1、 第 3 期 (总第 99 期 ) 中国市政工程 2002 年 9 月 25 日 水泥混凝土桥面防水与沥青铺装层翟根旺 岳学军 (河南省高远公路养护技术有限公司 ,新乡 453002)摘 要 : 为解决目前我国在桥梁防水技术方面存在的问题 ,作了大量的调查研究 ,分析了桥面防水性破坏的原因及提出了适用于建桥工程特点的桥梁防水工艺技术 ,取得了较好的效果。关键词 : 桥面防水 稀浆封层 碎石封层Water2proofing on Cement Concrete Bridge Deck and Asphalt Pavement LayerZhai Genwang 1) 沥青混凝土铺装层滑动剥离造成
2、防水功能破坏 防水层的材料与上下结构层间的粘结力过低 ,造成沥青铺装层在桥面弯拉应力、温度应力、车轮荷载等多重应力作用下的滑动和剥离。这些防水材料通常表现为软化点过低或软化点过高。软化点过低的防水层材料在高温条件下内聚力 (强度 ) 下降 ,即使有好的粘附性 ,也会失去粘结力。如果把未经改良的道路沥青用做桥面防水层 ,遇高温即形成富油滑动层 ,成为沥青铺装层滑动条件。另有一些防水层材料软化点过高 ,通常为化学反应型 ,其强度在形成后有不可逆性。这类材料虽然高温稳定性很好 ,但是强度形成以后的材料表面光滑而且缺少剩余化学键力 ,与沥青混合材料的粘附性很差 ,因此这个界面间粘结力也很低 ,容易产生
3、滑动剥离现象。桥面沥青铺装层下的局部空鼓也是造成铺装层剥离和滑动的原因。这类问题基本上出于采用防水卷材与多布涂油进行桥面防水处理的结果。因为实际上桥面水泥混凝土铺装层的表面相对平整度是不能够满足防水型材与其 100 %结合的。施工中难免产生“夹气”现象 ,这些“夹气”空间遇热膨胀 ,而且在车辆轮压作用下漂移运动。即使原本粘结良好的地方也会在“气室”运动中被撕开。所以在许多桥面铺装层的复修工程中都可以看到 ,采用这类屋顶防水型材与工艺施工的防水层基本都处于剥离状态。屋顶防水型材用于桥面防水的危害还在于自身所形成的无骨料夹层。这个弹性夹层直接影响了上下结构层应力传递的连续性 ,使车轮荷载在面层下产
4、生的间接拉应力破坏面层强度。局部的大应变量加快了沥青铺装层疲劳破坏进度 ,所以这种屋顶防水材12 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.料型材建立的桥面防水层越厚其副作用就越大。 桥面铺装层滑动剥离的再一种原因就是防水层在施工中清理保洁不彻底。水泥混凝土铺装层表面的浮浆和防水层上面的泥土尘埃都是破坏粘结力造成沥青铺装层滑动剥离的重要隐患 ,因此对这些工作环节要引起足够的重视。2) 在桥面沥青铺装层内部和底部的动水冲刷造成防水功能破坏水泥混凝土桥面沥青铺装面层的作用首先在于对桥面的防护 ,然后
5、是改善行车舒适性、建立中修再造条件等。但是由于目前国内碎石加工业缺少统一标准 ,沥青混凝土拌合设备难以建立良好的适配条件 ,加之沥青混合料倒运以及宽幅摊铺设备自身造成的离析问题 ,导致原本应该密实的沥青铺装面层材料匀质性差 ,往往剩余孔隙率偏大。这样的弹性结构层板体 ,在车轮荷载的往复作用下遇水即随板体应变形成空隙间强力的“泵吸”“泵压”现象。这种动水冲刷不仅严重的破坏沥青混凝土面层材料及结构层间的结合力 ,而且使下设防水层处于十分恶劣的条件下。用不了太长时间 ,即使较好的防水层也会遭到破坏。因为这种破坏力往往是出人意料的。在一些沥青铺装层桥面上 ,会发现这样一些“拥包” ,当打开包块发现里面
6、堆积了大量的灰黑色砂泥 (沥青和砂桨 ) 。通过解剖这些包块 ,可以间接的感知动水冲刷的力量。所以 ,桥面防水工程 ,不仅要重视下设防水层 ,而沥青铺装层也应该成为桥面防水工程不可忽视的组成部分。3 桥面防水工程推荐优化方案为了尽快解决桥面防水工程方面存在的问题 ,根据高速公路一些桥梁防水工程实例 ,以及部分养护复修工程的经验 ,把防水功能层的工艺技术和设置方案推荐如下 :1) 建议使用橡胶改良沥青碎石封层法和橡胶改性沥青稀浆封层法作为防水功能层橡胶改良沥青碎石封层即 :在清理洁净的结构层板面上均匀的喷制油膜 ,可以用热态液体沥青 ,也可以用沥青乳液。注意如果是在水泥混凝土材料结构层上 ,一定
7、要预先施以少量的透层油 ,这是形成粘结力的必要条件。然后在油膜上机播单粒径碎石 ,由胶轮压路机及时跟进稳压成形。作为下置防水层的碎石覆盖率是 60 % 70 %。嵌入碎石的作用是提高层间抗剪强度 ,同时在上面层铺装时不致破坏封层油膜。如果以碎石封层做为表面层防水功能层 ,则碎石覆盖率是 100 %。 橡胶改性乳化沥青稀浆封层是以橡胶改性沥青为粘结材料的细粒式冷拌沥青混凝土薄层。作为下置防水功能层 ,其厚度一般是 6 10mm ,油石比可以较表面封层提高两个百分点。这样可以更好的实现封层密实度和吸收应变特性。因为使用了热稳定性较高的改性沥青 ,无须担心泛油问题。同碎石封层一样 ,置于水泥混凝土结
8、构层上的封层前要喷施透层油。稀浆封层摊铺成形过程中要有水份析出而使封层存在海绵状剩余孔隙。摊铺层中凝以后 ,应该用胶轮压路机进行压实挤密。 上述两种工艺技术结合改良沥青的优特性作为防水功能层所表现出的工程特性为 :A. 密实不透水 ,应力吸收作用强 ;B. 结构层间受力连续性好 ,无空鼓现象 ,抗剪强度高 ;C. 便于大规模机械化作业。在国内一些高速公路重大建设工程中 ,上述工艺技术得到了广泛的应用 ,如 :铜川 - 黄岭高速公路 ;合肥 - 徐州高速 公路 ;合肥 - 安庆高速公路 ;京- 沪高速公路 ;石家庄 - 黄骅高速公路等等。为了便于读者对工艺技术的了解 ,分别以铜 - 黄高速公路黄
9、堡收费站大桥碎石封层法及上海浦东外环大桥稀浆封层防水法为例介绍如下 :A. SBR 改性沥青做防水层 (碎石封层 ) :3 在洁净、无松散的桥面上均匀喷洒 SBR 改性乳化沥青以提高防水层与桥面的粘结 ,用量为015kgPm2 ,油水比 35 %。3 SBS 改性沥青利用进口材料 ,改性剂含量4 % 6 % ,其性能指标见表 1。表 1 SBS改性沥青性能指标针入度 25 100g 5s (0. 1mm) 60 70延度 5( ) 5cm/ min (cm) 30软化点 ( ) 55溶解度 ( % ) 99弹性恢复 25 ( % ) 65SBS改性沥青用量为 2 2. 4kgPm23 石料采用
10、 1 2cm 的单粒径洁净石灰岩 ,覆盖率为 60 % 70 %。B. 稀浆封层做桥面防水 (浦东外环 ) :3 乳液采用 SBR 改性阳离子乳化沥青 ,其性能指标见表 2。3 矿料级配采用国际稀浆封层协会 ( ISSA) 推荐的标准级配 ,见表 3 (下转 32 页 )22 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.表 2 软土地基几种工况台基选型及施工要点序号 基本条件与要求 台基选型 施工要点 序号 基本条件与要求 台基选型 施工要点11. 桥长近似挖河涌宽度2. 软土层厚一般小于 hm3
11、. 计算台高小于5m薄壁台单排柱钻孔灌注桩1.须架梁后方可台后对称填透水性较好的填料2.台桩施工前根据实情确定是否台后软基处理3.无须开挖的原土层尽量不扰动31. 桥长近似河涌宽度 ,并且河涌宽度小于 20m2. 软土层厚大于hm3. 计算台高小于5m1. 薄壁型台2. 双排桩与(单排桩 +地基支撑 )两者比较取经济方杂钻孔灌注桩同上 1 ,32.台桩施工前必须台后软基处理4.建议路桥衔接处沉降连续台后结构处理(可参考资料 1 )21. 桥长满足河涌两侧立交及锥坡要求(一般孔跨 = 2)2. 软土层厚小于hm当 台 高 5m 时用薄壁台型当 台 高 5m 时用柱式台型单排桩钻孔灌注桩同上 1
12、,32. 当台高 5m 时 ,同上 2 ;当台高 5m 时 ,台桩施工前必须台后软基处理41. 桥长满足河涌、两侧立交及锥坡要求 (一般孔跨 =2)或桥长近似河涌宽 ,并且河涌宽大于 20m2. 软土层厚小于hm当 台 高 5m 时用薄壁型或柱式型当 台 高 5m 时用柱式型双排桩钻孔灌注桩同上注 : 表 2 中所列软土厚度 h 不是个精确值 ,其实它存在一个波动范围 (即不稳定厚度区域 ) ,一般在 4 6m 之间 ,但要根据地质地理等综合情况计算确定 ,设计者在遇到此情况时确定方案要慎重。3 桥台的设计与施工实施上述分析表明设计与施工是统一又矛盾的两个方面 ,相辅相成、密切联系 ,且每个桥
13、梁工地都有其特殊性。台基选型及施工要点见表 2。4 结束语在软基地区的简支梁桥桥台结构设计与施工实践的经验表明 : 桥梁建筑本身是千变万化 ,不可以机械套用 ,尤其是在软土地区上构筑桥梁 ,要按实际情况因地制宜 ,才能将桥梁设计与施工质量搞好。桥梁施工的顺序是施工经验的积累 ,不可以轻易改变 ,应严格遵循。参考文献1 杨炜国 . 关于珠三角河网地带路桥衔接沉降差问题的探析 . 广州大学学报 (综合版 ) ,2001 ,15(11) :52 54。(收稿日期 :2002 04 07)(上接 22 页 ) 表 2 SBR改性阳离子乳化沥青性能指标乳液颗粒电荷 +乳液 PH值 7 8蒸发残留物 (
14、%) 55 60筛上剩余量 ( %) 100 (25 5 cm/ min)表 3 矿料级配表筛孔尺寸(mm) 10 5 2. 5 1. 25 0. 63 0. 135 0. 15 0. 074通过率( %) 100 90 100 65 95 45 70 30 50 18 30 10 21 5 153 混合料配合比 ,见表 4表 4 混合料配合比材料名称 乳化沥青 填料 骨料 水组成配比 ( %) 10 20 1 3 100 5 153 摊铺厚度为 6mm3 防水层施工后 7d 做渗水试验 ,渗水率为 0。2) 建议当桥面沥青铺装层达不到应有防水密实度的情况下 ,为了不致造成结构层内动水冲刷破坏
15、 ,应该设立表面防水功能层或中置防水功能层。这种设置已经被实践证明是最具积极意义的桥面防水措施 ,其施工技术同样采用橡胶改良沥青碎石封层法或稀浆封层法 ,工艺过程也大致相同。碎石封层和稀浆封层用于铺装层的表面 ,其实也就是把较厚结构层难以实现的密实防水功能分离出来 ,通过优质薄层材料建立防水功能层于结构层表面。而碎石封层和稀浆封层不仅可以防水而且可以同时建立起具有良好纹理深度的抗滑和耐磨表面 ,其中碎石封层还拥有很好的抗紫外线老化作用。如果需要追求桥梁铺装与路面铺装表面的一致性。可以把表面防水功能层移至沥青混凝土铺装层和下面层之间 ,作为中置防水功能层。例如京 - 秦高速公路洋河大桥和陡河大桥就采用了这样的设置方法。收到了很好的效果。4 结语本文提出了目前我国在桥梁防水技术方面存在的问题 。同时也推荐了适用于道桥工程特点的桥梁防水工艺技术。而且提出了关于进一步优化桥梁防水工程质量的一些建议。关于所推荐的橡胶改性碎石封层与稀浆封层 ,需要良好设备和技术支持 ,采用前一定要对施工队伍及业绩实力进行深入考察。(收稿日期 :200108 06 24)23 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
