高速鐵路橋面防水層破壞機(jī)理與整治分析

孔 保 鋒

(中國(guó)鐵路太原局集團(tuán)有限公司安全監(jiān)察室，山西 太原 030013)

1 橋梁防水層的主要要求

季節(jié)交替時(shí)的凍融破壞、鋼筋銹蝕導(dǎo)致的混凝土裂縫逐漸擴(kuò)大、堿集料反應(yīng)導(dǎo)致的混凝土強(qiáng)度降低、混凝土碳化導(dǎo)致的堿環(huán)境破壞是引起橋梁混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因[1]。為保證橋梁混凝土強(qiáng)度，提高其耐久性，通過對(duì)比國(guó)內(nèi)大量的整治經(jīng)驗(yàn)及工程措施發(fā)現(xiàn)，主要整治方式為阻止水對(duì)混凝土的侵蝕及解決混凝土被侵蝕后的補(bǔ)強(qiáng)問題。因此,將外界水分與混凝土結(jié)構(gòu)隔離開,是保證高速鐵路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐久性的有效措施。作為高速鐵路橋面防水層的主要材料，必須滿足以下條件[2]:

1)材料必須具備良好的防滲透性;

2)與混凝土橋面間的粘結(jié)強(qiáng)度能夠達(dá)到要求;

3)與砂漿保護(hù)層間具有良好的連接性能;

4)較好的耐熱、耐寒性能;

5)對(duì)梁體的伸縮、撓曲變形有足夠的適應(yīng)性;

6)在橋面開裂時(shí)不受反射裂縫的影響;

7)其耐久性不低于高速鐵路橋面的正常使用壽命;

8)施工較為簡(jiǎn)單，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2 橋面防水層病害現(xiàn)狀及原因分析

橋面防水層是保護(hù)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)免受破壞的第一道屏障。我國(guó)高速鐵路橋面普遍采用卷材防水加鋪纖維混凝土保護(hù)層，通過對(duì)開通運(yùn)營(yíng)后的高鐵橋梁檢查發(fā)現(xiàn)，橋面防水層的保護(hù)層砂漿或橋面防水涂料均出現(xiàn)不同程度的破壞，且有不斷發(fā)展的趨勢(shì)，嚴(yán)重處甚至已經(jīng)開始影響高鐵列車的運(yùn)行安全[3]。

通過對(duì)高速鐵路橋面卷材防水層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)施工過程分析比較發(fā)現(xiàn)，引起橋面防水層混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因?yàn)?

1)現(xiàn)場(chǎng)防水層施工隊(duì)伍不夠?qū)I(yè)。

高鐵卷材防水層施工對(duì)于施工人員的業(yè)務(wù)水平要求較高，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的溫度、含水量以及時(shí)間的測(cè)定等均需要有專門人員進(jìn)行盯控，但現(xiàn)場(chǎng)施工人員的素質(zhì)達(dá)不到這些要求。同時(shí)由于各種自然環(huán)境及其他工作的影響，導(dǎo)致工期嚴(yán)重不足，存在趕工期施工的現(xiàn)象，從而使得施工質(zhì)量大大降低。

2)對(duì)橋面基層的處理不夠重視。

高速鐵路橋面卷材防水層施工過程對(duì)橋面基層的處理尤其重要。如果橋面防水層基面控制不嚴(yán)格、處理不得當(dāng)、噴涂厚度不均勻都會(huì)引起橋面防水層脫落、開裂、氣泡等病害的發(fā)生。橋面和防水層的結(jié)合面有積水未處理干凈，將會(huì)嚴(yán)重影響橋面防水層與橋面板之間的連接強(qiáng)度。另外噴涂防水涂料的固化速度較快，從而需要更好的基面處理和層間處理；尤其是兩線間道床板底部及橋面防撞墻根部防水層施工起來較為困難，極易造成氣泡、開裂、脫落。

3)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)環(huán)境無法控制。

高速鐵路橋面防水層的每道施工工序均對(duì)施工環(huán)境有較高的要求，對(duì)于施工溫度、環(huán)境濕度、各項(xiàng)作業(yè)的時(shí)間間隔以及驗(yàn)收條件等都有較為嚴(yán)格的規(guī)定。例如在氣溫較高時(shí)施工將會(huì)嚴(yán)重降低防水層施工的施工質(zhì)量，底層涂料要在基層含水率小于7%的情況下噴涂，否則基層中的水分受熱膨脹極易造成防水層大面積的鼓起、氣泡甚至發(fā)現(xiàn)防水層脫落、剝離等現(xiàn)象[4]。

4)對(duì)每道施工工序的質(zhì)量控制重視不足。

高速鐵路橋面防水層各道施工工序均有著嚴(yán)格的規(guī)定，例如在底層涂料完全固化之前，不得進(jìn)行其他相關(guān)作業(yè)。防水材料噴涂完畢后在4 h內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，不得同時(shí)進(jìn)行其他相關(guān)作業(yè)[5]。由于高速鐵路可用于施工作業(yè)的時(shí)間較短，各道工序相互之間交叉嚴(yán)重，導(dǎo)致橋面防水層在施工期間不能得到較好的保護(hù)，使得橋面防水層施工質(zhì)量受到一定的影響。

5)高速鐵路橋面防水層設(shè)置的特殊性。

由于橋梁兩線間的防水層在底座板根部需卷起8 cm，形成8 cm的搭接，在列車通過時(shí)梁體發(fā)生撓曲變形，造成橋面與底座板處防水層發(fā)生不規(guī)則變形，從而導(dǎo)致橋面防水層出現(xiàn)開裂或起泡現(xiàn)象。同時(shí)由于高速鐵路列車運(yùn)行速度較快，形成強(qiáng)大的列車風(fēng)對(duì)防水層產(chǎn)生強(qiáng)烈的反復(fù)吸壓作用，導(dǎo)致橋面防水層進(jìn)一步鼓起、破損。

3 針對(duì)橋面防水層病害主要采取的措施

為保證高速鐵路橋面防水層在不同條件下都能夠達(dá)到質(zhì)量及耐久性要求，對(duì)橋面防水層的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)提出了更高的要求。通過對(duì)現(xiàn)有高速鐵路橋面防水層病害的檢查發(fā)現(xiàn)，因材料、設(shè)計(jì)、施工和管理各因素引起的防水層破壞所占的比例分別為20%，25%，50%，5%。因此需對(duì)上述問題采取以下措施進(jìn)行預(yù)防：

1)加強(qiáng)專業(yè)施工隊(duì)伍的建設(shè)，做好作業(yè)人員的培訓(xùn)，保證高速鐵路橋面防水層的施工質(zhì)量。

根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定，由于高速鐵路橋面防水層各項(xiàng)參數(shù)的規(guī)定和普速鐵路橋面防水層相比有較大的差異，施工工序及施工環(huán)境也有所不同，因此必須建立能夠勝任的專業(yè)的施工隊(duì)伍來進(jìn)行高速鐵路橋面防水層施工。施工作業(yè)人員必須能夠掌握高速鐵路橋面防水層所需材料的各項(xiàng)參數(shù)、施工工藝及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)掌握各種施工技巧，對(duì)施工所需要的各種機(jī)械設(shè)備及其出現(xiàn)的故障及如何解決要有清晰的認(rèn)識(shí)。

2)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

由于高速鐵路橋面防水層在底座板根部需卷起8 cm，在橋面與底座板的相對(duì)滑動(dòng)作用下，極易造成底座板根部的橋面防水層出現(xiàn)大范圍的氣泡、開裂，建議通過采取其他措施來取代這8 cm的搭接，從而消除底座板底部橋面防水層氣泡及破損病害的出現(xiàn)。

3)選擇合適的橋面防水層材料。

高速鐵路橋面防水層材料的選擇直接影響整個(gè)橋面防水層防水質(zhì)量的好壞。目前我國(guó)高速鐵路橋面防水層普遍采用的是卷材防水，它對(duì)環(huán)境濕度、溫度都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在溫度較低的情況下能夠保證一定的柔韌性，且能保證正常的耐磨、防腐要求，因此能夠被大量使用[6]。但同時(shí)也存在一定的弊端，例如受橋面基層平整度的影響較大，若橋面基層不平整，將會(huì)導(dǎo)致防水卷材與橋面間存在一定的空隙，導(dǎo)致防水卷材空鼓，從而引起其上部的砂漿保護(hù)層破碎開裂。因此，需要研制新型材料，使之既能保證高速鐵路的防水層要求，又能夠易于施工，同時(shí)保證橋面防水層失效時(shí)不會(huì)給高速鐵路列車運(yùn)行帶來隱患。

4)加強(qiáng)質(zhì)量管理，保證達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

施工單位要提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，保證各種工機(jī)具、材料充足，合理確定工期，對(duì)于無法按正常作業(yè)程序噴涂的部位提前制定噴涂方案，保證噴涂質(zhì)量，確保一次噴涂完成。同時(shí)要把好材料進(jìn)場(chǎng)關(guān)，在經(jīng)檢驗(yàn)并且檢驗(yàn)合格的情況下方可投入使用，從材料源頭上確保橋面防水層施工質(zhì)量。此外可以先做一孔梁橋面防水層的施工，動(dòng)態(tài)控制各項(xiàng)參數(shù)及環(huán)境條件，在熟悉正常施工程序且確保施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)的情況下，再進(jìn)行全范圍施工。

4 整修方案

為確保高速鐵路列車通過時(shí)產(chǎn)生的列車風(fēng)作用不至于造成橋面防水層上部的纖維混凝土細(xì)顆粒脫落從而形成表面粗糙麻面現(xiàn)象，同時(shí)防止表面不積水、雨水滲入導(dǎo)致纖維混凝土強(qiáng)度降低，只需在纖維混凝土表面覆蓋一層平整的、高粘聚力的、與混凝土表面聯(lián)結(jié)較好的薄膜防護(hù)。

例如整治范圍為大西高鐵白石牧馬河特大橋第3-5孔梁，該區(qū)段防水層病害較為嚴(yán)重，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的酥化、掉塊、積水、滲水及防水涂料脫落等現(xiàn)象。本次防水層整治工作，主要為了解決高速鐵路橋面防水層積水酥化及酥化混凝土在高鐵列車運(yùn)行產(chǎn)生的列車風(fēng)將松動(dòng)顆粒吹向線路的安全隱患，從高速鐵路橋面防水層保護(hù)砂漿層表面處理和防水涂料分層涂刷兩個(gè)關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，首先要徹底的清理防水層缺陷部位，其次將底層涂料涂裝在清理完顆粒物的混凝土橋面上，保證混凝土橋面被表層涂料充分滲透并形成薄膜，然后刮涂砂漿修補(bǔ)料將混凝土表面坑洼處所填補(bǔ)平整，完全滲入橋下的底涂層起著連接上下層的作用，從而使上下層形成一個(gè)整體。

4.1 材料選用

表面涂料是一種優(yōu)良的封閉型維修材料，強(qiáng)度較高且具有較強(qiáng)的粘結(jié)連接力，通過加強(qiáng)聚合物改性優(yōu)化、無機(jī)材料配合比重新設(shè)計(jì)等改進(jìn)措施，大大提高了材料在高速鐵路橋面防水層中的使用性能，能夠經(jīng)受住各種惡劣氣候條件的考驗(yàn)，具有良好質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及耐久性。表面涂料有關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 表面涂料有關(guān)參數(shù)

基層滲透維修材料粘度較低，具有較強(qiáng)的粘結(jié)力和較高的滲透性能，能夠經(jīng)受各種惡劣氣候條件的考驗(yàn)，具有良好的質(zhì)量條件及耐久性?；鶎訚B透維修材料有關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 基層滲透維修材料有關(guān)參數(shù)

嵌縫處理維修材料是一種伸縮縫填充材料，能夠有效的與混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起，同時(shí)具有較好的堵水性能，能夠經(jīng)受各種惡劣氣候條件的考驗(yàn)，具有良好的質(zhì)量條件及耐久性。嵌縫處理維修材料有關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3 嵌縫處理維修材料有關(guān)參數(shù)

4.2 施工流程

具體工藝：病害調(diào)查→基面清理→嵌縫修復(fù)→底漆涂裝→基層滲透→面漆涂裝。

1)基面清理：

對(duì)缺陷的砂漿保護(hù)層材料進(jìn)行鑿除，應(yīng)將砂漿保護(hù)層的病害部分徹底清除掉，鑿除后應(yīng)將混凝土基面露出。對(duì)不易鑿除的砂漿保護(hù)層部分，可采用角磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行打磨消除。清除完成后，使用鋼絲刷、砂紙、抹布等清除砂漿保護(hù)層表面的顆粒物。將砂漿保護(hù)層表面的夾渣、粉末以及其他松散雜物清理干凈。

2)嵌縫修復(fù)：

首先將失效的嵌縫材料清除掉，將伸縮縫內(nèi)的顆粒物清除，然后在縫兩端粘貼膠帶防止污染，最后灌注嵌縫材料。

3)底漆涂裝：

主要以噴涂方式為主，并以刷涂方式相配合。在經(jīng)修補(bǔ)后的基面干燥、清潔后方可進(jìn)行底涂施工，噴涂或刷涂時(shí)應(yīng)保證底層涂料能夠充分潤(rùn)濕基面并完成滲透。

4)基層滲透：

以滾涂方式為主，并輔以刮涂方式。當(dāng)用于平整基面的環(huán)氧砂漿膩?zhàn)油耆袒蠓娇蛇M(jìn)行該道工序施工；涂裝工作需滿涂，厚度均勻，無漏涂。

5)面漆涂裝：

面漆涂裝以滾涂方式為主，刷涂方式為輔。在底面涂料完全干燥、厚度均勻無氣泡后，方可進(jìn)行下一層涂裝。在有效時(shí)間內(nèi)完成施工并保證配合比正確和攪拌均勻是保證工序質(zhì)量的關(guān)鍵。

6)檢查：

面漆涂抹完成并干燥后應(yīng)檢查面漆表面是否起泡，厚度是否一致，有無坑槽、色澤是否均勻。

整修前后對(duì)比見圖1。

5 結(jié)語

目前我國(guó)的高速鐵路正處于高速發(fā)展期，采用鋪裝卷材加鋪纖維砂漿保護(hù)層是高速鐵路橋面的主要防水方式。但由于高鐵列車運(yùn)行速度快，產(chǎn)生強(qiáng)大的列車風(fēng)作用，不但加速橋面防水層的破壞，影響橋梁強(qiáng)度及耐久性，破碎砂漿塊或防水涂料薄層被刮上線路將影響高速列車行車安全。采用分層涂裝的方式加強(qiáng)橋面防水層保護(hù)層表面的整體性，同時(shí)防止橋面積水及雨水滲透，能夠較好的保證橋梁的強(qiáng)度及耐久性，也能夠防止形成混凝土殘塊刮入線路導(dǎo)致安全隱患的發(fā)生。