橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除技術(shù)研究

陳榮剛　楊益?zhèn)悺⊥跽窈?/p>

摘要 基于傳統(tǒng)橋面排水處理技術(shù)，提出了橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除技術(shù)，通過(guò)在橋梁伸縮縫處不透水的混凝土層與透水瀝青混凝土鋪裝層之間底部，沿橫橋向埋設(shè)一條底部開(kāi)設(shè)毛細(xì)孔、單側(cè)壁間隔開(kāi)設(shè)長(zhǎng)圓排水孔的特制排水花管，將層間積水引流至排水花管內(nèi)而順利排出，有效解決橋面瀝青混凝土伸縮縫處積水問(wèn)題，并將該項(xiàng)技術(shù)成功地應(yīng)用于平潭金井灣大橋中，證明了該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性，可為后續(xù)類(lèi)似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞 橋面排水；層間積水；伸縮縫；毛細(xì)孔；排水花管

中圖分類(lèi)號(hào) TU488文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）24-0082-04

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)為滿(mǎn)足縱向伸縮變形的需求，通常在兩梁端之間、梁端與橋臺(tái)之間設(shè)置伸縮縫[1]，常用的型鋼類(lèi)伸縮縫裝置在與橋面預(yù)埋件固定后，較多采用力學(xué)性能優(yōu)異的普通鋼纖維混凝土進(jìn)行回填，保證兩者共同工作時(shí)連接的有效性，且內(nèi)部鋼質(zhì)連接件不易銹蝕，延長(zhǎng)伸縮縫的使用壽命[2-3]。然而，雨水受橋面縱坡的影響會(huì)持續(xù)匯聚到伸縮縫裝置處且被不透水的普通鋼纖維混凝土所阻擋，使得伸縮縫處透水的瀝青混凝土鋪裝層長(zhǎng)期浸泡在積水中，在汽車(chē)車(chē)輪壓力、沖擊荷載和溫度荷載等作用下，瀝青混凝土材料性能快速退化，出現(xiàn)鋪裝層開(kāi)裂、局部破損乃至結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象，在寒冷的北方還會(huì)出現(xiàn)凍融破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響橋面的行車(chē)安全與舒適度，大幅降低了橋面瀝青鋪裝層的使用壽命[4-5]。

基于此問(wèn)題，較多學(xué)者進(jìn)行研究并提出了具有一定效果的改進(jìn)措施，包括改善瀝青混凝土特性，提高壓實(shí)度，控制鋪裝的密實(shí)性[6-7]；調(diào)整改變橋面泄水孔上口設(shè)計(jì)高度[8]；在鋪裝層橫坡下側(cè)邊部設(shè)置縱向溝槽并連通泄水孔，以碎石填平，形成盲溝，加快橫橋向排水效率等[9]。上述方式可以部分改善伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層積水問(wèn)題，但并不能徹底解決，尤其對(duì)于橋面較寬且縱向坡度較大的橋梁。為此，該文在傳統(tǒng)橋面排水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了一種橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除技術(shù)，并依托項(xiàng)目試驗(yàn)進(jìn)行了效果論證。結(jié)果表明該技術(shù)對(duì)解決伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水問(wèn)題，改善使用環(huán)境，延緩瀝青混凝土性能的退化，提高行車(chē)安全舒適性和延長(zhǎng)橋梁服役周期效果顯著，具有較大的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

福建省平潭縣金井灣片區(qū)金井灣大橋主線(xiàn)第一聯(lián)為3×40 m現(xiàn)澆箱梁橋，單幅橋?qū)?2.65 m，橋面縱坡為3%，橫坡為2.5%，主梁采用C50混凝土，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為9 cm中面層瀝青混凝土（含3 cm調(diào)平層）+4 cm上面層瀝青混凝土，橋臺(tái)處采用模數(shù)式型鋼伸縮縫與北岸路基進(jìn)行銜接，伸縮縫處以C50鋼纖維混凝土進(jìn)行填充固定。

該橋橋臺(tái)伸縮縫處因受橋面縱坡的影響，雨后較多的水匯集到伸縮縫處，其中鋪裝面層積水會(huì)沿橫坡很快流入下側(cè)邊部的排水孔而排走，但是因沿橫向設(shè)置的型鋼伸縮縫及其填充固定的C50鋼纖維混凝土與橋面鋪裝的瀝青混凝土透水性能存在較大的差異，使得此銜接處滲透至瀝青混凝土內(nèi)的層間積水難以排出，如圖1所示。因積水長(zhǎng)期存在，經(jīng)車(chē)輛荷載長(zhǎng)期反復(fù)沖擊、碾壓，以及環(huán)境溫濕度變化等影響，該處瀝青路面已局部出現(xiàn)松散、剝落、擁包等病害。

2 橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除方法

橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水的排除，主要是通過(guò)在伸縮縫處不透水鋼纖維混凝土層與透水瀝青混凝土鋪裝層之間的底部沿橫橋向埋設(shè)一條開(kāi)設(shè)有孔洞的特制空心薄壁不銹鋼管，簡(jiǎn)稱(chēng)排水花管，如圖2～3所示。將此處瀝青混凝土鋪裝層間積水引流至排水花管內(nèi)而順利排出，從而快速有效地解決此處橋面積水問(wèn)題。

排水花管的底部厚管壁處開(kāi)設(shè)毛細(xì)孔，孔徑很小，當(dāng)橋面雨水滲透至瀝青鋪裝層底部形成積水，積水作為浸潤(rùn)液體在毛細(xì)孔中的液面呈凹形狀且趨于扁平。對(duì)液面下方的積水施加拉力（即毛細(xì)作用力），能使積水沿著管壁上升（即毛細(xì)現(xiàn)象），順利引流至底部薄管壁排水凹槽；排水花管貼緊瀝青混凝土層的側(cè)面，間隔開(kāi)設(shè)長(zhǎng)圓排水孔，可快速將層間大量積水從側(cè)方排水孔直接引入排水凹槽，提高排水效率。

排水花管側(cè)方長(zhǎng)圓排水孔尺寸適中，并在其上部與底部通過(guò)熱瀝青麻繩封縫以免被瀝青混凝土骨料堵塞。此外，因鋪裝層整體厚度較小，埋設(shè)排水花管對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)整體性存在削弱，所以排水花管自身應(yīng)能承壓，并回填高性能混凝土，保證處理后的結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的整體性和耐久性。

3 施工工藝

橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除施工時(shí)，需根據(jù)實(shí)際工程量的大小在鋼結(jié)構(gòu)精細(xì)加工廠內(nèi)定制特定排水花管，在伸縮縫處開(kāi)槽過(guò)程中需對(duì)瀝青混凝土層切割整齊、順直，切縫深度適宜，對(duì)槽底橫坡準(zhǔn)確調(diào)整后打磨平整；埋設(shè)排水花管后底部和側(cè)上方（貼近瀝青混凝土層）采用熱瀝青麻繩封縫盡可能飽滿(mǎn)密實(shí)，防止砂石進(jìn)入后堵塞排水孔洞；最后回填的高性能混凝土應(yīng)振搗密實(shí)精心養(yǎng)護(hù)，保證其與排水花管能共同均勻地承受外界荷載且與瀝青鋪裝層貼合緊密。

橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水的排除施工流程為：封閉交通→測(cè)量放線(xiàn)→溝槽切割、鑿除、打磨平整→溝槽清洗、干燥→排水花管制作與安裝→熱瀝青麻繩封縫→高性能混凝土拌和、澆筑、養(yǎng)護(hù)→開(kāi)放交通。主要的流程如圖4所示。

3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)實(shí)際工程量提前準(zhǔn)備好相應(yīng)的材料、機(jī)械設(shè)備以及進(jìn)行施工人員的合理安排。

（1）按照設(shè)計(jì)圖紙定制相應(yīng)長(zhǎng)度的排水花管。

（2）準(zhǔn)備適量的封縫用麻繩、瀝青，回填所需的高性能混凝土原材料，防止污染路面的帆布、塑料布、膠帶，養(yǎng)護(hù)用的土工布、水等材料，并整理出材料清單。

（3）配備齊全現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程所需的機(jī)械設(shè)備，如切割機(jī)、空壓機(jī)、風(fēng)鎬、打磨機(jī)、發(fā)電機(jī)等。

在開(kāi)始施工前，按照交通相關(guān)法規(guī)及程序進(jìn)行交通管制報(bào)批申請(qǐng)，對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)和相關(guān)技術(shù)交底，建立管理制度。

3.2 封閉交通、測(cè)量放線(xiàn)

按照相關(guān)交通規(guī)則在施工處放置交通導(dǎo)向、封閉路障及警示牌等。對(duì)靠近伸縮縫不透水的混凝土處存有積水的瀝青鋪裝層進(jìn)行切割槽放線(xiàn)，確定開(kāi)槽寬度，準(zhǔn)確放樣。

3.3 溝槽切割、沖洗、干燥

（1）利用切割機(jī)對(duì)已測(cè)量放樣的溝槽進(jìn)行切割，切割縫應(yīng)順直，切割線(xiàn)以外的瀝青混凝土路面，必須仔細(xì)用塑料布覆蓋并用膠帶紙封好，以防切割縫時(shí)產(chǎn)生的石粉污染路面。

（2）瀝青混凝土層切割縫應(yīng)該整齊、順直，切割深度適度，避免開(kāi)槽時(shí)引起縫外瀝青混凝土松動(dòng)且不損傷橋面防水層。

（3）利用風(fēng)鎬進(jìn)行開(kāi)槽，開(kāi)槽時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)切割縫未切割透現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行再次割槽，不能擾動(dòng)切割線(xiàn)外瀝青混凝土，造成切割線(xiàn)外瀝青混凝土松動(dòng)。

（4）開(kāi)槽結(jié)束后，嚴(yán)禁施工人員踩踏溝槽兩側(cè)邊緣，以免造成兩側(cè)瀝青混凝土松動(dòng)。使用風(fēng)鎬、鐵鏟等小型機(jī)械將槽內(nèi)瀝青混凝土、松動(dòng)的水泥混凝土鑿除干凈。

（5）進(jìn)行槽底橫坡放樣，通過(guò)設(shè)置一定的橫坡確保收集至排水花管內(nèi)的積水可迅速排出。參照橫坡放樣，利用砂輪機(jī)進(jìn)行基槽底打磨平整并將兩端間隙縫內(nèi)的雜物清理干凈。

（6）使用鼓風(fēng)機(jī)對(duì)打磨平整的溝槽內(nèi)進(jìn)行吹掃，用高壓水槍進(jìn)行沖洗，最后再次使用鼓風(fēng)機(jī)吹掃，起到清潔及干燥的效果。

（7）開(kāi)槽后產(chǎn)生的所有棄料必須及時(shí)集中收集后予以處理，確保施工現(xiàn)場(chǎng)整潔。

3.4 排水花管安裝

（1）排水花管側(cè)壁長(zhǎng)圓孔（排水孔）貼緊切割后的瀝青側(cè)壁，沿橋梁橫向坡度設(shè)置，排水花管底部與橋面防水層貼緊，不能有起伏，若發(fā)現(xiàn)排水管高低起伏，應(yīng)將基槽底繼續(xù)打磨找平，保證排水花管沿橫坡順直。

（2）在靠近排水花管外側(cè)的橋面防水層間隔2 m開(kāi)設(shè)圓孔，用榔頭敲擊膨脹螺釘定位并擰緊螺絲以擠緊排水花管，底部用深入排水花管與橋面防水層間隙的瀝青膠固定。

3.5 熱瀝青麻繩封縫

（1）利用高溫水浴鍋（宜用80 ℃左右）進(jìn)行瀝青膠液熬制，待瀝青膠液呈黏稠狀態(tài)，將麻繩浸泡，攪拌麻繩，均勻浸泡5 min。

（2）取出熱瀝青麻繩，填塞在排水花管頂部外側(cè)與橋面防水層的縫隙處，塞緊且無(wú)縫隙。

3.6 高性能混凝土回填

回填材料的選擇不但需要具備較高的強(qiáng)度，而且需要具有與伸縮縫處普通混凝土、瀝青混凝土較好黏合性以及與排水花管共同承受復(fù)雜內(nèi)力的綜合性能，為此選擇摻鋼纖維的高性能混凝土，既能保證下部排水花管的受力合理性，又可以提高路面的抗裂、抗彎曲、耐沖擊和疲勞性能，還能改善伸縮縫路面的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命。

（1）配合比。配制摻入鋼纖維和碎石的C100高性能混凝土，主要由水泥、硅灰、鋼纖維、碎石、細(xì)砂、外加劑和水拌和而成。其中鋼纖維的纖維類(lèi)型包括平直形、波形、彎鉤形，抗拉強(qiáng)度不低于2 000 MPa，鋼纖維摻量不小于65 kg/m3；粗骨料選用粒徑不大于20 mm的碎石，碎石質(zhì)量摻入比為30%；水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；細(xì)集料為級(jí)配較好的細(xì)砂。

（2）攪拌。高性能混凝土的制備采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，采用先干后濕的拌和工藝。投料順序?yàn)椋捍旨稀摾w維→細(xì)集料→水泥、硅灰→水和外加劑，其中鋼纖維在拌和時(shí)分三次加入拌和機(jī)中，邊拌和邊加入鋼纖維，保證鋼纖維均勻分布。

（3）澆筑、振搗。現(xiàn)場(chǎng)采用人工澆筑，應(yīng)分層澆筑和振搗，排水花管周邊應(yīng)振搗到位，同時(shí)避免排水花管擾動(dòng)及鋼筋網(wǎng)片跑位，提高結(jié)構(gòu)的整體和致密性能，澆筑完成后對(duì)表面進(jìn)行抹平處理。

3.7 養(yǎng)護(hù)、開(kāi)放交通

混凝土施工完畢后，及時(shí)采用濕法養(yǎng)護(hù)，終凝后及時(shí)覆蓋土工布，并灑水養(yǎng)護(hù)，保持潮濕狀態(tài)，待強(qiáng)度合格后即可開(kāi)放交通。

4 應(yīng)用效果

采用橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除技術(shù)，對(duì)金井灣大橋主線(xiàn)第一聯(lián)現(xiàn)澆箱梁橋左半幅橫向?qū)挾燃s8.5 m的伸縮縫處瀝青鋪裝層間滲透積水問(wèn)題進(jìn)行處理。3名施工技術(shù)人員在0.5 d內(nèi)處理完成，養(yǎng)護(hù)24 h后開(kāi)放交通，雨后左幅橋經(jīng)排水處理和未經(jīng)處理的效果如圖5所示。后續(xù)經(jīng)歷了不同季節(jié)的多次暴雨、臺(tái)風(fēng)，已處理的半幅未再次出現(xiàn)伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層滲透積水的現(xiàn)象，同時(shí)也減少了未處理半幅的積水，提高了行車(chē)安全舒適性和橋梁服務(wù)質(zhì)量，取得了良好應(yīng)用效果。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）該文基于傳統(tǒng)橋面排水處理技術(shù)，提出了橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除技術(shù)，通過(guò)在橋梁伸縮縫處不透水的鋼纖維混凝土層與透水瀝青混凝土鋪裝層之間底部沿橫橋向埋設(shè)一條特制排水花管，將層間積水引流至排水花管內(nèi)而順利排出，可有效解決橋面瀝青混凝土伸縮縫處積水問(wèn)題。

（2）排水花管為開(kāi)孔洞的空心薄壁鋼管，其底部厚管壁處開(kāi)設(shè)毛細(xì)孔，單側(cè)壁間隔開(kāi)設(shè)長(zhǎng)圓排水孔，以熱瀝青麻繩封縫的方式避免孔洞的堵塞，可快速將底部及層間大量積水引入花管內(nèi)的排水凹槽，提高排水效率，并且埋設(shè)排水花管后回填高性能混凝土，保證結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的整體性和耐久性。

（3）橋梁伸縮縫處瀝青混凝土鋪裝層間積水排除技術(shù)成功應(yīng)用于平潭金井灣大橋，取得了良好的應(yīng)用效果，證明了該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性，可為后續(xù)類(lèi)似工程提供借鑒。

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