性；连接边缘的密封；防水层与上下层之间的紧密黏结。以上一无论哪一点出现了问题都可能造成渗水。
4桥面防水层质量要求和类型
4.1防水层的质量要求
目前市场上的防水材料多种多样，选择合适的防水层形式不仅能起到良好的防水效果，保证桥梁主体结构的安全，还能延长桥面铺装的使用寿命和降低造价。优良的桥面防水层应具有如下特性：
(1)具有良好的抗渗性(不透水性能)、抗冻和耐融性；
(2)与水泥混凝土桥面和沥青面层有足够的黏结强度；
（3)面层碾压后，有良好的无破损性、耐高低温性能、抗刺破性；
(4)对桥面状况的良好适应性，有一定的抗拉强度和延性适应变形;
(5)良好的边缘密封性；
（6)能较好抵御桥面裂缝的影响；
（7)材料寿命应不低于面层寿命；
（8)刚性防水材料应有良好的渗透结晶性能，混凝土出现微裂缝后可通过渗透结晶形成凝胶体及微粒堵塞裂缝；柔性防水涂料形成的涂膜应有与卷材相似的性能；
(9)桥面混凝土表面质量无特殊要求，施工方便易行，环保。
4.2防水层的类型
目前常用的防水材料的种类有以下几种：
(1)改性沥青防水卷材。桥面防水层上铺设改性沥青混凝土时采用桥面专用高耐热聚酯、撒页岩石屑，覆面APP改性沥青防水卷材。APP为沥青基防水卷材，具有一定的抗拉强度和抗刺破强度，与水泥混凝土和沥青混凝土均具有良好的黏结性能。如果桥面平整度好，能控制好卷材施工工艺和质量，能达到良好的使用行性能。
另外，SBS改性沥青防水卷材较适用于桥梁受重复冲击荷载变形的要求，其性能指标能满足要求，也可用于桥面防水。
(2)涂膜防水材料。由于高速公路有不少弯坡斜桥，且桥粱坡度大，加之重载车辆多、车速快，在用卷材作防水层的桥梁建成通车后一些桥面出现了沥青混凝土滑动的现象。为此，部分能适应桥粱防水层要求的涂膜防水材料开始在桥粱防水工程中得到应用，这些涂膜防水材料均属水泥基防水涂料。
(3)非膜式浸透型防水剂。“非膜式浸透型防水型”是一种无毒、无味、不挥发、不燃烧的无色透明环保型水性溶液。将其喷涂在混凝土表面，不形成涂膜，不改变原混凝土结构外观与颜色，而是渗入混凝土内部一定深度，形成反应层。防水液渗人混凝土毛细孔中形成不溶于水的链状结晶，产生反毛细孔现象，组成很强的憎水层，使混凝土表层具备长期的防水效果，形成“结构防水一体化”效果。进而阻止以水为载体的酸、碱、盐、CO2、SO2等腐蚀介质对混凝土的侵蚀，以及提高混凝土抗风化、抗冻触破坏、减缓碱-集料反应的能力。同时这种“憎水层”又具有呼吸透气性，混凝土内部的潮气完全可以向外散发出来，从整体上提高了混凝土桥梁结构的耐久性。
5桥面防水施工
公路运营中，很多桥梁不到十年甚至两三年就因为桥面渗水而破坏[4]。造成这种结果，一方面是由于设计者缺少施工实际操作知识，所设计的防水系统构造上不够合理，防水材料选取不合适；另一方面是低估了问题的严重性，施工中没有给予足够的重视。
当设计采用了合理的防水结构情况下，还必须做到精心施工。在进行防水层施工时必须注意以下几个重要的环节。
(1)清除桥面混凝土的浮浆。浮浆是振捣时混凝土中的水泥浆上浮，石子下沉，从而表面形成的一层砂浆，该层强度低，易磨损。在进行防水层施工前，应将水泥混凝土铺装层表层砂浆全部清除或铣刨。
(2)彻底清洁桥面，不能有浮尘杂物。对卷材来说，还不能有空洞或隆起，否则不能紧密贴合。
(3)严格控制沥青或者其他喷洒材料的喷洒量和施工工艺，使其达到相应的质量标准。
(4)严把进场材料关，相同品种的防水材料等级、产地不同质量差别很大，应严格按照设计和合同要求控制好进场材料的质量，保正防水效果。
(5)沥青混凝土桥面铺装施工时，应按设计要求及施工规范施工。在大面积摊铺沥青混凝土铺装前，还宜在护栏基座侧面刷层沥青，然后再摊铺沥青混凝土，利用高温沥青的黏结能力使新摊铺的沥青混凝土与护栏基座侧面的沥青黏结紧密。因为仅靠摊铺时压路机的重力，无法将紧贴护栏侧沥青混凝土挤压密实，以致于会出现从边缘处向边板渗水的问题。
6结语
桥面防排水是关系到桥梁耐久性的重要问题，在设计施工中应该给与足够的重视，设计时应该选择合理的防排水结构，对于防水层应予以特别关注和选择，施工时要考虑周到，施认真细致。

参考文献:
[1] 王子鹏.防排水在桥面铺装结构设计中的重要性[J].交通世界, 2009,No.19: 70-71.
[2] 裴卿，王久满.重载交通高速公路桥面防排水应注意的几个问题[J].交通标准化,2004,No.10: 53-55.
[3] 姜启珍.阳茂高速公路桥面防水设计[J]. 广东公路交通, 2003,No.1：40-41.
[4] 付子江.关于桥面防水层施工中应注意的问题[J]. 科技信息, 2009,No.15: 287.
作者简介：周家明（1965－），男，1986年毕业于重庆交通学院桥梁及隧道工程系，工学学士，高级工程师。