商 艷 溫義全

1 橋面防水結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期存在的問題及現(xiàn)狀

橋面防水結(jié)構(gòu)以前一般僅指橋面水泥混凝土鋪裝層,現(xiàn)在在水泥混凝土鋪裝層與瀝青混凝土鋪裝層之間設(shè)置了防水層,同時(shí)隨著對(duì)改性瀝青材料的研究,瀝青混凝土鋪裝層也將被列入到橋面防水結(jié)構(gòu)的范疇。

長(zhǎng)期以來,無論是設(shè)計(jì)還是施工人員,一般都只將橋面系視為附屬結(jié)構(gòu),對(duì)橋面防水結(jié)構(gòu)一直沒有給予足夠的重視。設(shè)計(jì)人員在防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面所花精力甚少,一般都是比照橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和通用圖紙來設(shè)計(jì)橋面鋪裝,未進(jìn)行針對(duì)性的受力計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析;而施工者也常常忽視防水結(jié)構(gòu)特別要求的防裂、抗?jié)B等指標(biāo),僅注重混凝土強(qiáng)度、平整度等常規(guī)指標(biāo)。

混凝土橋面滲水會(huì)腐蝕鋼筋、降低混凝土強(qiáng)度、縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命。從對(duì)公路橋梁病害調(diào)查結(jié)果來看,橋面的損壞占的比例最大,其次是邊梁外側(cè)和梁端。主要表現(xiàn)形式為:由于橋面滲水致使混凝土腐蝕酥松、脫落,在車輪作用下產(chǎn)生空洞,鋼筋裸露,有些板橋的底部混凝土也出現(xiàn)大面積脫落。與上述橋面損壞部位相對(duì)應(yīng)的是橋面鋪裝層、泄水孔和伸縮縫等結(jié)構(gòu)的構(gòu)造不合理、達(dá)不到防水要求。因此加強(qiáng)對(duì)橋面系結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理和設(shè)計(jì)理論的研究是解決橋面破壞的根本途徑。

2 水對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理

2.1 干濕交替對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用

一般來說,水泥混凝土材料是耐水材料,在潮濕環(huán)境或水中能保持強(qiáng)度和穩(wěn)定性,潮濕條件也是水泥混凝土材料早期強(qiáng)度形成和發(fā)展不可缺少的條件。但是長(zhǎng)期處于潮濕條件下,尤其在干濕交替循環(huán)狀態(tài)下,混凝土的耐久性問題是不容樂觀的。很多橋梁墩臺(tái),在水位浮動(dòng)的部位首先被破壞,其中京津塘高速公路龍風(fēng)新河橋墩柱的腐蝕就是典型的例證。空氣中的水和雨水是一種成分很復(fù)雜的液體,在混入橋面的污物,常含有溶解的氣體、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等,常見的有酸性物質(zhì)、氧離子、氯離子、氮、碳酸氣、硫化氫及其他酸性離子,以及堿金屬和堿土金屬離子,這些酸、堿物質(zhì)超過一定限度時(shí),會(huì)侵蝕、損害橋梁的混凝土和金屬材料。

2.2 堿—骨料反應(yīng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用

混凝土堿—骨料反應(yīng)是指來自水泥、外加劑和環(huán)境中的堿金屬離子與砂石等集料中的活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在水泥砂漿與石子的界面處生成白色凝膠物質(zhì),這種物質(zhì)在潮濕環(huán)境中吸水膨脹,從而造成混凝土結(jié)構(gòu)從內(nèi)部開始的脹裂,甚至破壞。這種病害稱為混凝土的“癌癥”。堿—骨料反應(yīng)少則幾年,多則十幾年就可以使混凝土結(jié)構(gòu)喪失安全性。這種破壞具有不斷發(fā)展和不可修復(fù)性。具體表現(xiàn)為混凝土表面龜裂、突出、酥松,然后剝離。堿—骨料反應(yīng)的發(fā)生和對(duì)混凝土的破壞需要三個(gè)條件:混凝土中的高堿性、碎石中的富含堿活性成分以及水。以前我國(guó)的水泥及外加劑均為高堿性,許多地區(qū)的砂石材料又含有不同程度的堿活性成分,如橋面不防水的話,那橋梁上構(gòu)就會(huì)因堿—骨料反應(yīng)而發(fā)生破壞。

2.3 鹽腐蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用

沿海地帶的空氣中和雨水中都含有一定的氯鹽成分,有些寒冷地區(qū)在冬季為消除橋面上的冰凍和積雪而噴灑鹽水,這些鹽水通過防水結(jié)構(gòu)不好的橋面系滲入到混凝土的縫隙里,不光引起堿—骨料反應(yīng),還會(huì)引起鹽腐蝕,加速結(jié)構(gòu)的破壞。

2.4 凍融作用對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用

在寒冷地區(qū),冬季滲入到混凝土中的水結(jié)冰、融化,反復(fù)進(jìn)行,將混凝土的裂縫不斷擴(kuò)大,對(duì)結(jié)構(gòu)起慢性破壞作用,同時(shí)也加劇了堿—骨料反應(yīng)和鹽腐蝕的破壞作用。

3 橋面裂縫產(chǎn)生的原因

3.1 早期塑性裂縫

水泥混凝土在塑性期或硬化初期會(huì)因?yàn)樗终舭l(fā)造成塑性開裂。一般而言,橋面混凝土的厚度小,和空氣的接觸面積大,產(chǎn)生塑性開裂的幾率也大。加強(qiáng)橋面混凝土施工中的質(zhì)量管理和早期養(yǎng)護(hù)雖然可以減少開裂,但難以完全消除。塑性開裂雖然是表面裂縫,但在以后的使用過程中,會(huì)在車輛荷載的反復(fù)沖擊下逐漸擴(kuò)展。

3.2 鉸縫部位的裂縫

預(yù)制梁橋的鉸縫受力復(fù)雜,是混凝土結(jié)構(gòu)最薄弱的部位,尤其是近年來重載交通形成、過載車輛增多,都使得鉸縫部位的混凝土過早地產(chǎn)生了裂縫。

3.3 施工縫處的裂縫

在橋面混凝土施工時(shí),不可避免地有施工縫,如鋪裝層的分塊施工、箱梁人孔的封堵、伸縮縫和泄水孔等部位預(yù)留槽口的填塞,這些部位混凝土結(jié)合較弱,在車輛荷載的反復(fù)沖擊下易形成裂縫供水滲入。

4 橋面防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

4.1 水泥混凝土鋪裝層

水泥混凝土鋪裝層一直是橋面防水系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu),裂縫的存在使水泥混凝土鋪裝層不能獨(dú)立承擔(dān)橋面防水的重任,通過以下手段提高其抗裂性能、保持強(qiáng)度還是很有必要的。

1)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì),提高混凝土的密實(shí)度,保證抗?jié)B性能。混凝土本身的密實(shí)度越高,其強(qiáng)度和防腐蝕性能就越好。采用優(yōu)化集料的級(jí)配、選擇合理的砂率和水灰比、選用優(yōu)質(zhì)減水劑等措施都能提高混凝土的密實(shí)度。2)經(jīng)常檢測(cè)新拌混凝土的坍落度,控制拌和用水量。攪拌混凝土?xí)r用水過多會(huì)使鋪裝層頂面產(chǎn)生一層素水泥砂漿層,不但易表面開裂,還會(huì)造成表層強(qiáng)度降低、耐久性變差,因此要經(jīng)常檢測(cè)新拌混凝土的坍落度,控制拌和用水量。3)摻入纖維,提高混凝土的抗裂性能。在混凝土中摻入鋼絲或聚丙烯纖維,做成“雙筋”橋面,能對(duì)混凝土起到阻裂作用,并具有很好的抗?jié)B能力,達(dá)到自防水的基本要求。4)保證鋼筋網(wǎng)的施工質(zhì)量,增加結(jié)構(gòu)的受力性能。橋面鋼筋網(wǎng)要求鋼筋直徑不小于10mm、間距不大于 150mm,且必須置于結(jié)構(gòu)層的中間。在施工過程中,經(jīng)常出現(xiàn)鋼筋間距不均勻、保護(hù)層厚度不足等現(xiàn)象,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力性能大大降低,這些施工質(zhì)量缺陷是橋面破壞主要原因之一。5)保證與梁板的粘結(jié)效果,做到共同受力。鋪裝層是薄層構(gòu)件(厚6 cm～10 cm),單獨(dú)受力易于破壞。因此必須先將梁板頂面充分鑿毛、洗凈,使后澆的鋪裝層與梁板能保持很好的粘結(jié),同時(shí)要將局部高出的混凝土鑿除,以保證鋪裝層的結(jié)構(gòu)厚度。

4.2 橋面防水層

4.2.1 防水層的性能要求

防水層不但本身要起到防水作用,而且要求其與水泥混凝土和瀝青混凝土都有很好的親和性、附著力,與下面的水泥混凝土和上面的瀝青混合料都能牢固地粘結(jié),否則就會(huì)成為一個(gè)層間抗剪力很低的夾層,將導(dǎo)致橋面瀝青混凝土出現(xiàn)壅包、滑移,直至松散、破壞,并且要求在瀝青混合料的高溫下只軟化、不流淌。

4.2.2 防水層的種類

防水層的主要類型有防水涂料和防水卷材,高速公路重型交通一般使用前者,其粘結(jié)性能較好。市面上常見的有:FTY-1和HUT-1型專用橋面防水涂料、聚氨酯彈性防水涂料、環(huán)氧膠乳防水涂料、陽(yáng)離子氯丁膠乳瀝青防水涂料、聚合物瀝青橋面防水涂料、PC橡膠防水卷材防水層。

4.2.3 防水涂料的施工要點(diǎn)

1)先將混凝土鋪裝層表面清理、沖洗,做到表面平整、干燥。2)施工涂料的基本要求是“牢、薄、透、勻”。3)乳液性質(zhì)的防水涂料,高溫天氣應(yīng)避開中午施工,以避免形成氣泡,一旦形成氣泡,立即進(jìn)行處理,趕平后不影響粘結(jié)力。4)陰陽(yáng)角、泄水孔及伸縮縫等部位處應(yīng)作特殊處理。5)在防水層沒完全干透之前,禁止車輛通行。在攤鋪瀝青混合料時(shí),應(yīng)及時(shí)檢查被損壞的部位并立即修補(bǔ)。6)瀝青混凝土施工完成冷卻后,可做行走剎車試驗(yàn),檢查橋面鋪裝層有無脫粘起翹現(xiàn)象。

4.3 瀝青混凝土鋪裝層

4.4 其他防排水措施

1)泄水孔必須稍低于水泥混凝土鋪裝的高程,出水管應(yīng)保證不尿檐。2)沿泄水孔頂做一縱向碎石盲溝,厚度同瀝青鋪裝層,幫助雨水快速排出。3)伸縮縫必須選擇防水型的。

5 建議及展望

從筆者先后經(jīng)歷的兩條高速公路的橋面設(shè)計(jì)可以例證我國(guó)的橋面防水措施在不斷地完善,如 2001年重慶渝鄰高速公路的橋面僅設(shè)計(jì)了防水混凝土鋪裝層、未設(shè)防水涂層,泄水孔與瀝青層頂面平齊、未考慮瀝青層內(nèi)部水的排出;而 2004年貴州鎮(zhèn)勝高速公路的橋面不僅設(shè)計(jì)了聚丙烯纖維混凝土鋪裝層,還設(shè)計(jì)了防水涂層,泄水孔頂面稍低于水泥混凝土鋪裝層,且在頂部設(shè)計(jì)了加速路面水排出的縱向碎石盲溝。隨著對(duì)橋面水損破壞機(jī)理的深入研究,橋面防水設(shè)計(jì)理論和施工措施的不斷完善,我們正向?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)壽命橋梁的目標(biāo)邁出堅(jiān)定的步伐。

[1] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 公路施工手冊(cè)——梁涵[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 牛石超,馮紅耀.朝天門長(zhǎng)江大橋橋面鋪裝層間處理技術(shù)與方法[J].山西建筑,2010,36(2):311-312.