論基于創(chuàng)新理念的城市橋梁橋面防水技術(shù)

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，隨著城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展，我國各地相繼興建一大批城市道路和城市橋梁。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營和維護(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。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，國內(nèi)許多設(shè)計(jì)和科研單位都在積極開展城市橋梁橋面防水技術(shù)的研究，但相當(dāng)長時(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，人們對(duì)此問題的科技研發(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、中國建筑防水材料工業(yè)協(xié)會(huì)、中國化學(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來通過對(duì)美國、加拿大、日本和西歐等發(fā)達(dá)國家進(jìn)行城市橋梁建設(shè)專題考察，筆者了解到，西方國家對(duì)橋梁防水問題歷來十分重視，均有相關(guān)的規(guī)范和技術(shù)規(guī)程。上述各國的相關(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、美國堪薩斯州就開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)國家大規(guī)模開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1965年開始強(qiáng)制在鋼筋混凝土橋設(shè)置防水系層。

美國1979年由聯(lián)邦總審計(jì)長在呈送給國會(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、法國等大多數(shù)歐洲國家，加拿大和美國近半數(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。

與國外相比，我國對(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)過油氈、瀝青諸類防水材料。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。”

20世紀(jì)80年代我國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?、雨量、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捎藐栯x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壞問題，嚴(yán)重影響了橋梁的耐久性和正常使用壽命，以及行車的舒適性和安全性。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，隨著我國城市橋梁的大規(guī)模開展，不少橋梁工程采用了建筑防水卷材和陽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，近20 a來，防水卷材和防水涂料已經(jīng)成為我國城市橋梁橋面防水層的主要材料。

筆者于2002年全國橋梁學(xué)術(shù)大會(huì)上撰寫了一篇論文，針對(duì)城市橋梁橋面防水方面存在的問題，提出了以下相關(guān)建議：（1）亟需制定我國《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)圖紙上無細(xì)化的防水設(shè)計(jì)、無選材說明，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。積極研制和開發(fā)適合橋梁結(jié)構(gòu)防水的專用的材料，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。

在國內(nèi)許多專家、學(xué)者的大力呼吁和共同努力下，我國橋梁設(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。”這在我國城市橋梁建設(shè)發(fā)展史上具有里程碑的意義，亦反映了新世紀(jì)以來我國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我國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我國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)近年來我國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，此類酸性化合物加速了碳化、酸化的過程，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，無法修補(bǔ)。

2.2 國內(nèi)外橋梁橋面防水層損壞的案例分析

從近年來對(duì)國內(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)，混凝土開裂超過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 國外橋梁損壞的案例

通過專題調(diào)研了解到，國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。德國很重視防水層的質(zhì)量，防水層做好了，橋梁壽命延長了，橋梁外觀改善了，行車舒適度也增加了。為了提高橋梁耐久性，德國人的經(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（見圖2）。

3 近年來橋面防水工程實(shí)踐上的創(chuàng)新發(fā)展

3.1 揭示橋面防水工程出現(xiàn)的新問題

2002年初陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，從本世紀(jì)開始，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)局部橋面鋪裝開裂，防水層錯(cuò)動(dòng)，開裂位置都在重車道（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)2 000萬元。由于防水層出現(xiàn)了問題，由此帶來的后果，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，在中國建筑防水協(xié)會(huì)、國家建材防水材料質(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，全國范圍內(nèi)，除北京以外，還有廣州、重慶、蘭州、沈陽等城市，代表了東北、西北、西南和南方等各個(gè)地區(qū)，即我國各地區(qū)的同業(yè)專家、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)。”

3.2.4 規(guī)定防水等級(jí)的劃分

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

（2）對(duì)I、II類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）車輛的水平力是通過車輪與橋臺(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)最大的摩擦力值來包絡(luò)。

（3）車輛荷載下，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，我國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

4.1 橋面防水技術(shù)的發(fā)展展望

綜上所述，通過回顧和總結(jié)我國城市橋梁建設(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，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

展望我國城市橋梁建設(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)志著我國將續(xù)寫橋梁建設(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 近年來我國城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)防水技術(shù)的發(fā)展［J］.中國建筑防水，2004，（6）.

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

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