桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除技术研究

2024-01-16陈荣刚杨益伦王振海

交通科技与管理 2023年24期

陈荣刚　杨益伦　王振海

摘要基于传统桥面排水处理技术，提出了桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除技术，通过在桥梁伸缩缝处不透水的混凝土层与透水沥青混凝土铺装层之间底部，沿横桥向埋设一条底部开设毛细孔、单侧壁间隔开设长圆排水孔的特制排水花管，将层间积水引流至排水花管内而顺利排出，有效解决桥面沥青混凝土伸缩缝处积水问题，并将该项技术成功地应用于平潭金井湾大桥中，证明了该项技术的实用性，可为后续类似工程提供借鉴。

关键词桥面排水；层间积水；伸缩缝；毛细孔；排水花管

中图分类号 TU488文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）24-0082-04

0 引言

桥梁结构为满足纵向伸缩变形的需求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间设置伸缩缝[1]，常用的型钢类伸缩缝装置在与桥面预埋件固定后，较多采用力学性能优异的普通钢纤维混凝土进行回填，保证两者共同工作时连接的有效性，且内部钢质连接件不易锈蚀，延长伸缩缝的使用寿命[2-3]。然而，雨水受桥面纵坡的影响会持续汇聚到伸缩缝装置处且被不透水的普通钢纤维混凝土所阻挡，使得伸缩缝处透水的沥青混凝土铺装层长期浸泡在积水中，在汽车车轮压力、冲击荷载和温度荷载等作用下，沥青混凝土材料性能快速退化，出现铺装层开裂、局部破损乃至结构破坏的现象，在寒冷的北方还会出现冻融破壞现象，严重影响桥面的行车安全与舒适度，大幅降低了桥面沥青铺装层的使用寿命[4-5]。

基于此问题，较多学者进行研究并提出了具有一定效果的改进措施，包括改善沥青混凝土特性，提高压实度，控制铺装的密实性[6-7]；调整改变桥面泄水孔上口设计高度[8]；在铺装层横坡下侧边部设置纵向沟槽并连通泄水孔，以碎石填平，形成盲沟，加快横桥向排水效率等[9]。上述方式可以部分改善伸缩缝处沥青混凝土铺装层积水问题，但并不能彻底解决，尤其对于桥面较宽且纵向坡度较大的桥梁。为此，该文在传统桥面排水处理技术的基础上，创造性地提出了一种桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除技术，并依托项目试验进行了效果论证。结果表明该技术对解决伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水问题，改善使用环境，延缓沥青混凝土性能的退化，提高行车安全舒适性和延长桥梁服役周期效果显著，具有较大的实用价值和经济效益。

1 工程概况

福建省平潭县金井湾片区金井湾大桥主线第一联为3×40 m现浇箱梁桥，单幅桥宽22.65 m，桥面纵坡为3%，横坡为2.5%，主梁采用C50混凝土，桥面铺装结构为9 cm中面层沥青混凝土（含3 cm调平层）+4 cm上面层沥青混凝土，桥台处采用模数式型钢伸缩缝与北岸路基进行衔接，伸缩缝处以C50钢纤维混凝土进行填充固定。

该桥桥台伸缩缝处因受桥面纵坡的影响，雨后较多的水汇集到伸缩缝处，其中铺装面层积水会沿横坡很快流入下侧边部的排水孔而排走，但是因沿横向设置的型钢伸缩缝及其填充固定的C50钢纤维混凝土与桥面铺装的沥青混凝土透水性能存在较大的差异，使得此衔接处渗透至沥青混凝土内的层间积水难以排出，如图1所示。因积水长期存在，经车辆荷载长期反复冲击、碾压，以及环境温湿度变化等影响，该处沥青路面已局部出现松散、剥落、拥包等病害。

2 桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除方法

桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水的排除，主要是通过在伸缩缝处不透水钢纤维混凝土层与透水沥青混凝土铺装层之间的底部沿横桥向埋设一条开设有孔洞的特制空心薄壁不锈钢管，简称排水花管，如图2～3所示。将此处沥青混凝土铺装层间积水引流至排水花管内而顺利排出，从而快速有效地解决此处桥面积水问题。

排水花管的底部厚管壁处开设毛细孔，孔径很小，当桥面雨水渗透至沥青铺装层底部形成积水，积水作为浸润液体在毛细孔中的液面呈凹形状且趋于扁平。对液面下方的积水施加拉力（即毛细作用力），能使积水沿着管壁上升（即毛细现象），顺利引流至底部薄管壁排水凹槽；排水花管贴紧沥青混凝土层的侧面，间隔开设长圆排水孔，可快速将层间大量积水从侧方排水孔直接引入排水凹槽，提高排水效率。

排水花管侧方长圆排水孔尺寸适中，并在其上部与底部通过热沥青麻绳封缝以免被沥青混凝土骨料堵塞。此外，因铺装层整体厚度较小，埋设排水花管对铺装结构整体性存在削弱，所以排水花管自身应能承压，并回填高性能混凝土，保证处理后的结构具备优异的整体性和耐久性。

3 施工工艺

桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除施工时，需根据实际工程量的大小在钢结构精细加工厂内定制特定排水花管，在伸缩缝处开槽过程中需对沥青混凝土层切割整齐、顺直，切缝深度适宜，对槽底横坡准确调整后打磨平整；埋设排水花管后底部和侧上方（贴近沥青混凝土层）采用热沥青麻绳封缝尽可能饱满密实，防止砂石进入后堵塞排水孔洞；最后回填的高性能混凝土应振捣密实精心养护，保证其与排水花管能共同均匀地承受外界荷载且与沥青铺装层贴合紧密。

桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水的排除施工流程为：封闭交通→测量放线→沟槽切割、凿除、打磨平整→沟槽清洗、干燥→排水花管制作与安装→热沥青麻绳封缝→高性能混凝土拌和、浇筑、养护→开放交通。主要的流程如图4所示。

3.1 施工准备

根据实际工程量提前准备好相应的材料、机械设备以及进行施工人员的合理安排。

（1）按照设计图纸定制相应长度的排水花管。

（2）准备适量的封缝用麻绳、沥青，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、胶带，养护用的土工布、水等材料，并整理出材料清单。

（3）配备齐全现场施工过程所需的机械设备，如切割机、空压机、风镐、打磨机、发电机等。

在开始施工前，按照交通相关法规及程序进行交通管制报批申请，对施工人员进行培训和相关技术交底，建立管理制度。

3.2 封闭交通、测量放线

按照相关交通规则在施工处放置交通导向、封闭路障及警示牌等。对靠近伸缩缝不透水的混凝土处存有积水的沥青铺装层进行切割槽放线，确定开槽宽度，准确放样。

3.3 沟槽切割、冲洗、干燥

（1）利用切割机对已测量放样的沟槽进行切割，切割缝应顺直，切割线以外的沥青混凝土路面，必须仔细用塑料布覆盖并用胶带纸封好，以防切割缝时产生的石粉污染路面。

（2）沥青混凝土层切割缝应该整齐、顺直，切割深度适度，避免开槽时引起缝外沥青混凝土松动且不损伤桥面防水层。

（3）利用风镐进行开槽，开槽时应缓慢进行，发现切割缝未切割透现象应进行再次割槽，不能扰动切割线外沥青混凝土，造成切割线外沥青混凝土松动。

（4）开槽结束后，严禁施工人员踩踏沟槽两侧边缘，以免造成两侧沥青混凝土松动。使用风镐、铁铲等小型机械将槽内沥青混凝土、松动的水泥混凝土凿除干净。

（5）进行槽底横坡放样，通过设置一定的横坡确保收集至排水花管内的积水可迅速排出。参照横坡放样，利用砂轮机进行基槽底打磨平整并将两端间隙缝内的杂物清理干净。

（6）使用鼓风机对打磨平整的沟槽内进行吹扫，用高压水枪进行冲洗，最后再次使用鼓风机吹扫，起到清洁及干燥的效果。

（7）开槽后产生的所有弃料必须及时集中收集后予以处理，确保施工现场整洁。

3.4 排水花管安装

（1）排水花管侧壁长圆孔（排水孔）贴紧切割后的沥青侧壁，沿桥梁横向坡度设置，排水花管底部与桥面防水层贴紧，不能有起伏，若发现排水管高低起伏，应将基槽底继续打磨找平，保证排水花管沿横坡顺直。

（2）在靠近排水花管外侧的桥面防水层间隔2 m开设圆孔，用榔头敲击膨胀螺钉定位并拧紧螺丝以挤紧排水花管，底部用深入排水花管与桥面防水层间隙的沥青胶固定。

3.5 热沥青麻绳封缝

（1）利用高温水浴锅（宜用80 ℃左右）进行沥青胶液熬制，待沥青胶液呈黏稠状态，将麻绳浸泡，搅拌麻绳，均匀浸泡5 min。

（2）取出热沥青麻绳，填塞在排水花管顶部外侧与桥面防水层的缝隙处，塞紧且无缝隙。

3.6 高性能混凝土回填

回填材料的选择不但需要具备较高的强度，而且需要具有与伸缩缝处普通混凝土、沥青混凝土较好黏合性以及与排水花管共同承受复杂内力的综合性能，为此选择掺钢纤维的高性能混凝土，既能保证下部排水花管的受力合理性，又可以提高路面的抗裂、抗弯曲、耐冲击和疲劳性能，还能改善伸缩缝路面的使用性能，延长使用寿命。

（1）配合比。配制掺入钢纤维和碎石的C100高性能混凝土，主要由水泥、硅灰、钢纤维、碎石、细砂、外加剂和水拌和而成。其中钢纤维的纤维类型包括平直形、波形、弯钩形，抗拉强度不低于2 000 MPa，钢纤维掺量不小于65 kg/m3；粗骨料选用粒径不大于20 mm的碎石，碎石质量掺入比为30%；水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；细集料为级配较好的细砂。

（2）搅拌。高性能混凝土的制备采用强制式搅拌机，采用先干后湿的拌和工艺。投料顺序为：粗集料→钢纤维→细集料→水泥、硅灰→水和外加剂，其中钢纤维在拌和时分三次加入拌和机中，边拌和边加入钢纤维，保证钢纤维均匀分布。

（3）浇筑、振捣。现场采用人工浇筑，应分层浇筑和振捣，排水花管周边应振捣到位，同时避免排水花管扰动及钢筋网片跑位，提高结构的整体和致密性能，浇筑完成后对表面进行抹平处理。

3.7 养护、开放交通

混凝土施工完毕后，及时采用湿法养护，终凝后及时覆盖土工布，并洒水养护，保持潮湿状态，待强度合格后即可开放交通。

4 应用效果

采用桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除技术，对金井湾大桥主线第一联现浇箱梁桥左半幅横向宽度约8.5 m的伸缩缝处沥青铺装层间渗透积水问题进行处理。3名施工技术人员在0.5 d内处理完成，养护24 h后开放交通，雨后左幅桥经排水处理和未经处理的效果如图5所示。后续经历了不同季节的多次暴雨、台风，已处理的半幅未再次出现伸缩缝处沥青混凝土铺装层渗透积水的现象，同时也减少了未处理半幅的积水，提高了行车安全舒适性和桥梁服务质量，取得了良好应用效果。

5 结语

（1）该文基于传统桥面排水处理技术，提出了桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除技术，通过在桥梁伸缩缝处不透水的钢纤维混凝土层与透水沥青混凝土铺装层之间底部沿横桥向埋设一条特制排水花管，将层间积水引流至排水花管内而顺利排出，可有效解决桥面沥青混凝土伸缩缝处积水问题。

（2）排水花管为开孔洞的空心薄壁钢管，其底部厚管壁处开设毛细孔，单侧壁间隔开设长圆排水孔，以热沥青麻绳封缝的方式避免孔洞的堵塞，可快速将底部及层间大量积水引入花管内的排水凹槽，提高排水效率，并且埋设排水花管后回填高性能混凝土，保证结构具备优异的整体性和耐久性。

（3）桥梁伸缩缝处沥青混凝土铺装层间积水排除技术成功应用于平潭金井湾大桥，取得了良好的应用效果，证明了该项技术的实用性，可為后续类似工程提供借鉴。

参考文献

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