穆祥純

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，北京100082）

0 引言

眾所周知，20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，隨著城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)各地相繼興建一大批城市道路和城市橋梁。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，人們對(duì)城市橋梁橋面防水技術(shù)的研究逐漸提到議事日程上來(lái)。主要是城市橋梁橋面漏水對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)腐蝕十分嚴(yán)重（見(jiàn)圖1），直接影響橋梁的正常使用壽命，并威脅到城市橋梁的安全，而業(yè)內(nèi)對(duì)城市橋梁橋面防水工程缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。此后的20 a來(lái)，國(guó)內(nèi)許多設(shè)計(jì)和科研單位都在積極開(kāi)展城市橋梁橋面防水技術(shù)的研究，但相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)缺少相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)此問(wèn)題的科技研發(fā)有了突破性的進(jìn)展。2010年7月1日由北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院主編、中國(guó)建筑防水材料工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)化學(xué)建筑材料公司蘇州防水材料研究設(shè)計(jì)所、北京市市政科學(xué)技術(shù)研究所等單位組成的編制組，經(jīng)過(guò)5 a的辛勤努力，共同編制了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程》。該技術(shù)規(guī)程的正式頒布執(zhí)行，是我國(guó)城市橋梁防水技術(shù)的一個(gè)顯著進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，也使今后城市橋梁橋面防水工程有章可循，將促進(jìn)我國(guó)城市橋梁建設(shè)的健康發(fā)展。本文主要論述了21世紀(jì)前10a我國(guó)城市橋梁橋面防水技術(shù)和工程實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展情況，以期進(jìn)一步引起人們對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注。

1 城市橋梁橋面防水工程的發(fā)展沿革

近20 a來(lái)通過(guò)對(duì)美國(guó)、加拿大、日本和西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行城市橋梁建設(shè)專(zhuān)題考察，筆者了解到，西方國(guó)家對(duì)橋梁防水問(wèn)題歷來(lái)十分重視，均有相關(guān)的規(guī)范和技術(shù)規(guī)程。上述各國(guó)的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程明確規(guī)定：城市和公路橋梁必須設(shè)置橋面防水層，并從結(jié)構(gòu)類(lèi)型、面層材料、防水技術(shù)、施工方法、設(shè)計(jì)年限、使用性能、維修費(fèi)用等做了詳盡的規(guī)定。

譬如，早在上世紀(jì)20年代，丹麥、美國(guó)堪薩斯州就開(kāi)始在鋼筋混凝土橋上采用原始的防水層；到了20世紀(jì)50年代，發(fā)達(dá)國(guó)家大規(guī)模開(kāi)展公路和城市橋梁建設(shè)，其橋面防水層亦得到廣泛的應(yīng)用。歐洲20世紀(jì)70年代將防水粘結(jié)層應(yīng)用在橋面鋪裝上。德國(guó)在歐洲起步較早，20世紀(jì)60～70年代采用防水層，初期在混凝土橋面板上，采用冷底子油鋪瀝青卷材，并于80年代采用軟化點(diǎn)極高的塑性改性瀝青卷材。英國(guó)1965年開(kāi)始強(qiáng)制在鋼筋混凝土橋設(shè)置防水系層。

美國(guó)1979年由聯(lián)邦總審計(jì)長(zhǎng)在呈送給國(guó)會(huì)的報(bào)告中，指出橋梁防水體系主要是保證混凝土耐久性，并認(rèn)為設(shè)置防水層費(fèi)用與效益比為1∶2.75。20世紀(jì)70年代中后期，丹麥、法國(guó)等大多數(shù)歐洲國(guó)家，加拿大和美國(guó)近半數(shù)的州都制定了橋面防水材料的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范。

與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)混凝土橋面防水研究相對(duì)滯后，橋面防水層設(shè)置不很明確。如1961版《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》：1041條“ 鋼筋混凝土橋的橋面上應(yīng)否設(shè)置防水層和設(shè)置哪一種防水層（防水混凝土、粉粒式或中粒式瀝青混凝土鋪裝、瀝青貼式防水層），應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型跨徑大小、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和設(shè)置的必要性等具體情況而定?！?0世紀(jì)60～70年代，各地曾出現(xiàn)過(guò)油氈、瀝青諸類(lèi)防水材料。1974版，《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》：1.33條規(guī)定“鋼筋混凝土橋面與鋪裝之間是否應(yīng)設(shè)防水層，應(yīng)視當(dāng)?shù)貧鉁亍⒂炅?、橋梁結(jié)構(gòu)和橋面鋪裝的型式結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況而定。簡(jiǎn)支梁橋可采用與橋面一次澆注的防水性水泥混凝土鋪裝層。在瀝青混凝土鋪裝層下可不設(shè)防水層。橋面在主梁受負(fù)彎矩作用處應(yīng)設(shè)置防水層?！?/p>

20世紀(jì)80年代我國(guó)的城市和公路橋梁相關(guān)技術(shù)規(guī)范中對(duì)橋梁橋面防水的要求，也只是提及一般采用橋面柔性鋪裝防水系統(tǒng)，其防水材料和施工工藝主要參照建筑屋面及地下工程等，尚未形成一套適合于評(píng)價(jià)和選用橋梁橋面柔性鋪裝防水材料的試驗(yàn)手段和性能指標(biāo)。譬如，1989版《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》：1.7.4條規(guī)定“鋼筋混凝土橋面板與鋪裝層之間是否要設(shè)置防水層，應(yīng)視當(dāng)?shù)氐臍鉁亍⒂炅?、橋梁結(jié)構(gòu)和橋面鋪裝的型式等具體情況確定。防水性水泥混凝土和瀝青混凝土鋪裝層下可不設(shè)防水層，但橋面在主梁受負(fù)彎矩作用處應(yīng)設(shè)置防水層?！倍浪畬又饕捎藐?yáng)離子乳化瀝青的三油二布涂料、瀝青油毛氈等材料。因此，由于我國(guó)大多數(shù)城市橋梁不做防水或防水不利造成橋梁出現(xiàn)橋面滲水、鋼筋銹蝕、鋪裝層剝落、堿骨料反應(yīng)、鋼筋銹蝕而引起的混凝土脹裂等嚴(yán)重?fù)p壞問(wèn)題，嚴(yán)重影響了橋梁的耐久性和正常使用壽命，以及行車(chē)的舒適性和安全性。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，隨著我國(guó)城市橋梁的大規(guī)模開(kāi)展，不少橋梁工程采用了建筑防水卷材和陽(yáng)離子乳化瀝青涂料等防水材料，逐漸從單純的屋面建筑防水材料發(fā)展到道橋運(yùn)用的防水材料。特別是進(jìn)入90年代（北京從首都機(jī)場(chǎng)開(kāi)始），由于APP改性瀝青聚脂防水卷材的出現(xiàn)，鑒于其耐高溫，抗老化，抗硌破的優(yōu)良性能并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究和施工后的破損試驗(yàn)，并做了新的改進(jìn)，發(fā)展成一種特有的“道橋?qū)Ｓ梅浪聿摹?。此后，道橋?qū)Ｓ梅浪聿南嗬^在北京三環(huán)、四環(huán)和五環(huán)等城市立交橋梁中得到推廣應(yīng)用，其它省市也借鑒此做法。與此同時(shí)相應(yīng)聚合物改性瀝青涂料也因其具有優(yōu)良的耐熱、耐腐、較好的粘貼性能，在南方地區(qū)廣泛采用。例如上海南浦大橋等。應(yīng)該說(shuō)，近20 a來(lái)，防水卷材和防水涂料已經(jīng)成為我國(guó)城市橋梁橋面防水層的主要材料。

筆者于2002年全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)大會(huì)上撰寫(xiě)了一篇論文，針對(duì)城市橋梁橋面防水方面存在的問(wèn)題，提出了以下相關(guān)建議：（1）亟需制定我國(guó)《城市橋梁防水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》。針對(duì)當(dāng)時(shí)不少設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁防水設(shè)計(jì)不夠重視，對(duì)防水材料，特別是對(duì)一些新型防水材料缺乏全面系統(tǒng)了解的情況，在設(shè)計(jì)圖紙上無(wú)細(xì)化的防水設(shè)計(jì)、無(wú)選材說(shuō)明，往往造成設(shè)計(jì)上選材不當(dāng)，降低了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，影響橋梁使用壽命和耐久性。因此急需編寫(xiě)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)設(shè)計(jì)人員提出具體的技術(shù)要求，以體現(xiàn)設(shè)計(jì)為前提、為龍頭的指導(dǎo)思想。（2）改進(jìn)我國(guó)橋梁防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到橋梁結(jié)構(gòu)自身防水功能是解決橋面漏水問(wèn)題的癥結(jié)所在。要重視加強(qiáng)和提高混凝土自防水功能，從混凝土材料的選擇和施工技術(shù)方面進(jìn)行研究。要提高混凝土本身的密實(shí)程度，抑制和減少混凝土內(nèi)部孔隙的產(chǎn)生，堵塞和杜絕滲水的通道，使外部水份無(wú)法滲入材料的內(nèi)部。同時(shí)對(duì)混凝土外加劑也應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。如目前橋梁施工多采用早強(qiáng)劑，產(chǎn)生大量水化熱，增加混凝土干縮裂及徐變帶來(lái)次應(yīng)力影響等，對(duì)此應(yīng)予以充分的重視。（3）要重視橋梁結(jié)構(gòu)耐久性研究。在我國(guó)沿海地區(qū)，空氣中含氯化鈉成分較高，同時(shí)北方城市冬天消除橋面積雪采取灑鹽方式，當(dāng)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂后，內(nèi)部鋼筋容易受氯離子侵蝕。因此應(yīng)從總體上提高混凝土的品質(zhì)，積極采用高性能混凝土，以達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)高耐久性、高強(qiáng)度的目的。在結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)上要充分考慮橋梁耐久性要求，提高結(jié)構(gòu)的防水性能，也應(yīng)重視和增加對(duì)現(xiàn)有混凝土橋梁的維修養(yǎng)護(hù)工作。（4）要重視橋梁結(jié)構(gòu)防水材料的研究。積極研制和開(kāi)發(fā)適合橋梁結(jié)構(gòu)防水的專(zhuān)用的材料，以適應(yīng)橋梁工作環(huán)境。應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的防水性、延伸性、抗裂性，能適應(yīng)車(chē)輛荷載、溫度變化等作用下產(chǎn)生的變形功能；要具有良好的耐熱、耐寒性能，能適應(yīng)較大的溫度變化；要具有良好的粘接性、抗剪切性和抗疲勞性，能使防水材料與橋梁主梁混凝土和橋面鋪裝間有可靠的聯(lián)接；還應(yīng)滿足防水施工工藝簡(jiǎn)單、便于掌握、造價(jià)適中、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便，并能確保防水質(zhì)量。

在國(guó)內(nèi)許多專(zhuān)家、學(xué)者的大力呼吁和共同努力下，我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 (2004版《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG D60-2004 3.6.2條)明確規(guī)定，“橋面鋪裝應(yīng)設(shè)防水層?！?/p>

2004年經(jīng)原國(guó)家建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司批準(zhǔn)，《城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程》正式立項(xiàng)，該技術(shù)規(guī)程將開(kāi)始編制，將包括“設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)”等內(nèi)容，自此關(guān)于是否設(shè)置城市橋梁橋面防水的爭(zhēng)論劃上一個(gè)句號(hào)，標(biāo)志著我國(guó)該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展邁向一個(gè)新的高度。

2 橋面防水技術(shù)在設(shè)計(jì)理念上的創(chuàng)新和技術(shù)路線

我國(guó)2008版《城市橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》9.2.1條規(guī)定“橋面鋪裝應(yīng)設(shè)防水層?！边@在我國(guó)城市橋梁建設(shè)發(fā)展史上具有里程碑的意義，亦反映了新世紀(jì)以來(lái)我國(guó)城市橋梁橋面防水技術(shù)在設(shè)計(jì)理念上的創(chuàng)新。

2010版的《城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程》，全面反映和吸收了近些年來(lái)我國(guó)城市橋梁橋面防水技術(shù)在設(shè)計(jì)理念，以及在防水技術(shù)和防水材料方面的科技研發(fā)和工程實(shí)踐的創(chuàng)新成果。該《規(guī)程》明確了設(shè)置橋面防水層的原則；揭示了城市橋梁橋臺(tái)防水的特點(diǎn)，以及《規(guī)程》適用的范圍；規(guī)定了防水等級(jí)的劃分。特別是對(duì)城市橋梁防水層材料選定作出了基本規(guī)定，明確了防水層的適用范圍；并詮釋了橋面防水應(yīng)樹(shù)立城市橋梁橋面防水系一個(gè)“系統(tǒng)”工程的理念，明確了該《規(guī)程》與其他規(guī)范、法規(guī)的關(guān)系。上述這些設(shè)計(jì)思想充分反映了近年來(lái)我國(guó)城市橋梁橋面防水技術(shù)在設(shè)計(jì)理念上的創(chuàng)新成果。

2.1 設(shè)置橋面防水層應(yīng)反映的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)路線

從《規(guī)程》編制組對(duì)近年來(lái)我國(guó)城市道路和橋梁大修工程的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)50～70年代建造的橋梁，70%的城市橋梁在使用期20～30a時(shí)就成為危橋，而且有水的部位損壞十分嚴(yán)重，因而“水”是影響橋梁耐久性的主要因素。其設(shè)計(jì)理念和技術(shù)路線主要反映在以下3點(diǎn)：

（1）水對(duì)鋼筋和混凝土的腐蝕：水滲入混凝土裂縫后，由于水中含有大城市空氣中的二氧化碳、二氧化硫，此類(lèi)酸性化合物加速了碳化、酸化的過(guò)程，更由于北方化冰鹽氯離子作用，引起鋼筋表面的腐蝕反應(yīng)，鋼筋體積膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，保護(hù)層剝離，影響結(jié)構(gòu)安全性和適用性。

（2）混凝土凍融循環(huán)破壞：水進(jìn)入混凝土微孔中，正負(fù)溫度交替作用，形成反復(fù)的冰脹壓力，致使混凝土疲勞破壞，影響壽命。對(duì)于非冰凍地區(qū)，干濕交替水的作用，潮濕時(shí)水化物進(jìn)入混凝土孔隙中生成的鹽類(lèi)溶液，當(dāng)環(huán)境變干燥后濃度不斷增加，最后飽和結(jié)晶產(chǎn)生晶體壓力使混凝土破壞。

（3）混凝土堿骨料反應(yīng)：這是混凝土的“癌癥”，由于水的存在，再加上混凝土中的堿含量和活性骨料。三者既是這種“癌癥”的必要條件又是充分條件，生成硅鈣膠凝體后，因吸收水分使混凝土異常膨脹，破壞成粉末，無(wú)法修補(bǔ)。

2.2 國(guó)內(nèi)外橋梁橋面防水層損壞的案例分析

從近年來(lái)對(duì)國(guó)內(nèi)外城市橋梁損壞的實(shí)例可以看到橋面防水、排水的極端重要性，現(xiàn)對(duì)這方面的案例進(jìn)行綜合分析。

2.2.1 北京市二環(huán)路立交橋梁

2002年北京市二環(huán)路改造時(shí)，曾對(duì)全線46座橋梁進(jìn)行普查、檢測(cè)。這些上世紀(jì)80-90年代修建的橋梁最長(zhǎng)服務(wù)年限僅23 a。大部分出現(xiàn)了橋面破損、凹凸不平、排水不暢、欄桿隔離帶的混凝土剝落等病害，由于排水口和伸縮縫的破壞，水流滲透了附近的蓋梁墩柱，梁端混凝土遭到破壞，主梁大多數(shù)出現(xiàn)水跡和石灰質(zhì)凍結(jié)覆蓋物。統(tǒng)計(jì)資料表明：（1）對(duì)主梁檢測(cè)，混凝土開(kāi)裂超過(guò)0.2～0.3mm的 20座，占43%；（2）鋼筋中度銹蝕的6座，占13%；（3）鋼筋嚴(yán)重銹蝕，引起主梁開(kāi)裂變形，建議更換主梁重建的2座，占5%。

以上現(xiàn)象都是防水、排水不當(dāng)造成的。

2.2.2 北方城市某立交橋梁1

北方城市某立交橋梁1系1980年修建，1999年改建，不到20 a使用期，改建時(shí)經(jīng)權(quán)威部門(mén)檢測(cè)：（1）上部結(jié)構(gòu)：主梁漏水出現(xiàn)白斑，主橫梁交叉開(kāi)裂嚴(yán)重，伸縮縫漏水牛腿酥裂。（2）下部結(jié)構(gòu)：墩頂豎向裂縫，根部融雪侵蝕，橫向裂縫。（3）損壞等級(jí)：評(píng)定III級(jí)（損壞比較嚴(yán)重，需要補(bǔ)強(qiáng)），承載力舊橋折算系數(shù)0.85。結(jié)論：此橋“整體上不能長(zhǎng)期使用”。

2.2.3 北方城市某立交橋梁2

1984年修建，1998年改建，使用期共14 a，經(jīng)檢測(cè)存在問(wèn)題：（1）上部結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕、漏水，高強(qiáng)螺栓及墊圈生銹，削弱連接強(qiáng)度。（2）下部蓋梁出現(xiàn)病態(tài)，表面腐蝕，水流經(jīng)過(guò)之處，混凝土沿鋼筋縱向出現(xiàn)裂縫，寬度0.2～2 mm，表面白色沉積外漏，碳化深度23～30 mm,含堿量 5.2～14.6，超過(guò)2～3倍。以上現(xiàn)象是由于鹽水腐蝕和北方寒冷地區(qū)凍融所致。結(jié)論為：拆除重建。

2.2.4 國(guó)外橋梁損壞的案例

通過(guò)專(zhuān)題調(diào)研了解到，國(guó)外橋梁由于橋面防水層設(shè)置不利造成損壞的例子很多。譬如，德國(guó)總結(jié)了由于人為和自然界的7種原因造成破壞，引起橋梁的修建和翻修，涉及了較高的費(fèi)用，設(shè)計(jì)和修復(fù)的費(fèi)用達(dá)到1與10之比。德國(guó)很重視防水層的質(zhì)量，防水層做好了，橋梁壽命延長(zhǎng)了，橋梁外觀改善了，行車(chē)舒適度也增加了。為了提高橋梁耐久性，德國(guó)人的經(jīng)驗(yàn)是必須堵截水源，橋面“防水”、“排水”工程是重要的技術(shù)內(nèi)容。因此德國(guó)ZTV-BEL-B和DIN工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同的路面材料和橋梁基面，規(guī)定可以采用特殊專(zhuān)用的SBS(適合鋪設(shè)溫度為150℃～160℃的瀝青混凝土或?yàn)r青瑪篩脂碎石混合料)，或APP(適合鋪設(shè)溫度240～250℃的瀝青粗集料路面材料)卷材輔以環(huán)氧樹(shù)脂基層處理劑(鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的基層處理材料略有不同)。德國(guó)聯(lián)邦政府對(duì)橋面防水的嚴(yán)格控制，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的特許制等措施，保證了橋面防水質(zhì)量的可靠性和耐久性（見(jiàn)圖2）。

3 近年來(lái)橋面防水工程實(shí)踐上的創(chuàng)新發(fā)展

3.1 揭示橋面防水工程出現(xiàn)的新問(wèn)題

2002年初陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，從本世紀(jì)開(kāi)始，許多城市橋梁橋面防水層卷材在使用中相繼出現(xiàn)了新的問(wèn)題，如防水卷材“錯(cuò)動(dòng)”現(xiàn)象，防水涂料橋面瀝青鋪裝的“酥裂”等等。

（1）首先是2000年5月首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)的航站樓2號(hào)橋拐彎道處，橋面瀝青鋪裝出現(xiàn)多道嚴(yán)重的垂直裂縫。（2）其次是2002年8月，北京西四環(huán)，復(fù)興路，紫竹院，豐臺(tái)高架橋等處出現(xiàn)局部橋面鋪裝開(kāi)裂，防水層錯(cuò)動(dòng)，開(kāi)裂位置都在重車(chē)道（外側(cè)），或橋面下坡處，時(shí)間在高溫、雨季前后。（3）最后是2003年5月發(fā)生在剛施工完不到1 a的北京六環(huán)路上，多座橋面發(fā)生裂縫，其規(guī)律、情況和北京四環(huán)路出現(xiàn)的問(wèn)題相似。

究其原因主要是：

（1）外因：水平荷載較大，超載下坡區(qū)。

（2）內(nèi)因：a.施工：混凝土基面平整度、粗糙度、干燥度、粘結(jié)度都很差，卷材按頭鋪設(shè)方法不對(duì)，搶工期、熱熔施工不到位。b.設(shè)計(jì)：防水層局部相互連接差，橋面滲水排除措施不當(dāng)?shù)取?/p>

與此同時(shí)，全國(guó)各地也發(fā)生了橋面防水層病害事故，如南方某城市一座城市橋梁，為全長(zhǎng)1 000m的特大橋，2003年9月施工完成，次年4~5月份，由于防水層引起橋面鋪裝全部損壞，造成經(jīng)濟(jì)損失全部費(fèi)用達(dá)2 000萬(wàn)元。由于防水層出現(xiàn)了問(wèn)題，由此帶來(lái)的后果，不僅是經(jīng)濟(jì)上的損失，頻繁的修復(fù)返工也對(duì)交通、橋梁使用帶來(lái)不良的社會(huì)影響。

各地一系列事故引起了有關(guān)方面的廣泛關(guān)注，如何總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高技術(shù)和管理水平，確保工程質(zhì)量成為當(dāng)務(wù)之急，工程界一致呼吁要規(guī)范好設(shè)計(jì)和施工，提高法制意識(shí)。因此2004年初，在中國(guó)建筑防水協(xié)會(huì)、國(guó)家建材防水材料質(zhì)檢中心建議下，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院向建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司申請(qǐng)編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程》，并獲得批準(zhǔn)，由北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院主編，蘇州防水材料研究所等5個(gè)單位參編。由設(shè)計(jì)、施工研究二十多個(gè)單位參加，全國(guó)范圍內(nèi)，除北京以外，還有廣州、重慶、蘭州、沈陽(yáng)等城市，代表了東北、西北、西南和南方等各個(gè)地區(qū)，即我國(guó)各地區(qū)的同業(yè)專(zhuān)家、學(xué)者均有代表參與了該規(guī)程的編制工作。

3.2 提出城市橋梁橋面防水的對(duì)策

3.2.1 揭示橋面防水的特點(diǎn)

從使用條件、施工條件和震動(dòng)“疲勞”作用.來(lái)分析和確定橋面防水的特點(diǎn)：

（1）使用條件：針對(duì)橋梁處于動(dòng)態(tài)的工作狀態(tài)，行車(chē)荷載行使時(shí)除豎直向壓力外，還有水平方向的制動(dòng)力、離心力及下坡時(shí)輪載的水平分力作用到橋面上，當(dāng)防水層受到較大的水平剪力，要求防水層具有較大的抗剪性能。

（2）施工條件：橋面防水層上有瀝青混凝土鋪裝層，其施工時(shí)要高溫?cái)備仭⒅窓C(jī)碾壓，要求防水層有耐高溫的能力和對(duì)壓路機(jī)局部承壓抗硌破的能力。

（3）震動(dòng)“疲勞”作用：橋面車(chē)輛活載反復(fù)周期性的作用，因此橋面板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形、裂縫都是反復(fù)周期性變化的，在混凝土的裂縫邊緣，會(huì)有“應(yīng)力集中”現(xiàn)象，會(huì)使裂縫擴(kuò)大和增加，造成“裂縫累積的損傷”，這就是混凝土的“疲勞”作用，這也決定了防水層的選擇不同于靜載為主的其他結(jié)構(gòu)。因此，不能完全照抄“屋面工程技術(shù)規(guī)范”，只能獨(dú)立制定。

3.2.2 確定橋面防水的適用范圍

其適用范圍為：

（1）橋面防水層其承受的車(chē)輪荷載為接觸輪載；

（2）橋面鋪裝下為混凝土基面。

3.2.3 制定相應(yīng)的防水對(duì)策

其防水對(duì)策主要包括：

（1）包括設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量驗(yàn)收三個(gè)部分。

（2）應(yīng)關(guān)注的重要內(nèi)容：主要是防水等級(jí)的確定，材料的使用性能，基面層的要求，設(shè)計(jì)構(gòu)造措施，施工檢測(cè)內(nèi)容。

（3）在《規(guī)程》明確規(guī)定了一條強(qiáng)制性條文（3.0.1條）“混凝土橋面鋪裝內(nèi)應(yīng)設(shè)防水層，橋面系應(yīng)有完整的防水、排水系統(tǒng)?！?/p>

3.2.4 規(guī)定防水等級(jí)的劃分

（1）按橋梁分類(lèi)，道路等級(jí)，環(huán)境類(lèi)別三個(gè)方面劃分為I、II兩個(gè)等級(jí)。

（2）對(duì)I、II類(lèi)防水分別提出了不同的使用年限（15 a和10 a）和不同的使用要求。

3.2.5 制定橋面防水層選材的基本規(guī)定

（1）瀝青混凝土鋪裝面層：采用防水卷材，防水涂料－柔性防水層，此類(lèi)橋面鋪裝占90%以上。

（2）水泥混凝土鋪裝面層：采用滲透結(jié)晶型防水材料－剛性防水層，嚴(yán)禁使用卷材防水。

3.2.6 規(guī)定防水層的適用范圍

（1）柔性防水層的適用范圍，應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要從環(huán)境條件防水等級(jí)及其他要求（3.0.4條）。（2）剛性防水層材料應(yīng)符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（3.0.6-3.0.8條）

3.2.7 將橋面防水作為一個(gè)“系統(tǒng)”工程

主要的防水對(duì)策是：防－排水功能；設(shè)計(jì)－施工－監(jiān)測(cè)－養(yǎng)護(hù)整體環(huán)節(jié)；關(guān)于材料通用性能：其應(yīng)用性能應(yīng)符合綜合要求；防水材料－結(jié)構(gòu)亦是“系統(tǒng)”的防水理念。

3.2.8 《規(guī)程》和其他規(guī)范、法規(guī)的關(guān)系

（1）該《規(guī)程》和《道橋用改性瀝青防水卷材》JC/T974，《道橋用防水涂料》JC/T975標(biāo)準(zhǔn)是承上啟下的作用。（2）與《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG/D60及《城市橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（送審稿）相結(jié)合。（3）和國(guó)家有關(guān)節(jié)能、環(huán)保、消防、安全、衛(wèi)生要求法律法規(guī)一致。（4）對(duì)新材料、新技術(shù)、新工藝按《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例》（國(guó)務(wù)院293號(hào)令）第二十九條執(zhí)行。

3.2.9 橋面防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）橋面防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括；.防水系統(tǒng)總體布置、防水材料選用原則、關(guān)于防水卷材的抗剪性能、其他防水材料、防水層的厚度和結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造等。

在橋面防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，主要應(yīng)包括以下內(nèi)容：

a.防水等級(jí)、設(shè)防要求；b.防、排水設(shè)計(jì)；c.防水材料及其性能的確定；d.防、排水細(xì)部構(gòu)造。

（2）在防水系統(tǒng)總體布置上應(yīng)滿足防－排水功能，以及設(shè)計(jì)－施工－監(jiān)測(cè)－養(yǎng)護(hù)整體環(huán)節(jié)。

（3）防水材料選用原則：

a.橋梁結(jié)構(gòu)型式：坡度、剛度、平面型式；b.環(huán)境條件、施工條件：有效溫度、溫度梯度、高溫耐熱、低溫柔度、施工溫度；c.材料選用要考慮材料性能的相容性和材料品質(zhì)的優(yōu)選性。

3.2.10 關(guān)于防水卷材的抗剪性能

經(jīng)過(guò)大量的科研工作，如今對(duì)防水卷材的抗剪性能有了全新的認(rèn)識(shí)：

（1）車(chē)輛荷載作用在橋面上，除了豎向力以外，還有水平方向的力，如制動(dòng)力、離心力等。

（2）車(chē)輛的水平力是通過(guò)車(chē)輪與橋臺(tái)之間的摩擦力傳遞到橋面鋪裝及防水層上的，根據(jù)摩擦定律：

a.水平力F作用下，其摩擦力大小和重量W與摩擦系數(shù)與f乘積成正比。

b.當(dāng)水平力小于摩擦力時(shí)，物體不動(dòng)為靜摩擦，此時(shí)摩擦力等于水平力T=F

c.當(dāng)水平力大于摩擦力時(shí)，物體滑動(dòng)為動(dòng)摩擦，此時(shí)摩擦力小于水平力，T≤W×f。因此可認(rèn)為不管水平力大小，都可用一個(gè)最大的摩擦力值來(lái)包絡(luò)。

（3）車(chē)輛荷載下，鋪裝和防水層的豎力情況用隔離體分析。

（4）用Ansys通用有限元軟件分析：3×3塊單元模型，在10 kN輪重作用于瀝青面層上，著地面積 0.60×0.20，摩擦系數(shù) f=0.50。

計(jì)算得出瀝青鋪裝厚8 cm時(shí)的層間剪應(yīng)力，城A荷載折算值為0.12 mPa，相當(dāng)于防水卷材50℃時(shí)的抗剪強(qiáng)度。見(jiàn)圖3、圖4和圖5所示。

3.2.11 防水卷材與防水涂料的性能對(duì)比

由于我國(guó)地域廣闊，究竟在城市橋梁防水層中采用防水卷材還是防水涂料，或者采用其它形式的防水方式，近年來(lái)也不盡統(tǒng)一。但有一點(diǎn)是明確的，作為強(qiáng)制性條文已明確規(guī)定：“混凝土橋面鋪裝內(nèi)應(yīng)設(shè)防水層，橋面系應(yīng)有完整的防水、排水系統(tǒng)?！眻D6為路面結(jié)構(gòu)層示意圖，表1反映了防水卷材與防水涂料的性能對(duì)比情況。

表1 防水卷材與防水涂料的性能對(duì)比表

近年來(lái)，我國(guó)一些防水材料的生產(chǎn)企業(yè)，秉承環(huán)保和低碳的理念，研制了適合我國(guó)道橋?qū)Ｓ镁酆衔锔男詾r青防水涂料，其主要材料是以多種橡膠復(fù)合對(duì)瀝青改性，涂膜干燥后保持橡膠的彈性，耐高溫達(dá)180℃，低溫可達(dá)－40℃，延伸率大于800%，能經(jīng)受橋面長(zhǎng)期荷載積水抗壓要求，防止?jié)B水造成橋梁結(jié)構(gòu)的損壞，確保橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。同時(shí)根據(jù)施工的要求，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的配套施工設(shè)備，亦促進(jìn)了城市橋梁橋面防水技術(shù)和工程實(shí)踐。

4 展望和結(jié)語(yǔ)

4.1 橋面防水技術(shù)的發(fā)展展望

綜上所述，通過(guò)回顧和總結(jié)我國(guó)城市橋梁建設(shè)在21世紀(jì)前10 a，從基于創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念出發(fā)，在城市橋梁橋面防水技術(shù)科技研發(fā)，以及工程實(shí)踐創(chuàng)新發(fā)展的相關(guān)情況，越來(lái)越多的人們認(rèn)識(shí)到，城市橋梁橋面防水與建筑屋面防水的最大不同之處是其特殊的動(dòng)荷載及不利的外部工作環(huán)境，而橋梁防水不利將直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。近年來(lái)，圍繞著新型防水卷材、橋面防水層厚度、結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工，以及橋面防水層特殊部位的處理，滲水口、滲水管的設(shè)置等研究正在抓緊進(jìn)行，并有了新的進(jìn)展；同時(shí)，在防水涂料的研究上，本著節(jié)能和環(huán)保的理念，不斷研究出新的產(chǎn)品。

同時(shí)將更加關(guān)注我國(guó)城市橋梁防水技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、防水材料研究，研制出新產(chǎn)品應(yīng)具有良好的耐熱、耐寒性能，能適應(yīng)較大的溫度變化；具有良好的粘接性、抗剪切性和抗疲勞性；并使橋梁防水材料與橋梁主梁混凝土找平層、橋面鋪裝間具有可靠的聯(lián)接；滿足防水施工工藝簡(jiǎn)單、便于掌握、造價(jià)適中、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便，確保橋面防水質(zhì)量；進(jìn)一步發(fā)揮科研、材料、設(shè)計(jì)、施工、管理等各方面的共同作用。這些必將推動(dòng)我國(guó)城市橋梁橋面防水技術(shù)和工程實(shí)踐的健康發(fā)展。

4.2 結(jié)語(yǔ)

展望我國(guó)城市橋梁建設(shè)的前景，在21世紀(jì)第二個(gè)十年中，以武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋、港珠澳特大橋和超大型跨海大橋——青島海灣大橋等一大批現(xiàn)代橋梁的陸續(xù)興建，標(biāo)志著我國(guó)將續(xù)寫(xiě)橋梁建設(shè)更加輝煌的篇章。廣大工程技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注城市橋梁橋面防水技術(shù)和工程實(shí)踐的發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)祖國(guó)城市橋梁建設(shè)的健康和可持續(xù)發(fā)展，向世界橋梁建設(shè)強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)邁進(jìn)。

本文得到沈中治、張捷和劉慶仁教授級(jí)工程師的幫助，謹(jǐn)表謝意！

[1]穆祥純.城市橋梁結(jié)構(gòu)防水技術(shù)的研究與應(yīng)用［A］.第十五屆全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[2]穆祥純 近年來(lái)我國(guó)城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)防水技術(shù)的發(fā)展［J］.中國(guó)建筑防水，2004，（6）.

[3]穆祥純.城市橋梁結(jié)構(gòu)安全度和耐久性問(wèn)題的研究［A］.第十六屆全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.長(zhǎng)沙：同濟(jì)大學(xué)出版社，2004.

[4]穆祥純.我國(guó)城市橋梁工程事故案例及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的對(duì)策研究［J］.特種結(jié)構(gòu)，2007，（4）.

[5]穆祥純.論21世紀(jì)以來(lái)城市橋梁橋面防水技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展［A］.第20屆全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.武漢：人民交通出版社出版社，2012.