公路桥梁伸缩缝排水方案设计比选

王利光，祁江波，李盛洋

(1.武汉青山长江大桥建设有限公司 武汉市 430019；2.湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉市 430051)

1 工程背景

随着我国公路桥梁事业的发展，特别是各种跨江(河)、跨海大桥及高架桥的建设越来越多，作为桥梁重要组成之一的伸缩缝，是桥面构造中直接与桥梁服务功能有关的重要部件之一，为保证伸缩缝的安装，应在桥梁端部浇注钢纤维混凝土与桥面沥青铺装层衔接，如果钢纤维混凝土与沥青铺装层交接面未设置排水设施，仅依靠桥梁道路表面进行排水，那么雨后桥面渗水流趟到伸缩缝混凝土端部与桥梁沥青路面交接处的内部，无法排出，就会在沥青铺装空隙内部大量积存[1]。

通过对伸缩缝处病害产生的原因及过程进行分析，如何及时排出伸缩缝处积水，避免在车轮碾压下产生破坏路面端头处的局部动水压力成为设计考虑的问题之一。

2 设计解决方案

为保证伸缩缝位置处桥面沥青铺装层的渗水有效排除，提高桥面结构层的耐久性，需要在钢纤维混凝土与沥青层交接处布置排水设施。为此，结合武汉北四环、武汉南四环、武嘉高速武汉段及青山长江大桥引桥段等不同线路的项目实际情况，设计提出了几种伸缩缝排水解决方案，现分别介绍如下：

2.1 方案一 设置碎石盲沟结合竖向排水方案

该方案桥梁伸缩缝排水设计具体措施为：在与伸缩缝槽口相结合的桥面混凝土现浇层中，设置预留横桥向排水盲沟，排水盲沟深度为35mm，宽度为100mm，内填充碎石。排水盲沟口两边的现浇层面坡度均为5%朝向沟口，盲沟靠桥边护栏端头处安装直径Φ50mm竖向排水管[2]。沥青铺装层施工完毕后，该处路面渗水可以向排水盲沟内汇集，经排水盲沟沿横坡往桥边经由竖向排水管往下排出(如图1)。

图1 伸缩缝设置盲沟方案排水立面图(单位：mm)

2.2 方案二 设置纵、横向排水圆管直接排水方案

该方案中横向水管固定在沥青路面层与桥面混凝土层结合处端头，通过横向管汇集层间渗水，再通过纵向水管排出。其中横向水管采用Φ30mm硬塑管，在管壁上按等间距钻孔，方便层间水流入，同时横向排水管施工时包裹无纺布，防止施工过程中钢纤维水泥浆流入(如图2)[2]。

图2 伸缩缝设置纵、横向排水方案图(单位：mm)

2.3 方案三 设置结合层处角钢成孔横向排水方案

本方案桥梁伸缩缝排水构造较为简单，其主要措施是在沥青路面层与桥面混凝土结合端头处，横桥向安装角钢一根，该角钢用于孔道支撑成型并拦截汇集端头流出的层间水，浇注伸缩缝钢纤维混凝土后，该处形成横桥向排水孔道。路面水下渗至混凝土上的防水层后，沿纵坡向低处汇集，从层间结合处进入角钢孔道内，再顺横桥向坡度引入侧边桥面排水沟(如图3)[4]。

图3 伸缩缝设置角钢成孔方案排水立面图(单位：mm)

2.4 方案四 利用“毛细水”设置横向麻绳排水方案

考虑到伸缩缝处的积水为沥青层间渗水，不会短时间形成明显汇流，该方案利用“毛细水现象”设置有效的引流通道将渗水及时排出。方案具体措施为：在沥青路面与桥面混凝土结合层端头位置，沿结合处端头防水层高度，横桥向通长设置一根麻绳作为毛细引水通道，麻绳直径为Φ20mm，采用钢钉固定，直接浇注埋置在伸缩缝混凝土中，其尾端露出至桥面排水沟(如图4)。

图4 伸缩缝设置横向麻绳方案排水立面图(单位：mm)

3 方案比选分析

分析以上四种伸缩缝排水解决方案，方案一、方案二设计均是先横断面汇集路面下渗的层间水，再连接竖管排出。方案涉及到碎石盲沟、竖向管、横向开孔管道等不同管径安装，施工较为复杂。方案一中碎石盲沟在沥青铺装层下，盲沟口两边5%坡度需要精细施工，盲沟连接的竖向排水管需要在梁体中进行预埋，相应增加了前期施工工序。方案二管道安装较多，其中横向管需在管壁开孔，且安装时要紧贴沥青与桥面混凝土结合处，但实际很难密贴，尤其是要保证管道在后续浇注伸缩缝混凝土时完全不被水泥浆渗入堵塞，这也会极大增加施工难度。方案二一旦发生横向管道的局部堵塞，排水效果则大打折扣。

方案三与方案四措施均较为简单，但思路不同。方案三采用角钢刚性支撑成孔，层间水直接进入角钢形成的三角形横向孔道内，沿横桥向坡度排出，排水路径清晰。该方案施工简单，但与方案三中的横向排水管一样，需要考虑角钢刚好与结合层处位置密贴，且后续浇注混凝土时水泥浆不会流入角钢堵塞孔道。方案四则采用柔性的麻绳形成毛细排水路径，麻绳固定施工工序简单，且在后续浇注施工时麻绳的毛细孔径不会完全堵塞，排水路径能长期保持通畅。此外，在后期运营的车辆碾压下，前三种方案中的管道、角钢等均可能会产生破坏，但方案四中麻绳柔性好、适应变形能力强，麻绳在层间水浸润腐蚀后于混凝土和沥青铺装层的角落处形成孔洞，方便渗入的层间水排除。汇总对四种方案在施工难易程度、排水效果及经济性三个方面的分析结果，如表1所示。

表1 伸缩缝排水方案比选分析表

综合比较四种方案及排水效果，方案四具有明显的优势。

4 结语

针对当前高速公路桥梁伸缩缝积水导致的损坏问题进行了原因分析，结合病害治理的实际预防措施，对不同的设计方案进行了详细介绍，对各方案实施的关键技术点作了说明。通过对四个方案在施工难易程度、排水效果、经济性等方面作了对比分析，得出了在混凝土与沥青铺装层交界处布置麻绳的方案(方案四)最优的结论。对公路桥梁伸缩缝排水方案的分析可为类似项目的设计施工提供一定的经验参考与借鉴。