高速公路沥青混凝土桥面排水技术探析

摘要: 分析水对高速公路路面的破坏性影响及桥面铺装层排水设计的重要性, 并对桥面表面和桥面铺装层的排水技术进行探讨, 对目前高速公路沥青混凝土桥面防排水设计提出几点建议。

关键词: 高速公路; 沥青混凝土; 桥面; 排水技术

1 引言

　　随着高速公路的发展和交通量的迅速增长, 高速公路桥梁的维修与加固问题也越来越突出, 据调查显示, 已建高速公路桥梁的主要损坏方式并非结构损坏, 而是桥面铺装系统的破坏, 其中以桥面铺装层因积水造成的损害为主。其原因主要如下: ①表面排水不畅, 排水时间长; ②排水设施的设计和施工存在明显的缺陷, 导致部分表面积水无法经泄水口排出; ③高速公路桥面泄水孔为水平放置的直角弯头式矩形铸铁管, 进水口位于外侧护栏座边缘, 桥面水可从泄水孔排除, 但桥面渗入水则无法排除; ④桥面排水管设计间距不合理, 不仅造成工程浪费, 而且给桥梁施工和沥青混凝土桥面摊铺带来很大不便。

　　由于直角弯头式泄水管在纵向上每隔约4cm 就成为一隔断点, 且沥青混凝土通常无法摊铺碾压到边。随着JTJ 018- 97《公路排水设计规范》的执行,在桥面设计中专门进行防排水设计, 并增加了防水层和桥面边缘排水系统, 使早期的水损坏大为减少,取得了一定的成功经验, 为此加强桥面铺装的排水设计与施工已引起工程技术人员的重视。

2 水对高速公路桥面铺装层的影响

2.1 造成桥面铺装层的损坏, 从而影响桥面的使用性能, 缩短其使用寿命。

　　⑴ 桥面表面排水不畅, 延长了路表水渗入沥青混凝土铺装层的时间。即使在降雨时间相对较短的情况下, 降雨量过大也易使沥青混凝土铺装层内部孔隙水饱和, 最终形成桥面表面积水, 从而使桥面沥青混凝土铺装层强度降低和承载力下降。

　　⑵ 水分通过桥面接缝、裂缝或沥青混合料的空隙渗入到桥面铺装结构内部, 这样部分水不能及时排除, 使沥青混凝土桥面铺装层长期处于饱水状态。在车辆高速行走的作用下, 必将产生较大的孔隙水压力和流速水流, 从而加速桥面铺装的损坏。

　　⑶ 由于桥面铺装层的表面排水和结构层内排水不畅, 加上车辆、温度等因素的综合影响, 加速了沥青混凝土层的剥落、坑洞、松散等早期损坏。

　　⑷ 桥面雨水滞留时间长, 还会下渗到桥面铺装层, 进一步渗透防水层至桥面结构, 影响桥面铺装层的强度和稳定性, 加速其损坏, 甚至使桥面结构及主梁内的钢筋因渗水而锈蚀, 缩短桥面的使用寿命。

2.2 对高速公路行车安全的影响

　　如果沥青混凝土桥面铺装层的水不能迅速、有效地排除, 在路表面就会形成一层薄水膜甚至积水,高速行驶的车辆通过水膜时, 会因路面抗滑性能差而无法正常刹车和容易产生侧滑。加上车辆的高速行驶又会使桥面积水溅起雾化而影响驾驶员的视线, 车辆后则因轮胎的吸附力作用而形成水幕, 严重遮挡后续驾驶员的视线, 大大降低了安全行驶系数,成为雨天交通事故频发的重要因素。

3 桥面表面排水

　　为了迅速把降落在桥面上的降水排除出去, 防止桥面积水而影响行车安全, 并尽量减少渗入桥面铺装结构层的自由水, 确保公路的正常运营和交通安全, 必须在桥表面设置排水措施。在桥面表面排水时, 水的汇流和集中排放需要一定的时间, 这样就会在过水断面内形成积水, 如积水量过大则过水断面内的水会侵入桥面, 影响桥面行车, 达不到桥面排水效果。对于高速和一级公路桥面, 汇流过水断面内的水面只能覆盖行车道边缘之外的部分, 以保证右侧行车道不发生积水。较有效的桥面排水措施有:

　　⑴ 保证足够的车行道坡度, 使桥面水迅速排除,同时设置足够的纵坡, 满足合成坡度的要求; 使表面水汇流至边缘侧角形沟或浅碟形边沟, 再经一定数量的泄水管集中排放。边沟做成同向纵坡, 泄水管通常埋置在护栏座底下, 泄水管上半部露出桥面, 进水口外套一排水篦子, 下半部与桥面内部纵向集水盲沟( 外包渗水土工布) 相接, 既便于摊铺碾压, 又可排除表面水和渗入水。

　　⑵ 如主梁采用了梁或护栏底梁为悬臂梁, 可采用在桥边缘设纵向盲沟内设集水管, 间隔一定距离设集水井, 汇集表面水和盲沟集水, 采用垂直泄水管。

　　⑶ 护栏底设漫流泄水孔排水, 边缘内部设纵向排水暗沟, 通常还可在泄水孔外侧设排水边沟, 把水排入墩台处的竖向泄水管。

　　⑷ 由于已渗入面层的水难以排出, 最终引起面层破坏, 国外主张使用不透水或密实的磨耗层, 如采用常用的沥青或水泥混凝土路面而不设防水层( 树脂沥青、沥青浆封层和罩面) , 则要求使用密级配沥青混凝土或将其表面作防水处理, 既有利于表面水的排除, 也可防止水进入桥面结构内部。

　　⑸ 考虑行车安全, 对于局部无足够合成坡度面层避免积水的路段, 可不在桥梁表面设置防水层, 而可采用多孔沥青混凝土铺装, 但需注意避免沟槽积水并增设出水口。

4 桥面铺装层内部排水

　　降落在桥面表面的雨水会通过两层空隙裂缝和接缝下渗至铺装层内部结构, 因无法向下或两侧迅速渗排而长时间积滞在内。桥面结构层排水设计是要及时排除渗入桥面铺装结构层内的积水, 否则将会侵蚀钢筋而影响桥梁的耐久性而造成破坏, 因此应在铺装结构层内设置防水层, 采用有效的排水措施将渗入到防水层上桥面结构内的水分迅速排除到结构以外, 以改善桥面使用性能, 延长使用寿命。

　　桥面内部排水设计采用防排结合的原则, 一方面在桥面铺装层下设置防水层, 以减少下渗水对主梁的破坏。防水层可采用沥青封层或FYT 防水层等, 根据实际情况选用, 另一方面可通过设置桥面内部排水设施迅速排除被围困的自由水。

　　桥面内部排水设施应与桥面表面排水设施形成一套完整的排水系统, 出水口设施设置应相互衔接以免重复, 桥面内部排水设施的设置不得影响桥面铺装的使用性能, 且便于施工。

　　铺装层内的渗入水较难排出, 目前尚无十分有效的措施, 要彻底解决该问题就必须从材料着手, 如采用排水性铺装层和边缘盲沟排水系统等。

　　⑴ 沿桥护栏桥面边缘设纵向碎石盲沟, 渗入桥面铺装层内的水沿桥面结构层的层间孔隙靠横坡横向流入由透水材料组成的盲沟, 再由相隔一定距离布设的横向或垂直出水管引出桥面。沥青混凝土铺装层边缘纵向碎石盲沟类似路面边缘排水系统, 盲沟碎石填料规格要满足一定的级配和渗透系数的要求, 边缘盲沟泄水口应尽量与表面泄水口一致, 边缘排水系统能较快地排除与边缘盲沟较近的铺装层内的结构内部自由水和表面水。对离边缘盲沟较远的桥面中心地带, 由于自由水在铺装层内沿层间渗流的速率要比向下渗流的速率慢得多, 且有部分水可能根本无法沿层间渗流, 故边缘排水系统可大大减少铺装层内下渗水的含量。

　　⑵ 尽管目前国内排水铺装技术尚未成熟, 但在国外和我国部分公路上则取得了较好的应用效果,其做法是除面层的顶层为防水层以外, 还设置渗入水排水设施, 在面层底面的防水层上设排水层, 有条件的话可在试验段推广应用。

5 结语

　　目前我国正处于高速公路发展的重要时期, 如何完善其桥面防排水设计, 提高混合料的抗水损害能力, 对于南方高温多雨地区的高速公路仍是一个值得研究的课题。笔者根据多年的桥梁施工经验,现提出如下建议供同行参考:

　　⑴ 非重交通或超特交通的沥青混凝土桥面, 其结构层排水采用类似路面边缘的排水系统, 而对于重交通特别是特重交通路面, 应采用排水基层且下设防水层。

　　⑵ 尽快排除合成坡度较小路段桥面的表面积水, 减少对高速公路行车安全的影响。

　　⑶ 采取必要的防水措施阻止雨水下渗至桥面结构层内, 定期检查和疏通桥面边缘排水系统或排水基层的出水口。

　　⑷ 结合桥面表面分排水系统和内部结构排水,选择优良的防水、排水材料进行设计。

参考文献

　　[1] JTJ 018- 97 公路排水设计规范[ S]

　　[2] 罗志刚, 周志刚, 应荣华等. 沥青路面水损害浅析与排水处治措施[ J] . 湖南交通科技, 2002( 4)

　　[3] 姚玲森主编. 桥梁工程[M] . 人民交通出版社, 1998

　　[4] 杨文渊, 徐奔. 桥梁维修与加固[M] . 人民交通出版社,1995