严寒地区桥面防水层施工技术

李 洋

(中铁十六局集团第二工程有限公司,天津 300162)

0 前 言

随着高速铁路列车行驶速度的大幅提升，人们对高铁列车安全运行要求也越来越高，桥面防水层是桥梁施工必不可少的工序，关系到列车的运营安全，尤其是在防水层存在刚性保护层的情况，由于刚性保护层主要采用混凝土结构，厚度仅4 cm左右，如果施工质量不高，后期开裂、粉化、脱落，列车高速运行时，极易击打列车，直接影响列车运营安全。如何降低防水保护层开裂的机率，延长防水保护层使用寿命，是解决该问题的关键。本文通过京沈客专施工为实例，对严寒地区桥面防水层的施工技术进行了研究、总结，该技术在京沈客运专线辽宁段范围内进行了全线推广，有较强的借鉴价值。

1 工程概况

京沈客专辽宁段TJ-7标正线全长36.412 km，位于辽宁省北票市，历史最低气温-29℃，属于严寒地区，桥梁全长18.89 km，桥面防水层设计采用柔性防水加刚性保护层的桥面防水复合形式，柔性防水采用沥青防水卷材，刚性保护层采用C40纤维混凝土保护层，厚度4 cm。由于北票地处严寒地区，冻融对混凝土的性能影响较大，如果刚性保护层施工质量不高，极易开裂、粉化、脱落，因此，如何提高刚性保护层混凝土性能及施工质量是本文研究的重点。

2 如何提高刚性保护层混凝土的性能

铁科院混凝土研究所的谢永江提出，采用“低胶凝用量、低用水量、低坍落度、高含气量”的“三低一高”方案配制混凝土，可以有效降低混凝土开裂的概率，其主要原理是通过降低胶凝用量，降低用水量来降低混凝土的收缩率；通过降低混凝土的坍落度，避免混凝土振捣易出现的分层、离析、泌水等现象，从而解决表层出现大量浮浆易开裂的问题；通过提高含气量来提高混凝土的抗冻性。主要方法是通过降低粗骨料的孔隙率来降低胶凝材料用量，采用具有保坍、增稠、防离析、防泌水的高性能减水剂来降低用水量，通过掺加引气剂来提高含气量。本文介绍“三低一高”混凝土作为桥面防水刚性保护层的施工技术。

3 “三低一高”混凝土的施工难点

“三低一高”混凝土具体的指标要求是：胶材用量≤360 kg/m3、用水量≤140 kg/m3；出机坍落度≤100 mm；初凝时间≥14 h；3 d抗压强度≤20 MPa，入模含气量≥4%、≤6%。通过这些指标不难看出，该混凝土较之普通混凝土还是有很大的差别，主要是胶凝材料用量低、碎石含量高、坍落度低、用水量低，这些特点导致该混凝土拌和、施工难度大，主要体现在以下方面。

1)要满足“三低一高”的要求，首先要调试碎石级配、减水剂的掺入量、引气剂的掺入量，需要反复试验才能总结出满足要求的施工配合比。

2)混凝土的坍落度要求不大于100 mm，泵送混凝土无法实现，只能采用吊车布料，在桥梁净空比较高或桥下地形复杂的地段，混凝土的垂直及水平运输难度大，需要制作特别的工装方能满足施工要求。

3)由于混凝土对含水量及坍落度的要求较高，施工时对天气及气温的要求较高，要制定切实可行的防风、防雨措施。

4)为保证混凝土施工的连续性，必须保证混凝土的保坍性能，施工效率必须比普通混凝土浇筑效率要求高，因此，对现场作业面布置及物料运输要求较高。

4 “三低一高”桥面防水保护层施工技术

4.1 混凝土配合比

为保证“三低一高”混凝土的各项指标，首先碎石空隙率不得超过38%，通过反复试验，要想空隙率低于38%，首先要对碎石进行整形，整形完成后将碎石筛分为5～8 mm碎石与8～10 mm碎石，两种碎石按表1配比进行掺配即可满足空隙率的要求；为降低混凝土中水的用量同时保持混凝土的保坍性能，减水剂的选用非常关键，通过比选多个厂家的减水剂，最终选用了河北三楷减水剂对混凝土进行保坍，明显改善了混凝土的工作性，坍落度、含气量等各项指标均能满足要求，经过多次试验有效保坍可控制在2 h以内，满足目前施工需求，最终确定的混凝土的配合比如表1所示。

表1 C40细石纤维混凝土配合比 单位：kg·m-3

4.2 混凝土的拌和及运输

由于“三低一高”混凝土性能对水的含量比较敏感，对保证玻璃纤维的完好率要求较高，且混凝土最佳施工时间较短，因此，较之普通混凝土的拌和及运输，主要注意以下事项。

1)在拌和开始前首先要检测骨料的含水率，含水率高于正常指标不得使用，否则会造成混凝土坍落度升高的现象。

2)通过多次试验，最好搅拌时间定为：“3+1”方式进行搅拌，即混凝土拌和物搅拌3 min后投入纤维，然后再搅拌1 min，既可以保证混凝土性能，又能保证玻璃纤维的完好率。

3)纤维混凝土坍落度比较敏感，罐车里残留的少量水，会造成坍落度明显的增大，导致混凝土坍落度超出100 mm，通过反复试验，采用砂浆润罐，可以有效地避免该问题的发生。

4)每辆混凝土罐车的运输量不要超过6 m3，否则运输量过大，而该混凝土最佳施工时间较短，现场施工无法及时消化，会导致多余的混凝土性能下降，无法保证防水保护层的施工质量。

5)实际施工中发现出机坍落度在120 mm左右的混凝土，1 h内运输至现场后坍落度降至85 mm左右，为解决该问题，笔者项目部通过站内试验发现，混凝土入罐后在拌和站内停1 h坍落度基本无损失，由此可见，交通运输条件对混凝土保坍影响较大，因此，施工前应对混凝土运输路线进行规划，尽量利用既有公路，并对部分便道进行整修、平整，可以降低混凝土坍落度的损失速度。

4.3 保护层施工

待沥青卷材敷设完毕之后进行保护层的浇筑，保护层浇筑前不要对卷材顶面进行润湿，否则混凝土坍落度会有较大的提升，导致混凝土性能下降。项目部通过在马友营河特大桥上的反复试验最终总结出保护层施工工艺如下。

1)考虑到混凝土垂直及水平运输的难度，项目部根据现场施工条件，设计并制作了布料机，布料机主要由料斗、发动机、变速箱、行走架加工而成，可以视现场施工场地决定加工尺寸。在桥墩较低处等吊车可以掉料上线的位置，用吊车吊料斗放置在自制的布料机上，布料时要采取多点布料，每5 m范围内布料点不少于二处。

2)多点布料后立即进行摊铺，采用人工摊铺，每个摊铺面不得少于4名工人，用铁锹、锄头等小工具铲料，采用反扣的方式进行摊铺，摊铺厚度比事先标出的标高线高出约5 mm即可。

3)摊铺完成后，用平板振捣器进行振捣，由于防水层的位置位于两线底座板之间，为保证振捣质量、提高振捣效率，可以用整块钢板，两侧焊接平板振捣器，组成一个可移动的振捣平台，钢板设置好横向坡度，并设置走行轮，沿预先设置的纵向标高控制轨道行走，行走速度1.5 m/min，来回振捣二遍。

4)振捣完成后，立即进行收面，自中间往两边收面，确保横向坡度满足要求；第一次收面完成后5 min，立即进行第二次收面，第二次收面要对保护层边缘进行补充振捣，保证边缘部位强度，并用遮阳板覆盖；25 min后进行第三次收面，此次收面过程中要根据设计要求再预留伸缩缝，伸缩缝间距以4 m为宜；最后一次收面在第三次收面完成后5 min时开始，此次收面完成后，立即用遮阳板进行覆盖。

5)保护层浇筑过程中，边缘部位是振捣的薄弱点，混凝土凝固后易产生收缩裂缝。通过现场反复试验，笔者项目部通过用平抹对边缘进行插捣的方式，可以有效地防止裂缝现象的发生，布料时预留5 cm的插捣量，用抹子插捣密实后，立即拍打收面，可以有效地防止裂缝。

控制要点：施工前卷材表面温度不大于40℃；入模温度≤30℃，环境温度≥40℃时禁止施工，收面次数不少于4次；收面完成后及时用遮阳板覆盖，可以降低水分蒸发速度。

4.4 保护层养护

最后一次收面完成后1 h，开始进行洒水，洒水厚度控制在1 mm左右，即表面湿润又无流水迹象即可，洒水后立即用节水保湿养护膜进行覆盖，该养护膜附有吸水树脂，吸收水分后能长久保湿，在机场施工中大量应用，应用在该处既能保证良好的养护效果，又能节省人工成本。

控制要点：注意节水养护膜的保护，避免上面附着的保水粒子脱落，影响保水效果；节水养护膜上方加盖一层草席或土工布，顶部洒水可保证不被大风吹落，后期由于节水保护膜已吸附在混凝土表面，可以不用额外洒水，养护时间28天。

4.5 伸缩缝嵌缝

伸缩缝位置的处理同样非常重要，如果处理不当，导致后期嵌缝材料脱落，雨水进入后受冻胀影响，极易导致混凝土开裂、剥离，造成安全隐患。为保证嵌缝质量，经项目部多次试验，通过比较聚氨酯、硅酮等多种材料的嵌缝效果，最终选用硅酮材料进行嵌缝，硅酮在混凝土碱性环境下具有良好的耐久性，且后期抗反复收缩、膨胀的效果最好。嵌缝施工时要注意缝内必须用吹风机吹干，并涂刷界面剂；伸缩缝的宽厚比应≥1；硅酮灌注顶面要高出混凝土顶面约1 cm；硅酮灌注完成后的7天内禁止人员踩踏。

5 结 语

通过对严寒地区桥面防水保护层施工技术的研究，形成了目前这套成熟的施工工艺，使得防水保护层的施工质量有了很大的提高，经过一个冻融期后，通过跟踪调查，采用该工艺施工的防水保护层未发现开裂现象，解决了严寒地区防水保护层易开裂、粉化击打列车的问题，为列车安全运营消除了一大隐患。