公路桥梁设计中防水措施的探讨

杨永田 陈洪江

摘要 公路桥梁防水措施能够避免桥梁水损坏，延长桥梁使用年限。桥面防水设计作为公路桥梁防水工程的关键内容，工程建设中经常出现盲目选取防水材料、防水层布置不当等情况，造成桥面渗水情况严重，影响桥梁交通安全，而合理的桥面防水设计方案具有显著的社会经济意义。文章依托新疆某中型混凝土桥梁进行桥面防水优化设计，结合实际环境选取“热铺胶粉改性沥青+碎石”的桥面防水方案，并且对其防水效果进行了有效评价。文章所做研究能够为类似桥面防水工程提供参考。

关键词 桥面防水；
防水层；
胶粉改性沥青

中图分类号 U443.5文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0058-03

0 引言

公路桥梁使用周期相对较长，且长期暴露在复杂外界环境，在面临雨水浸泡、冲刷等情况时，容易出现桥梁结构腐蚀、损伤等问题，影响桥梁使用功能。桥梁防水措施多采取防排结合形式，由于桥面铺装直接与雨水接触，桥面防水是桥梁整体性防水体系的关键，对其进行防水措施研究至关重要。桥面防水设计需结合工程实际环境，合理选取防水材料、设计方法及施工工艺，避免桥梁出现积水、渗漏情况，以提升桥梁防水效果。

1 桥面防水常用措施

1.1 桥面防排水

桥面防排水主要遵循防排结合原则，桥面排水系统包括桥面纵横坡排水、泄水孔排水两部分。

桥面纵横坡排水主要是根据桥面类型设置坡度1%～2.5%范围之间的横向坡，雨水能够往侧边排放。当桥梁长度较长时，还需要设置一定的排水纵坡，避免车道积水。

桥面泄水孔排水需合理设置泄水孔的布置间距，泄水孔参数和桥梁纵坡、长度密切相关。桥梁长度不超过50 m且纵坡不小于2%时，则一般不设置泄水孔，但为避免桥梁引道位置路基受雨水冲刷，该处需设置泄水槽；
当桥梁长度超过50 m且纵坡大于2%时，泄水孔布置间距应控制在10～15 m；
纵坡小于2%时，泄水孔布置间距为5～8 m。泄水孔位置需要适当远离墩台、梁肋，管体也需要具备较大长度，避免出现雨水反流情况[1]。

混凝土桥梁铺装设计为沥青混凝土结构时，可在铺装顶层采取“4 cm土工布+0.5 cm碎石”形式，通过排水槽往外排放伸缩缝处积水；
桥台伸缩缝积水的排放，则需要在台帽位置构建排水槽，结构衔接至台身内部的排水管道，将积水排至地面。

混凝土结构自防水措施则可采取改善混凝土抗渗抗冻指标、桥墩柱根部散水构造、混凝土内部掺加阻锈剂等形式，同时也能够提升桥梁结构的使用耐久性。此外，桥面需设置防水层，采取合适的卷材、涂料等防水材料。

1.2 防水材料

1.2.1 防水卷材

防水卷材具备良好的抗变形能力，能够抵抗一定的振动、压力，韧性、抗渗能力、耐腐蚀性较好。目前应用最多的防水卷材主要包括再生胶油毡、氧化沥青卷材、SBS改性沥青防水卷材、APP改性沥青防水卷材等。防水卷材的防水功能主要依赖防水材料在桥面板上形成的防水薄膜实现，防水薄膜能够有效阻断桥梁混凝土、雨水之间的接触。防水卷材铺设过程中需要重点关注桥面基层、面层、防水层的位置及接触要求，这不仅影响防水效果，而且也会影响桥面铺装的稳定性、耐久性。桥面防水卷材除具备基本防水要求外，还需要具备复杂的外环境适应功能，如低温抗裂、高温抗软化、抗冲击能力、抗剪切能力、黏结强度等。

1.2.2 防水涂料

防水涂膜主要通过在桥面板上涂刷防水材料（固化后形成防水层）实现防水作用。现在桥面防水最为常用的工程防水涂料主要包括聚合物改性沥青、乳化沥青、复合涂料等。防水涂料具备整体性良好、不存在接缝等优点，但是受环境影响较大，冰雪天、雨天难以施工，且施工速率相对较慢。防水涂料能够有效防止雨水下渗桥面结构，阻断雨水对结构造成的腐蚀损伤过程；
将桥面板、沥青混凝土铺装层黏合为整体，达到结构联动效果，能够较好地分担行车荷载及相关变形；
采取弹性变形较大的防水材料则能够充当应力缓冲层，在温度变化幅度较大、行车荷载冲击复杂环境中，防水涂料能够吸收桥面铺装的部分内力。防水涂料防水作用受涂料厚度影响较大，施工阶段需要重点控制涂料具体用量，局部不应出现涂料涂刷过薄或者过厚等情况[2]。

卷材、涂料防水特性的对比，具体如表1所示：

1.2.3 胶粉改性沥青

胶粉改性沥青具备良好的高低温特性，在温度较低区域，该材料能够抵抗低温下的开裂，阻止水泥混凝土反射裂缝的形成。此外，胶粉改性沥青能够弱化行车噪声，吸收作用应力，减少桥面老化、开裂等情况，改善行车安全及路面使用寿命。相较于普通改性沥青，其施工成本并没有较大增加，且防水效果更为显著。胶粉改性沥青能够利用废弃橡胶，环境成本较为优越，在桥面防水应用中具有不可忽视的发展潜力。

2 工程概况

新疆某中型三跨桥梁设计起点位于城市道路K0+150处，该桥梁设计跨径3～20 m，主梁断面为箱梁设计，双向四车道。桥梁工程于2023年5月开工建设，桥面防水层施工于2023年9月；
依照防水分级标准，其桥面防水等级为Ⅰ级。桥梁建设场址属严寒地区，极端最高、最低气温分别为39.5 ℃、?30 ℃，桥面防水设计需要合理选取防水材料，材料性能包括与面层及桥面之间的黏结性能、抗损伤性能、抗高低温敏感性能和抗渗性能。通过项目单位室内试验，选取胶粉改性沥青作为防水材料。

3 防水设计方案

3.1 原方案

原桥面防水设计具体如下：主梁上桥面板先铺设8 cm厚的防水混凝土找平，内部设置单层钢筋网，找平层上设“4 cm中粒式沥青混凝土+4 cm细粒式沥青混凝土”。防水层类型为FYT-1，桥面横坡设计为1.5%，不考虑纵坡排水。该设计并没有充分考虑建设场址复杂的温度环境，容易造成后续桥面铺装开裂，急需进行方案优化。

3.2 优化方案

基于上述考虑，桥面防水设计优化方案如下：主梁上桥面板先铺设10 cm厚的混凝土作为找平层，上铺1.5 mm胶粉改性沥青，并撒布5～10 mm碎石（撒布率为70%），之后铺设“4 cm中粒式沥青混凝土+4 cm细粒式沥青混凝土”作铺装层[3]。胶粉改性沥青具备较好的低温抗裂性及高温稳定性，更适用于温度变化幅度较大区域的桥面防水中，且采取废弃橡胶作为原材料，社会效益明显。胶粉沥青撒布完成后，则需要及时撒布碎石，以增大防水层和上覆铺装层之间的黏结水平，改善结构整体性，提高结构抗剪强度，避免结构在外界荷载作用下出现损伤破坏。胶粉改性沥青及碎石施工可采取人工/机械撒布两种形式，施工前需要清除桥面浮浆，保持整洁干燥。防水层施工完成后，则需要进行胶轮压路机碾压工作。桥面铺装结构由上至下为：桥面铺装层、防水层、混凝土桥面。结构示意图如图1所示：

4 试验应用分析

4.1 材料性能

防水层施工后需要确保在设计使用年限内不出现渗水情况，面层经碾压后无破损，与上下层结构的黏结性能高，能够抵抗桥面裂缝扩展。项目针对胶粉改性沥青进行室内材料实验，其相关特性如表2所示[4]：

4.2 工程实施

4.2.1 施工控制

桥面防水施工按以下流程开展：桥面处理、防水层材料准备、防水层施工、防水层质量检验。防水层施工中需要重点控制以下方面：混凝土桥面洒布胶粉改性沥青防水材料前，需要凿除厚度为3～5 mm的混凝土表面浮浆，应至少露出内部的混凝土骨料（骨料露出面积占全部面积的45%以上）[5]。凿除浮浆之后，需要采取鼓风设备清除桥面石屑、灰尘等杂质，确保桥面干净整洁；
浮浆凿除过程中，需要做好安全防护工作，避免粉尘影响施工操作人员身体健康。浮浆凿除工序的质量需要经项目部进行现场验收，确认合格后才能进行下一步工作。

桥面清洗并干燥后，则可以洒布防水材料，胶粉改性沥青可采取人工或洒布设备进行撒布。撒布温度需要控制在175 ℃以上，现场撒布量则控制在1～1.5 kg/m2；
为避免桥面沥青洒布污染，需要在洒布起点、终点位置布设条布；
沥青洒布量需要经现场自检，监理人员则要对该工序进行认真检测；
胶粉改性沥青洒布完成后，需要立即撒布粒径为5～10 mm的碎石，控制撒布率在70%以上；
碎石需要保持洁净、干燥，针片状含量不得超过10%，碎石集料撒布温度不小于145 ℃。大范围撒布碎石之前，需要开展试验确定相关参数，如撒布车行进速度、单位碎石流量等。防水层撒布结束之后，则需要利用胶轮压路机碾压，碾压遍数为1～2遍，保持压路机行驶速度均匀、不得掉头，碾压中不需要喷水[6]。

防水层施工完成后需要进行养护，养护时间不得小于12 h，且路段通行后车辆车速不得超过10 km/h，路段禁止掉头、刹车，施工路段尽量避免重物堆积，以确保防水层结构的完整性。

4.2.2 工程检测

防水层形成后，为确定施工质量是否满足要求，需要对防水层开展质量检测。针对胶粉改性沥青防水层，需进行厚度检测；
防水材料施工需要尽可能控制其厚度不大于2 mm；
对防水层不同部位进行厚度量测，其厚度应满足技术要求；
碎石撒布量检测时，集料撒布主要通过撒布车行驶速度、集料开口大小进行控制。集料撒布完成后应能够看见下方防水层；
防水层外观检测时，防水层需达到无气泡、无翘边、无空鼓等基本情况；
对接头、阴阳角、搭接、伸缩缝等位置的防水层外观，则应重点检测其是否满足外观要求，不满足要求的则应及时处理；
防水层不透水检测时，则需要依照实际施工用量、工序制作试件，在室内开展不透水试验检测分析[7]。

5 效果分析

该桥梁建设场址温度变化较大，采取胶粉改性沥青作为防水材料，使得防水层具备良好的高低温抵抗能力，同时加铺5～10 mm厚度碎石，这样能够改善防水材料和上部沥青铺装之间的黏结力，提升防水层使用的稳定性。该桥面防水工程至今已实施3个月，经现场观测可知其防水效果良好。相对于原防水层设计方案，优化后的防水层（胶粉改性沥青+碎石）施工工艺差异性较大，两者施工成本对比如表3所示，新方案的人工费、机械使用费没有增加，而只有材料费增大了4 500元。除此之外，原先桥面防水层的设计不恰当，一般需要间隔5年养护一次，而优化后方案则仅需要9年养护一次。在防水层使用寿命周期内（15年），可节省养护费用超过4万元。

6 结论

我国桥梁数量较多，不同桥梁面临的环境差异性极大。桥面水损害是桥梁结构破坏的重要表现，不仅会造成桥面铺装损坏，而且容易引发交通安全事故。桥面防水层需要依据桥梁实际环境进行设计，选取合适的防水材料，优化施工技术，确保防水层使用功能满足需求。该文结合某中型混凝土桥梁，选取“热铺胶粉改性沥青+碎石桥面”防水方案，获取了有效防水效果，且社会效益更为显著，能够为类似桥面防水工程提供参考。

参考文献

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