基于檢測(cè)數(shù)據(jù)分析的橋面排水系統(tǒng)優(yōu)化方法研究

姬兵亮

（山西交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心（有限公司），山西 太原 030006）

1 研究背景

橋面排水系統(tǒng)是橋梁重要的附屬設(shè)施，是橋梁的重要組成部分，然而在橋梁運(yùn)營(yíng)中，由于設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)的不到位，橋梁排水設(shè)施造成的橋梁病害較多，排水不暢導(dǎo)致橋面積水、滲水、漏水等影響橋梁的耐久性、運(yùn)營(yíng)安全甚至威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全。因此，通過(guò)對(duì)運(yùn)營(yíng)橋梁橋面排水設(shè)施檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，找出排水系統(tǒng)病害原因，探討在橋梁排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)方面應(yīng)采取的優(yōu)化方法和措施。

2 橋梁排水設(shè)施問(wèn)題造成橋梁病害主要形式

在公路橋梁的外觀檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)由于橋梁橋面排水設(shè)施出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致橋梁的病害很多，如泄水孔堵塞或排水不暢會(huì)導(dǎo)致橋面局部積水，降低車(chē)輛摩擦力，影響車(chē)輛安全通行；而積水、滲漏水造成的病害則更為普遍和影響深遠(yuǎn)，會(huì)對(duì)橋梁的外觀、耐久性及結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期的安全性造成十分嚴(yán)重的影響。橋梁檢測(cè)發(fā)現(xiàn)由積水、滲漏水造成的橋梁病害主要有：

a）橋面積水不但會(huì)影響行車(chē)安全和通行效率，也會(huì)導(dǎo)致混凝土鋪裝和瀝青鋪裝層長(zhǎng)期受浸泡，強(qiáng)度降低，長(zhǎng)期作用出現(xiàn)剝落坑槽。

b）預(yù)制空心板梁普遍存在鉸縫處滲漏水的現(xiàn)象，且兩側(cè)邊梁處鉸縫滲水更為嚴(yán)重，并且滲水嚴(yán)重侵蝕空心板梁，見(jiàn)圖1 所示。

圖1 空心板橋鉸縫滲水、腐蝕

c）整體式、空心板橋板邊外側(cè)往往受侵蝕比較嚴(yán)重，局部剝落露筋。

d）邊梁泄水孔附近局部受滲水侵蝕，剝落、鋼筋銹蝕，見(jiàn)圖2 所示。

圖2 泄水孔滲水造成梁腹板腐蝕剝落

e）橋梁伸縮縫處蓋梁、橋臺(tái)、橋墩和錐坡受滲水及流水侵蝕。

橋面來(lái)水污濁，內(nèi)含各種污染物且冬季雪后除冰鹽會(huì)帶來(lái)較大腐蝕性，滲漏水問(wèn)題將極大地影響橋梁的耐久性和使用壽命。

3 橋梁排水系統(tǒng)問(wèn)題主要原因分析[1]

3.1 排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理

作為附屬設(shè)施，公路橋梁橋面防排水設(shè)計(jì)一直得不到足夠的重視，導(dǎo)致很多橋梁防排水設(shè)計(jì)存在諸多問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面。

3.1.1 排水能力不足

設(shè)計(jì)時(shí)僅按照標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)，沒(méi)有詳細(xì)考慮路線(xiàn)橫坡、縱坡、橋面寬度、橋址處降雨量信息等；沒(méi)有綜合考慮設(shè)置泄水管的位置、數(shù)量、管徑、型式、排水方式等；泄水孔或雨水口管徑過(guò)小、數(shù)量不夠或間距過(guò)大是造成大部分橋梁橋面積水的主要原因。再加上橋面上污染物的堵塞，導(dǎo)致橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中橋梁排水能力不足，雨水長(zhǎng)期滯留或者飄灑、漫流等，造成局部構(gòu)件或防護(hù)設(shè)施受雨水侵蝕和沖刷，雨水長(zhǎng)期滯留排水緩慢造成橋面板滲水。如運(yùn)城夏縣某橋梁橋面寬16 m，泄水管管徑設(shè)計(jì)僅為4 cm，且為橫排，泄水管貫穿1.5 m 寬的人行道，造成泄水管排水能力不足、堵塞和排水不暢，泄水管形同虛設(shè)，橋面人行道邊雨后長(zhǎng)時(shí)間積水。

3.1.2 排水孔位置設(shè)置不合理

很多公路橋梁的泄水孔布置時(shí)沒(méi)有根據(jù)橋梁實(shí)際設(shè)計(jì)，僅按照標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)固定間距。在現(xiàn)實(shí)中存在很多不合理的地方，如很多橋梁上跨公路及其他設(shè)施，在此上方設(shè)置泄水孔會(huì)嚴(yán)重影響橋下行車(chē)安全和設(shè)施安全，山西省最為典型的不利影響為雨水沖刷和冬季冰掛，因此上跨公路及其他設(shè)施時(shí)，在影響區(qū)段內(nèi)不應(yīng)設(shè)置直排泄水孔；再如山西省很多橋梁位于土質(zhì)（黃土、粉土）陡邊坡上，這類(lèi)邊坡抗沖刷能力低，位于陡邊坡上橋梁泄水孔雨水散排極易造成護(hù)坡、樁基嚴(yán)重沖刷，影響橋梁安全，見(jiàn)圖3 所示，因此，位于土質(zhì)且為坡度較大區(qū)段的橋面排水應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，采用集中排水結(jié)合橋下防排水工程綜合防治。

圖3 由于泄水孔泄水導(dǎo)致的橋梁地基沖刷、基礎(chǔ)沖刷、掏空

3.1.3 排水設(shè)施排水方式設(shè)置不合理

目前橋面排水設(shè)施排水方式應(yīng)根據(jù)橋梁實(shí)際情況靈活選用，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，部分橋梁由于選用了不合理的排水方式，導(dǎo)致泄水管失效，排水不暢。

這其中最為典型的就是設(shè)置人行道的橋梁，采取橫向排水方式，橫管長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，排水能力弱，極易堵塞失效，導(dǎo)致泄水管不能順利排水，形同虛設(shè)。

3.1.4 泄水管型式設(shè)置不合理

設(shè)計(jì)單位往往不對(duì)泄水管專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，僅按照標(biāo)準(zhǔn)圖選擇。許多泄水管型式不合理，如尺寸不足、伸出梁底過(guò)短（圖4），造成雨水漫流梁體；收水口高于梁頂?shù)?，?dǎo)致瀝青面層層間水不能排除，雨水集聚，長(zhǎng)時(shí)間造成面層水損。

圖4 橋梁泄水管過(guò)短

圖5 收水口高于梁頂，不能排除層間水

3.2 泄水管施工缺陷

作為附屬設(shè)施和橋梁工程的收尾階段，泄水管的安裝得不到各方重視，導(dǎo)致泄水管在施工中存在很多缺陷，導(dǎo)致泄水管排水不暢、散排或者無(wú)法排水，導(dǎo)致橋梁滲漏水。

施工中泄水管存在主要問(wèn)題有：

a）遺漏、設(shè)置過(guò)短。個(gè)別橋梁施工中甚至遺漏了泄水管的安裝，而部分伸出梁體不夠等均導(dǎo)致雨水順泄水孔直接排至梁體，順梁而下排至橋下，最終導(dǎo)致梁體腐蝕。

b）泄水孔預(yù)留位置和尺寸不準(zhǔn)確，安裝時(shí)暴力安裝導(dǎo)致主梁泄水孔周邊破損、漏筋、不密貼，后期滲水腐蝕，見(jiàn)圖6。

圖6 泄水管周邊破損、過(guò)短

c）收水口過(guò)高，導(dǎo)致瀝青層內(nèi)的積水無(wú)法排出，長(zhǎng)久會(huì)導(dǎo)致瀝青層過(guò)早損壞和橋梁滲漏水，見(jiàn)圖7所示。

圖7 泄水管收水口安裝過(guò)高

3.3 管理養(yǎng)護(hù)缺失

橋梁管理養(yǎng)護(hù)不當(dāng)也是造成橋梁滲漏水的原因之一，如路面損壞坑槽等造成橋面局部積水，積水不能及時(shí)排出造成滲漏水，泄水管堵塞、銹蝕損壞等長(zhǎng)期得不到修復(fù)也會(huì)造成橋梁滲漏水。

4 橋梁排水系統(tǒng)優(yōu)化方法及措施[2]

4.1 確保橋梁充足的排水能力

根據(jù)橋梁寬度、縱橫坡坡度、排水型式等綜合計(jì)算確定泄水孔孔徑及間距并留有冗余，確保橋梁有足夠的排水能力，不至于由于橋面排水能力不足而導(dǎo)致橋面積水，同時(shí)橋面橫坡建議不低于1%，宜為2%。同時(shí)為便于疏通和不易于堵塞，建議泄水管內(nèi)徑不低于10 cm。

4.2 根據(jù)橋梁實(shí)際確定排水設(shè)施位置

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)及檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)泄水孔存在的問(wèn)題，總結(jié)如下：

a）橋梁上跨公路及其他設(shè)施時(shí)，在影響區(qū)段內(nèi)不應(yīng)設(shè)置泄水孔，而北方地區(qū)冬季寒冷結(jié)冰，集中排水方式極易于損壞，應(yīng)慎重考慮選擇，如選擇則應(yīng)保證其可靠性。

b）位于土質(zhì)且為坡度較大區(qū)段的不宜設(shè)置泄水孔直排，建議采用集中排水（易于損壞）或者明溝排水。

c）預(yù)應(yīng)力錨固塊（目前主要針對(duì)T 梁）周?chē)? m范圍內(nèi)不應(yīng)設(shè)置泄水孔（為避免滲水后腐蝕預(yù)應(yīng)力錨固塊影響結(jié)構(gòu)安全）。

4.3 合理選取排水方式

目前橋面排水設(shè)施排水方式可以總結(jié)歸類(lèi)為橫向排水、斜向排水、豎向排水、集中排水、盲溝排水、明溝排水、綜排系統(tǒng)這幾種，應(yīng)根據(jù)橋梁實(shí)際情況靈活選用。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，對(duì)常見(jiàn)橋梁推薦排水方式如下。

4.3.1 空心板橋

目前空心板橋常見(jiàn)的排水方式主要為橫向排水和豎向排水兩種，在應(yīng)用中橫向排水效果不理想，尤其對(duì)有人行道的橋梁，其橫管往往被堵塞，排水能力受限。在調(diào)研的部分橋梁中采用豎向排水，通過(guò)加寬相應(yīng)位置的絞縫寬度，排水管道預(yù)埋于絞縫內(nèi)，檢查發(fā)現(xiàn)應(yīng)用效果良好，排水管基本無(wú)堵塞，絞縫滲水程度輕微。應(yīng)用效果見(jiàn)圖8 所示。因此，對(duì)存在帶人行道的空心板橋通過(guò)在絞縫內(nèi)安裝直排泄水管是可行且應(yīng)用效果理想的排水方式。但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，泄水管伸出主梁宜不低于10 cm。

圖8 空心板橋采用直排式泄水管實(shí)例

對(duì)于采用防撞墻的空心板橋，由于絞縫位置不合理、空心板伸出翼緣板程度不夠或無(wú)翼緣板，因此不能采用直排泄水管型式，建議采用橫排或斜排型式（均埋入防撞墻內(nèi)），而在應(yīng)用中，斜排應(yīng)用效果較好，建議優(yōu)先采用，見(jiàn)圖9 所示。

圖9 斜向泄水管應(yīng)用實(shí)例

4.3.2 T 梁橋及箱型梁橋

T 梁橋及箱型梁橋均存在較長(zhǎng)的翼緣板，這類(lèi)橋梁泄水孔一般采用豎向型式，如果安裝合適的話(huà)應(yīng)用效果較好，但由于風(fēng)力等原因仍會(huì)在泄水過(guò)程中飄灑主梁，近年來(lái)在此基礎(chǔ)上發(fā)展了豎彎型排水管（鐵路目前主要應(yīng)用），可以將雨水排至遠(yuǎn)離主梁的橋外，避免了雨水飄灑。豎向直泄水管及彎泄水管設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖10 所示。

圖10 彎泄水管及應(yīng)用實(shí)例

4.4 泄水管型式的優(yōu)化

許多泄水管型式不合理，如尺寸不足、伸出梁底過(guò)短、收水口高于梁頂?shù)?。因此設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)泄水管或選用泄水管時(shí)應(yīng)根據(jù)橋梁自身構(gòu)造尺寸特點(diǎn)選取或設(shè)計(jì)合適的泄水管型式。

主要考慮因素有：

a）確保足夠的長(zhǎng)度，伸出梁體根據(jù)經(jīng)驗(yàn)宜不低于10 cm。

b）合理的內(nèi)徑，不低于10 cm。

c）收水口高出梁頂混凝土部分應(yīng)預(yù)留排水孔道，保證瀝青層內(nèi)積水能排出橋面?；蛘咝顾资账谥苯宇A(yù)埋于混凝土調(diào)平層，比調(diào)平層略低1 cm 左右，如圖11。

圖11 泄水孔收水口直接預(yù)埋于混凝土調(diào)平層

d）為避免泄水飄灑主梁，出水口宜采用彎頭，設(shè)置外撇角，將水外排。

e）設(shè)計(jì)圖紙上應(yīng)嚴(yán)格明確泄水管安裝程序，應(yīng)在調(diào)平層混凝土澆筑時(shí)預(yù)先安裝，調(diào)平層施工時(shí)將泄水管澆筑其間，避免泄水管后裝周邊出現(xiàn)空隙而發(fā)生滲水現(xiàn)象。

4.5 排水盲溝、明溝及綜排系統(tǒng)的應(yīng)用

在橋梁排水系統(tǒng)中推行排水盲溝工藝，在護(hù)欄底座（或防撞墻）內(nèi)側(cè)邊緣位置設(shè)置碎石盲溝。瀝青混凝土橋面鋪裝一般分兩層攤鋪，下面層與護(hù)欄底座相接處設(shè)置寬度為10～15 cm，高度與下面層同厚的碎石盲溝，碎石粒徑為0.5～2 cm，用土工布包覆，并與泄水管相連接，形成完善的排水系統(tǒng)。這樣可高效地排出瀝青混凝土橋面的表面水和滲透水，有效減少橋面積水，避免橋梁滲漏水，山西省多條高速公路橋梁采用排水盲溝，運(yùn)用良好。

由于橋下存在公路及其他設(shè)施無(wú)法采用直排，且不便于設(shè)置管道集中排水系統(tǒng)的橋梁可設(shè)置橋面排水明溝，在橋梁護(hù)欄邊緣設(shè)置寬25 cm 左右，深10 cm 左右的排水明溝并做好防水措施，將橋面積水引至固定地點(diǎn)排出。山西省目前在風(fēng)陵渡黃河大橋（2010 年橋梁加固改造時(shí)實(shí)施）上應(yīng)用了橋面明溝排水，應(yīng)用效果良好，圖12 所示。

圖12 橋梁排水明溝示意

也可專(zhuān)門(mén)設(shè)置綜排系統(tǒng)，如運(yùn)城市運(yùn)寶黃河大橋設(shè)計(jì)了綜合排水系統(tǒng)，通過(guò)泄水管將水排至橋梁翼板下懸吊的大口徑HDPE 雙壁波紋排水管，利用橋梁縱坡將橋面積水引排至固定地點(diǎn)處理排放，成本較高，應(yīng)用效果良好，在環(huán)境敏感地帶應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出。

4.6 確保排水設(shè)施安裝質(zhì)量

如前所述，為避免泄水管在運(yùn)營(yíng)后滲水，主梁預(yù)制施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置預(yù)留泄水孔孔洞，并應(yīng)考慮施工誤差，避免預(yù)留位置和尺寸錯(cuò)誤導(dǎo)致后期泄水管安裝不上的情況發(fā)生；泄水管應(yīng)在調(diào)平層混凝土施工前安裝，在調(diào)平層施工時(shí)將泄水管澆筑期間，收水口周邊修整為斜面，收水口應(yīng)低于調(diào)平層1 cm 左右，注意在瀝青層施工時(shí)提前安裝濾水篦子；后安裝泄水管為避免滲漏水現(xiàn)象，建議人工鑿毛預(yù)留泄水孔空洞后用防水高強(qiáng)砂漿安裝泄水管，同樣應(yīng)保證收水口低于混凝土層。