桥梁防水措施的设计与施工技术探究

[摘 要]随着近年来我国基础设施建设的飞速发展，我国桥梁工程建设的步伐也在逐步加快，桥梁建设过程中暴露出了桥梁防水设计、施工中的一些问题。由于桥梁防水措施处理不当，出现了桥面漏水、钢筋锈蚀、甚至出现混凝土胀裂、铺装层剥落、碱一骨料反应等一系列破坏等现象。不仅缩短了桥梁的使用寿命，也影响到行驶的车辆和人群的舒适程度，并对人身及财产安全造成威胁。桥梁防水作为桥梁耐久性的一个重要环节，因此也越来越受到人们的广泛关注。本文从提高桥梁使用耐久性的角度出发，对桥梁防水工程中的设计部分和施工部分进行深入分析，以此作为桥梁防水工程设计、施工参考。

[关键词]桥梁 防水工程 施工技术

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0212-02

近年来，我国的经济发展迅速，交通运输压力也随之增加，如何提高桥梁系统防水性能，提高桥梁耐久性，确保交通安全运行，已成为桥梁工程设计、施工中的重点。突发事件、材料质量、荷载以及施工质量等均是导致桥梁防水结构受损的重要原因，但防水工程质量是导致桥梁结构受损的主要因素。桥梁在使用过程中，一旦出现防水系统病害，很难彻底修复，严重影响桥梁设施的耐久性能，如果处理不当，将造成巨大的经济损失，严重者甚至导致安全事故发生。设计人员防水设计意识的淡薄、施工及监理人员施工质量把控不到位都是造成防水系统质量问题的主要诱因。

一、桥梁防水的意义

通过对各种桥梁病害产生的原因分析可以知道水是造成这些破坏的最直接和最重要的原因之一。水也是碱骨料反应发生的充分条件，在干燥条件下很难发生碱骨料反应。当混凝土处于干燥或含水率很低的状态时，空气中的CO2无法溶于混凝土的孔隙水中，或溶解极少、极慢，故混凝土碳化也无法进行。因此，从根本上切断水的来源，做好桥梁防水处理，是保证混凝土桥梁免遭破坏、延长桥梁使用寿命、提高桥梁结构耐久性的有效措施。

二、桥梁防水设计原则探讨

1.桥梁防水设计的整体性原则

桥梁所处的特定环境和其特殊用途， 决定了其防水应该是一个整体性、系统化的概念。进行桥梁防水设计时，不但要充分重视桥面部分（主梁），也不可忽略伸缩缝、接缝等部位的防水要求，局部的防水缺陷往往使水流可以由此侵入桥梁的其他部位， 从而极大地限制了整个防水体系功能的发挥。桥梁本身的防水系统必须和路基排水等周围其他的排水系统协调一致， 才能保证水流被及时收集和排出桥梁范围。

2.防水系统应该满足可检、可修、可换的要求

与其他构件相似，桥梁排水系统必须经常进行维护、修理，以保证其正常功能的发挥。此外，桥梁排水系统的使用寿命通常较桥梁的整体使用寿命短，在桥梁使用过程中一般需要进行更换。因此防水体系的设计和构造必须保证其易于维护、清扫及更换。

3.结构防水的两种策略

可以选择将水快速引离结构较脆弱的地方， 或桥梁必须采取一定的防护措施来达到提高桥梁防水性能的目标。即处理水的问题有两种具体策略：排水，确保水可以被快速的集中并排出；防水，通过结构表面处治、电化学设备或采取结构措施的方法对桥梁进行防水保护。

三、 桥面排水

1.桥梁排水存在的问题原因

分析桥面的排水系统存在问题导致桥梁损毁的原因，主要是在桥面排水设计、施工中出现了一些问题，有以下几点：

（1）泄水孔或雨水口的不合理设置。在雨季时期，一般大强度瞬间降雨带来的雨水往往来不及排入桥面的泄水孔或雨水口中。泄水孔或雨水口数量不够或间距过大是造成大部分桥梁桥面积水的主要原因之一，再加上桥面上污染物的堵塞，桥梁排水能力明显不足。

（2）桥面纵、横坡的不合理设置。纵坡坡度大小都会直接或间接地影响排水效果，纵坡坡度小于O.5%易使桥面雨水汇流时间长，雨水流速慢会导致暂时性积水，而坡度大于2.0%的纵坡又使雨水流速太快、雨水汇流时间过短导致雨水口对雨水截流率过小。一般情况下，桥面横坡坡度设置为1.0%～2.O%之间。

（3） 排水设施设计与施工不足、强度不够。在桥梁设计和施工时桥面进、排水口周边，以及排水暗沟防水层的设置往往被忽略，导致桥梁桥面排水不畅和出现渗水现象。此外，排水部分系统采用的材料强度不够，比如有些桥梁泄水管管口、管盖采用的是PVC管，这种PVC管在车辆荷载作用下容易被压坏[1]。

2.排水设计与施工问题对策

针对以上存在的问题，桥梁排水在设计和施工上应注意以下几点：

（1）桥梁桥面表面排水采取调整桥面纵、横坡度及合理设立边沟、垂直或横向泄水口来迅速排除桥面水，有效的桥面表面排水是保证桥梁交通安全及正常运行的措施之一。

（2）桥梁桥面内部排水可采用排、防水相结合的方式，一是在铺装层设置内部排水设施排除桥面水；二是在铺装层下设置FYT防水层或沥青封层等防止渗水对桥梁结构的破坏。桥梁排、防水系统与桥梁的整体使用寿命相比较，桥梁排、防水系统使用寿命比较短，在桥梁正常使用一段时间后可能需要更换。因此，桥梁排、防水设施的设置应易于工作人员的检修、清扫。

（3）雨水斗设置时应注意：雨水斗管径小于排水立管、雨水斗连接管管径；多斗雨水斗连接管管径小于纵向排水管管径；另外，多斗雨水斗最好在同一高度上承接雨水。多斗雨水斗若要在不同的高度承接雨水的话，必须满足一些特定条件才行。

（4）在桥面的纵坡设置合理的范围内，纵坡坡度加大可以相应加大雨水斗的间距。根据暴雨强度公式与雨水斗服务面积可以计算雨水斗口径，雨水斗排除雨水能力与它的口径大小成正比。应由专业的机构测试过雨水斗的水力设计参数（如排水能力、对应的管前水深等），确定达到要求才能用到桥梁安装工程中。

（5）根据桥面雨水径流面积计算排水管的数量。每平方桥面设置的排水管面积应达到300 mm2，排水管最小直径100 mm。当桥梁纵坡不大于0.5%或在0.5%到1%之间时，最小的排水管径都应为150mm，但两者排水管之间的距离不同，管间距分别不大于6m与12m。

（6）注意桥梁结构排水细节的处理：a.在泄水管管口处要安装管盖避免被外来物体堵塞管道。b.排水管与桥面或梁体接触处应设置防水层。c.管道的最小纵坡应不小于0.5% ，排水管在管道转向处应做顺水连接，排水立管下端、排水横管与立管连接的弯头为方便检修应设置检查口。d.桥梁伸缩缝处雨水容易下漏，并在桥墩、桥台顶面形成积水，可在桥墩、桥台顶部设置横向的矩形凹形排水槽再通过预埋的排水管将下漏的雨水顺利排出。e.桥台设置排水设施，避免桥面汇水从桥台处直接排出，而对路堤造成冲刷破坏口[2]。

四、桥面防水

1.防水混凝土与桥面强度

在桥梁工程中，对于接触水源的桥梁结构，应采用防水混凝土施工，并确保防水混凝土的防腐性和严密性与桥梁施工要求标准相符，桥梁墩柱直接与水接触，而桥面由于雨水或其他路面积水，因此，应重视桥梁墩柱及桥面部分防水设计。可以将细粉或煤灰与混凝土混合，降低混凝土碱性，提高混凝土防裂作用、防膨胀作用以及防渗作用，从而提高桥梁防水性能。但应注意的是，桥面施工时，混凝土厚度应大于10cm，另外，应严格按照比例进行混凝土配制，用于桥面钢筋网施工的钢筋直径应大于10mm，且钢筋之间应保持150mm以内距离。

桥面强度指桥面混凝土具有一定的强度， 一般桥面混凝土强度在C40以上，找平层一般用细粒式防水混凝上，强度不低于C30。为保证强度，找平层内宜配置钢筋网。浇注水泥混凝土结构时，振捣常易导致离析，粗骨料下沉，表面形成一层水泥含量较多，收缩性较大的浮浆层。浮浆层的存在不仅影响桥面板的强度，而且易产生裂缝，不利于防水粘结层和桥面基层的结合，必须予以清除。通常可用钢刷、铣刨机或喷砂法清除。粘接体系的粘结强度与桥面强度有极大关系。桥面强度其实就是指混凝土的强度，当铺设了防水粘结层形成粘接体系以后，如果桥面强度过低，则发生混凝土的内聚破坏，粘结材料的强度没有发挥。当荷载作用导致粘接体系产生破坏时，希望这种破坏是界面破坏而不是材料的内聚破坏，这时水泥混凝土材料和防水粘结材料的材料潜力得到充分应用。

2. 桥面防水层

（1）桥面防水层的基本要求

桥面设置防水层的最主要目的是保证和提高桥梁混凝土的耐久性，理想的防水层施工后应该在设计年限内不透水且造价合理。从结构受力特点而言，桥面防水层不仅要能起防水作用，而且能起到粘结层的作用。桥面防水是一个整体系统，桥面板、防水层及面层是相互作用的，2是一个不可分割的整体，如果将这三个要素孤立地考虑将会导致意想不到的早期破坏。这主要是因为在结构自重和外荷载的作用下，由于桥面板、防水层和面层的弯曲模量的不同造成的各自的曲率差必须要由它们之间界面间的粘合来弥补，如果差别太大，将导致桥面板与面层粘结力不足而造成两者剥离，那么即使防水层的性能完好，防水系统也将失去作用粘合将不起作用。可见，防水层的性能不仅仅是取决于自身的特点，还要设置适当使得桥面板和面层协调变形。因此，桥面防水层必须满足下列要求：1）防水层必须是不透水的，包括在施工中的渗水和使用年限内的渗水；2）防水层应与面层和桥面有足够的粘结力；3）防水膜应能抵抗桥面裂缝，包括在施工前后所产生与发展的裂缝；4）防水层应具备良好的温度稳定性和低温抗裂性能；5）防水涂料必须具有良好的抗老化性能，不因受高温、辗压、低温、霜冻等作用而降低粘结能力、抗剪能力和防水能力。[3]

（2）桥面防水层材料

目前用于桥面的防水材料要分为两类：防水卷材和防水涂料。

①防水卷材

防水卷材可分为高聚物改性沥青防水卷材和高分子防水卷材。高聚物改性沥青防水卷材以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成可卷曲的片状材料。此种防水卷材是我围发展最快的一种防水材料。合成高分子防水卷材以高分子材料为主体，掺入适量化学助剂和填料，经混炼、压延或挤出工艺制成的片状防水材料。主要包括三元乙丙、聚氯乙烯、氯化聚乙烯和聚乙烯丙纶等防水卷材。

卷材类的防水材料防水效果比较好，但粘结性能较差， 比较难解决的是卷材的搭接和层间抗剪问题，在实际应用中也出现了不少因粘结不好使桥面沥青面 层过早损坏的现象。因此，使用防水卷材设置桥面防水层时，一定要保证粘结的施工质量。

卷材施工方法有：1）加热法。该方法是在防水卷材下方用火焰加热，边烤边滚动防水卷材，随着防水卷材的展开，直至铺设整个桥面。这种做法的缺点是，容易烧伤已铺设的防水层，而且不适用于不平整的桥面。2）热铺法。 该方法使用热沥青打底，它能包容桥面高低不平的状况。控制沥青加热和铺装温度是该方法的关键，施工时必须均匀加热，沥青不能过热，以防变脆而影响粘结。另外，铺装的温度很大程度受铺设方法、气温和桥面温度的影响。因此，使用热铺法时，一定要根据具体情况制定严格的操作规程，同时搭接处的厚度要尽量减薄，以防厚度变化太大。3）冷铺法。该方法采用材料自身的粘性与桥面进行粘结，或涂一薄层液体粘结剂。其主要用于新建工程，并要求具有较高的桥面平整度。使用该方法时一定要对防水膜厚度、气泡等项目按规定的频率进行检查。

②防水涂料

防水涂料是由合成高分子聚合物、高分子聚合物与沥青、高分子聚合物与水泥为主要成膜物质，加入各种助剂、改性材料、填充材料等加工制成的溶剂型、水乳型或粉末型的涂料。主要包括高分子防水涂料和改性沥青防水涂料。其主要机理是分层涂刷或喷涂在需要进行防水处理的基层表面上，通过溶剂挥发或水分蒸发或反应固化后形成的连续膜隔断水的渗透，达到防水作用。

与防水卷材相比，涂料类的防水材料粘结性能较好，不存在层间的抗剪问题。然而，一般的聚合物改性沥青基桥面粘结防水涂料在施工和应用中难以解决的问题是防水层的抗硌破性能差。近年来发展起来混合纤维的增强的聚合物改性沥青防水材料，大幅度提高防水涂层的抗硌破、抗裂和抗拉能力， 很好地解决防水层抗硌破的难题。

防水涂料施工要点有：1）拉毛处理。大量试验表明：与平整混凝土表面相比，经过适当拉毛处理的混凝土同防水层和面层之间界面的嵌锁力和摩阻力都有很大提高。因此，为提高防水层和沥青混凝土铺装层同混凝土桥面板之间抗剪强度，须对混凝土桥面板进行拉毛处理。拉毛一般的要求是：拉毛深度3mm，宽度4mm，相邻拉毛净距24mm。2）基层清理。在喷涂桥面防水涂料前，还需凿除桥面板混凝土的浮浆，并进行清除油污和垃圾等工作；然后利用吹尘器把基面吹干净，为喷涂工作做准备。基层处理要达到平整、干燥要求，表面无垃圾、浮浆、污渍。3）喷涂防水涂料。喷涂第一层防水涂料时，务必要在涂料中掺加适量的表面活性剂溶液进行稀释，以促使涂料掺入基层毛细孔隙以提高防水涂层的粘结强度和抗剪强度。另外，在喷涂到下一次遍涂料之前，必须要待上一遍涂料实干后才能喷涂。值得指出的是，为避免涂料污染防撞墙，在喷涂桥面防水涂料时，应采取人工涂刷的方式完成。

施工中防雨是十分困难的事情，由于防水涂料施工技术要求高，更应作好雨天施工的安排和准备。为了保证工程质量，按时完成合同工程，针对雨季施工及施工过程中的临时降雨主要采取以下安排和措施：1）在天气状况不好时，为加快进度，准备好扫水、吸水工具，随时作好准备。一旦天气好转，力争使基层尽快干燥，恢复施工，以减少天气原因对施工的影响。必要时对局部潮湿基层用明火烘烤，以保证工程进度和施工质量。2）施工中遇雨应立即停止喷涂，已经喷涂完毕被雨淋湿但未达标的防水涂料，应视强度大小，进行重新涂布或补涂，使其形成合格的防水层。3）现场的防水涂料应用雨布覆盖。待防水涂料干燥后，在沥青层铺装前要严格进行保护。涂布之后的养护就是一方面要派专门人员对施工完毕的工作面进行看护、检查和清扫，若发现遗漏或厚度不够的地方，要及时修补并作好修补记录，直到沥青混合料的摊铺工程完成；另一方面，要做好与沥青混凝土施工方的协调工作，尽量做到与施工方的协调一致，以缩短涂布防水涂料工序与摊铺沥青混凝土工序之间的时间间隔，这样可以减少施工好的溶剂型粘接剂工作面可能受到的自然及人为污染。

结语

混凝土桥防水粘结层作为铺装结构中重要的一个环节，务必要具有足够的强度、防水性以及与铺装层问良好的变形协调能力。实际工程中，混凝土桥经常出现耐久性差、使用寿命短等病害，同时沥青混凝土铺装病害频发、路用性能差、寿命短等，这些都与铺装内防水粘结层的设置密切相关。因此，对混凝土桥防水粘结层进行研究成为一个迫切的要求。

参考文献

[1] 尹梅，王巍.城市桥梁桥面排水设计中的问题与处理方法[J].市政技术，2008，26（5）：397―398.

[2] 胡虎.公路桥面排水系统设计探讨[J]_湖南交通科技，2007，33（4）：66"67.

[3] 傅若梁，钱统军，程家付，等.桥梁新型纤维增强涂料防水层施工技术研究[J].城市道桥与防洪，2006，7（4）：54～56.

[4] 尹梅，王巍.城市桥梁桥面排水设计中的问题与处理方法[J].市政技术，2008，26（5）：397―398.

[5] 傅若梁，钱统军，程家付，等.桥梁新型纤维增强涂料防水层施工技术研究[J].城市道桥与防洪，2006，7（4）：54～56.