基于检测数据分析的桥面排水系统优化方法研究

姬兵亮

（山西交通科学研究院集团有限公司山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030006）

1 研究背景

桥面排水系统是桥梁重要的附属设施，是桥梁的重要组成部分，然而在桥梁运营中，由于设计、施工及养护的不到位，桥梁排水设施造成的桥梁病害较多，排水不畅导致桥面积水、渗水、漏水等影响桥梁的耐久性、运营安全甚至威胁桥梁结构安全。因此，通过对运营桥梁桥面排水设施检测数据的分析，找出排水系统病害原因，探讨在桥梁排水系统的设计、施工和养护方面应采取的优化方法和措施。

2 桥梁排水设施问题造成桥梁病害主要形式

在公路桥梁的外观检测中，发现由于桥梁桥面排水设施出现问题导致桥梁的病害很多，如泄水孔堵塞或排水不畅会导致桥面局部积水，降低车辆摩擦力，影响车辆安全通行；而积水、渗漏水造成的病害则更为普遍和影响深远，会对桥梁的外观、耐久性及结构长期的安全性造成十分严重的影响。桥梁检测发现由积水、渗漏水造成的桥梁病害主要有：

a）桥面积水不但会影响行车安全和通行效率，也会导致混凝土铺装和沥青铺装层长期受浸泡，强度降低，长期作用出现剥落坑槽。

b）预制空心板梁普遍存在铰缝处渗漏水的现象，且两侧边梁处铰缝渗水更为严重，并且渗水严重侵蚀空心板梁，见图1 所示。

图1 空心板桥铰缝渗水、腐蚀

c）整体式、空心板桥板边外侧往往受侵蚀比较严重，局部剥落露筋。

d）边梁泄水孔附近局部受渗水侵蚀，剥落、钢筋锈蚀，见图2 所示。

图2 泄水孔渗水造成梁腹板腐蚀剥落

e）桥梁伸缩缝处盖梁、桥台、桥墩和锥坡受渗水及流水侵蚀。

桥面来水污浊，内含各种污染物且冬季雪后除冰盐会带来较大腐蚀性，渗漏水问题将极大地影响桥梁的耐久性和使用寿命。

3 桥梁排水系统问题主要原因分析[1]

3.1 排水系统的设计不合理

作为附属设施，公路桥梁桥面防排水设计一直得不到足够的重视，导致很多桥梁防排水设计存在诸多问题，主要有以下几个方面。

3.1.1 排水能力不足

设计时仅按照标准图设计，没有详细考虑路线横坡、纵坡、桥面宽度、桥址处降雨量信息等；没有综合考虑设置泄水管的位置、数量、管径、型式、排水方式等；泄水孔或雨水口管径过小、数量不够或间距过大是造成大部分桥梁桥面积水的主要原因。再加上桥面上污染物的堵塞，导致桥梁运营过程中桥梁排水能力不足，雨水长期滞留或者飘洒、漫流等，造成局部构件或防护设施受雨水侵蚀和冲刷，雨水长期滞留排水缓慢造成桥面板渗水。如运城夏县某桥梁桥面宽16 m，泄水管管径设计仅为4 cm，且为横排，泄水管贯穿1.5 m 宽的人行道，造成泄水管排水能力不足、堵塞和排水不畅，泄水管形同虚设，桥面人行道边雨后长时间积水。

3.1.2 排水孔位置设置不合理

很多公路桥梁的泄水孔布置时没有根据桥梁实际设计，仅按照标准图设计固定间距。在现实中存在很多不合理的地方，如很多桥梁上跨公路及其他设施，在此上方设置泄水孔会严重影响桥下行车安全和设施安全，山西省最为典型的不利影响为雨水冲刷和冬季冰挂，因此上跨公路及其他设施时，在影响区段内不应设置直排泄水孔；再如山西省很多桥梁位于土质（黄土、粉土）陡边坡上，这类边坡抗冲刷能力低，位于陡边坡上桥梁泄水孔雨水散排极易造成护坡、桩基严重冲刷，影响桥梁安全，见图3 所示，因此，位于土质且为坡度较大区段的桥面排水应进行专门设计，采用集中排水结合桥下防排水工程综合防治。

图3 由于泄水孔泄水导致的桥梁地基冲刷、基础冲刷、掏空

3.1.3 排水设施排水方式设置不合理

目前桥面排水设施排水方式应根据桥梁实际情况灵活选用，在实际应用过程中，部分桥梁由于选用了不合理的排水方式，导致泄水管失效，排水不畅。

这其中最为典型的就是设置人行道的桥梁，采取横向排水方式，横管长度过长，排水能力弱，极易堵塞失效，导致泄水管不能顺利排水，形同虚设。

3.1.4 泄水管型式设置不合理

设计单位往往不对泄水管专门设计，仅按照标准图选择。许多泄水管型式不合理，如尺寸不足、伸出梁底过短（图4），造成雨水漫流梁体；收水口高于梁顶等，导致沥青面层层间水不能排除，雨水集聚，长时间造成面层水损。

图4 桥梁泄水管过短

图5 收水口高于梁顶，不能排除层间水

3.2 泄水管施工缺陷

作为附属设施和桥梁工程的收尾阶段，泄水管的安装得不到各方重视，导致泄水管在施工中存在很多缺陷，导致泄水管排水不畅、散排或者无法排水，导致桥梁渗漏水。

施工中泄水管存在主要问题有：

a）遗漏、设置过短。个别桥梁施工中甚至遗漏了泄水管的安装，而部分伸出梁体不够等均导致雨水顺泄水孔直接排至梁体，顺梁而下排至桥下，最终导致梁体腐蚀。

b）泄水孔预留位置和尺寸不准确，安装时暴力安装导致主梁泄水孔周边破损、漏筋、不密贴，后期渗水腐蚀，见图6。

图6 泄水管周边破损、过短

c）收水口过高，导致沥青层内的积水无法排出，长久会导致沥青层过早损坏和桥梁渗漏水，见图7所示。

图7 泄水管收水口安装过高

3.3 管理养护缺失

桥梁管理养护不当也是造成桥梁渗漏水的原因之一，如路面损坏坑槽等造成桥面局部积水，积水不能及时排出造成渗漏水，泄水管堵塞、锈蚀损坏等长期得不到修复也会造成桥梁渗漏水。

4 桥梁排水系统优化方法及措施[2]

4.1 确保桥梁充足的排水能力

根据桥梁宽度、纵横坡坡度、排水型式等综合计算确定泄水孔孔径及间距并留有冗余，确保桥梁有足够的排水能力，不至于由于桥面排水能力不足而导致桥面积水，同时桥面横坡建议不低于1%，宜为2%。同时为便于疏通和不易于堵塞，建议泄水管内径不低于10 cm。

4.2 根据桥梁实际确定排水设施位置

根据桥梁设计及运营及检测中发现泄水孔存在的问题，总结如下：

a）桥梁上跨公路及其他设施时，在影响区段内不应设置泄水孔，而北方地区冬季寒冷结冰，集中排水方式极易于损坏，应慎重考虑选择，如选择则应保证其可靠性。

b）位于土质且为坡度较大区段的不宜设置泄水孔直排，建议采用集中排水（易于损坏）或者明沟排水。

c）预应力锚固块（目前主要针对T 梁）周围1 m范围内不应设置泄水孔（为避免渗水后腐蚀预应力锚固块影响结构安全）。

4.3 合理选取排水方式

目前桥面排水设施排水方式可以总结归类为横向排水、斜向排水、竖向排水、集中排水、盲沟排水、明沟排水、综排系统这几种，应根据桥梁实际情况灵活选用。根据调研结果，对常见桥梁推荐排水方式如下。

4.3.1 空心板桥

目前空心板桥常见的排水方式主要为横向排水和竖向排水两种，在应用中横向排水效果不理想，尤其对有人行道的桥梁，其横管往往被堵塞，排水能力受限。在调研的部分桥梁中采用竖向排水，通过加宽相应位置的绞缝宽度，排水管道预埋于绞缝内，检查发现应用效果良好，排水管基本无堵塞，绞缝渗水程度轻微。应用效果见图8 所示。因此，对存在带人行道的空心板桥通过在绞缝内安装直排泄水管是可行且应用效果理想的排水方式。但设计时应注意，泄水管伸出主梁宜不低于10 cm。

图8 空心板桥采用直排式泄水管实例

对于采用防撞墙的空心板桥，由于绞缝位置不合理、空心板伸出翼缘板程度不够或无翼缘板，因此不能采用直排泄水管型式，建议采用横排或斜排型式（均埋入防撞墙内），而在应用中，斜排应用效果较好，建议优先采用，见图9 所示。

图9 斜向泄水管应用实例

4.3.2 T 梁桥及箱型梁桥

T 梁桥及箱型梁桥均存在较长的翼缘板，这类桥梁泄水孔一般采用竖向型式，如果安装合适的话应用效果较好，但由于风力等原因仍会在泄水过程中飘洒主梁，近年来在此基础上发展了竖弯型排水管（铁路目前主要应用），可以将雨水排至远离主梁的桥外，避免了雨水飘洒。竖向直泄水管及弯泄水管设计图见图10 所示。

图10 弯泄水管及应用实例

4.4 泄水管型式的优化

许多泄水管型式不合理，如尺寸不足、伸出梁底过短、收水口高于梁顶等。因此设计单位在设计泄水管或选用泄水管时应根据桥梁自身构造尺寸特点选取或设计合适的泄水管型式。

主要考虑因素有：

a）确保足够的长度，伸出梁体根据经验宜不低于10 cm。

b）合理的内径，不低于10 cm。

c）收水口高出梁顶混凝土部分应预留排水孔道，保证沥青层内积水能排出桥面。或者泄水孔收水口直接预埋于混凝土调平层，比调平层略低1 cm 左右，如图11。

图11 泄水孔收水口直接预埋于混凝土调平层

d）为避免泄水飘洒主梁，出水口宜采用弯头，设置外撇角，将水外排。

e）设计图纸上应严格明确泄水管安装程序，应在调平层混凝土浇筑时预先安装，调平层施工时将泄水管浇筑其间，避免泄水管后装周边出现空隙而发生渗水现象。

4.5 排水盲沟、明沟及综排系统的应用

在桥梁排水系统中推行排水盲沟工艺，在护栏底座（或防撞墙）内侧边缘位置设置碎石盲沟。沥青混凝土桥面铺装一般分两层摊铺，下面层与护栏底座相接处设置宽度为10～15 cm，高度与下面层同厚的碎石盲沟，碎石粒径为0.5～2 cm，用土工布包覆，并与泄水管相连接，形成完善的排水系统。这样可高效地排出沥青混凝土桥面的表面水和渗透水，有效减少桥面积水，避免桥梁渗漏水，山西省多条高速公路桥梁采用排水盲沟，运用良好。

由于桥下存在公路及其他设施无法采用直排，且不便于设置管道集中排水系统的桥梁可设置桥面排水明沟，在桥梁护栏边缘设置宽25 cm 左右，深10 cm 左右的排水明沟并做好防水措施，将桥面积水引至固定地点排出。山西省目前在风陵渡黄河大桥（2010 年桥梁加固改造时实施）上应用了桥面明沟排水，应用效果良好，图12 所示。

图12 桥梁排水明沟示意

也可专门设置综排系统，如运城市运宝黄河大桥设计了综合排水系统，通过泄水管将水排至桥梁翼板下悬吊的大口径HDPE 双壁波纹排水管，利用桥梁纵坡将桥面积水引排至固定地点处理排放，成本较高，应用效果良好，在环境敏感地带应用优势突出。

4.6 确保排水设施安装质量

如前所述，为避免泄水管在运营后渗水，主梁预制施工时严格按照设计位置预留泄水孔孔洞，并应考虑施工误差，避免预留位置和尺寸错误导致后期泄水管安装不上的情况发生；泄水管应在调平层混凝土施工前安装，在调平层施工时将泄水管浇筑期间，收水口周边修整为斜面，收水口应低于调平层1 cm 左右，注意在沥青层施工时提前安装滤水篦子；后安装泄水管为避免渗漏水现象，建议人工凿毛预留泄水孔空洞后用防水高强砂浆安装泄水管，同样应保证收水口低于混凝土层。