基于檢測數據分析的橋面排水系統優化方法研究

姬兵亮

（山西交通科學研究院集團有限公司山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030006）

1 研究背景

橋面排水系統是橋梁重要的附屬設施，是橋梁的重要組成部分，然而在橋梁運營中，由于設計、施工及養護的不到位，橋梁排水設施造成的橋梁病害較多，排水不暢導致橋面積水、滲水、漏水等影響橋梁的耐久性、運營安全甚至威脅橋梁結構安全。因此，通過對運營橋梁橋面排水設施檢測數據的分析，找出排水系統病害原因，探討在橋梁排水系統的設計、施工和養護方面應采取的優化方法和措施。

2 橋梁排水設施問題造成橋梁病害主要形式

在公路橋梁的外觀檢測中，發現由于橋梁橋面排水設施出現問題導致橋梁的病害很多，如泄水孔堵塞或排水不暢會導致橋面局部積水，降低車輛摩擦力，影響車輛安全通行；而積水、滲漏水造成的病害則更為普遍和影響深遠，會對橋梁的外觀、耐久性及結構長期的安全性造成十分嚴重的影響。橋梁檢測發現由積水、滲漏水造成的橋梁病害主要有：

a）橋面積水不但會影響行車安全和通行效率，也會導致混凝土鋪裝和瀝青鋪裝層長期受浸泡，強度降低，長期作用出現剝落坑槽。

b）預制空心板梁普遍存在鉸縫處滲漏水的現象，且兩側邊梁處鉸縫滲水更為嚴重，并且滲水嚴重侵蝕空心板梁，見圖1 所示。

圖1 空心板橋鉸縫滲水、腐蝕

c）整體式、空心板橋板邊外側往往受侵蝕比較嚴重，局部剝落露筋。

d）邊梁泄水孔附近局部受滲水侵蝕，剝落、鋼筋銹蝕，見圖2 所示。

圖2 泄水孔滲水造成梁腹板腐蝕剝落

e）橋梁伸縮縫處蓋梁、橋臺、橋墩和錐坡受滲水及流水侵蝕。

橋面來水污濁，內含各種污染物且冬季雪后除冰鹽會帶來較大腐蝕性，滲漏水問題將極大地影響橋梁的耐久性和使用壽命。

3 橋梁排水系統問題主要原因分析[1]

3.1 排水系統的設計不合理

作為附屬設施，公路橋梁橋面防排水設計一直得不到足夠的重視，導致很多橋梁防排水設計存在諸多問題，主要有以下幾個方面。

3.1.1 排水能力不足

設計時僅按照標準圖設計，沒有詳細考慮路線橫坡、縱坡、橋面寬度、橋址處降雨量信息等；沒有綜合考慮設置泄水管的位置、數量、管徑、型式、排水方式等；泄水孔或雨水口管徑過小、數量不夠或間距過大是造成大部分橋梁橋面積水的主要原因。再加上橋面上污染物的堵塞，導致橋梁運營過程中橋梁排水能力不足，雨水長期滯留或者飄灑、漫流等，造成局部構件或防護設施受雨水侵蝕和沖刷，雨水長期滯留排水緩慢造成橋面板滲水。如運城夏縣某橋梁橋面寬16 m，泄水管管徑設計僅為4 cm，且為橫排，泄水管貫穿1.5 m 寬的人行道，造成泄水管排水能力不足、堵塞和排水不暢，泄水管形同虛設，橋面人行道邊雨后長時間積水。

3.1.2 排水孔位置設置不合理

很多公路橋梁的泄水孔布置時沒有根據橋梁實際設計，僅按照標準圖設計固定間距。在現實中存在很多不合理的地方，如很多橋梁上跨公路及其他設施，在此上方設置泄水孔會嚴重影響橋下行車安全和設施安全，山西省最為典型的不利影響為雨水沖刷和冬季冰掛，因此上跨公路及其他設施時，在影響區段內不應設置直排泄水孔；再如山西省很多橋梁位于土質（黃土、粉土）陡邊坡上，這類邊坡抗沖刷能力低，位于陡邊坡上橋梁泄水孔雨水散排極易造成護坡、樁基嚴重沖刷，影響橋梁安全，見圖3 所示，因此，位于土質且為坡度較大區段的橋面排水應進行專門設計，采用集中排水結合橋下防排水工程綜合防治。

圖3 由于泄水孔泄水導致的橋梁地基沖刷、基礎沖刷、掏空

3.1.3 排水設施排水方式設置不合理

目前橋面排水設施排水方式應根據橋梁實際情況靈活選用，在實際應用過程中，部分橋梁由于選用了不合理的排水方式，導致泄水管失效，排水不暢。

這其中最為典型的就是設置人行道的橋梁，采取橫向排水方式，橫管長度過長，排水能力弱，極易堵塞失效，導致泄水管不能順利排水，形同虛設。

3.1.4 泄水管型式設置不合理

設計單位往往不對泄水管專門設計，僅按照標準圖選擇。許多泄水管型式不合理，如尺寸不足、伸出梁底過短（圖4），造成雨水漫流梁體；收水口高于梁頂等，導致瀝青面層層間水不能排除，雨水集聚，長時間造成面層水損。

圖4 橋梁泄水管過短

圖5 收水口高于梁頂，不能排除層間水

3.2 泄水管施工缺陷

作為附屬設施和橋梁工程的收尾階段，泄水管的安裝得不到各方重視，導致泄水管在施工中存在很多缺陷，導致泄水管排水不暢、散排或者無法排水，導致橋梁滲漏水。

施工中泄水管存在主要問題有：

a）遺漏、設置過短。個別橋梁施工中甚至遺漏了泄水管的安裝，而部分伸出梁體不夠等均導致雨水順泄水孔直接排至梁體，順梁而下排至橋下，最終導致梁體腐蝕。

b）泄水孔預留位置和尺寸不準確，安裝時暴力安裝導致主梁泄水孔周邊破損、漏筋、不密貼，后期滲水腐蝕，見圖6。

圖6 泄水管周邊破損、過短

c）收水口過高，導致瀝青層內的積水無法排出，長久會導致瀝青層過早損壞和橋梁滲漏水，見圖7所示。

圖7 泄水管收水口安裝過高

3.3 管理養護缺失

橋梁管理養護不當也是造成橋梁滲漏水的原因之一，如路面損壞坑槽等造成橋面局部積水，積水不能及時排出造成滲漏水，泄水管堵塞、銹蝕損壞等長期得不到修復也會造成橋梁滲漏水。

4 橋梁排水系統優化方法及措施[2]

4.1 確保橋梁充足的排水能力

根據橋梁寬度、縱橫坡坡度、排水型式等綜合計算確定泄水孔孔徑及間距并留有冗余，確保橋梁有足夠的排水能力，不至于由于橋面排水能力不足而導致橋面積水，同時橋面橫坡建議不低于1%，宜為2%。同時為便于疏通和不易于堵塞，建議泄水管內徑不低于10 cm。

4.2 根據橋梁實際確定排水設施位置

根據橋梁設計及運營及檢測中發現泄水孔存在的問題，總結如下：

a）橋梁上跨公路及其他設施時，在影響區段內不應設置泄水孔，而北方地區冬季寒冷結冰，集中排水方式極易于損壞，應慎重考慮選擇，如選擇則應保證其可靠性。

b）位于土質且為坡度較大區段的不宜設置泄水孔直排，建議采用集中排水（易于損壞）或者明溝排水。

c）預應力錨固塊（目前主要針對T 梁）周圍1 m范圍內不應設置泄水孔（為避免滲水后腐蝕預應力錨固塊影響結構安全）。

4.3 合理選取排水方式

目前橋面排水設施排水方式可以總結歸類為橫向排水、斜向排水、豎向排水、集中排水、盲溝排水、明溝排水、綜排系統這幾種，應根據橋梁實際情況靈活選用。根據調研結果，對常見橋梁推薦排水方式如下。

4.3.1 空心板橋

目前空心板橋常見的排水方式主要為橫向排水和豎向排水兩種，在應用中橫向排水效果不理想，尤其對有人行道的橋梁，其橫管往往被堵塞，排水能力受限。在調研的部分橋梁中采用豎向排水，通過加寬相應位置的絞縫寬度，排水管道預埋于絞縫內，檢查發現應用效果良好，排水管基本無堵塞，絞縫滲水程度輕微。應用效果見圖8 所示。因此，對存在帶人行道的空心板橋通過在絞縫內安裝直排泄水管是可行且應用效果理想的排水方式。但設計時應注意，泄水管伸出主梁宜不低于10 cm。

圖8 空心板橋采用直排式泄水管實例

對于采用防撞墻的空心板橋，由于絞縫位置不合理、空心板伸出翼緣板程度不夠或無翼緣板，因此不能采用直排泄水管型式，建議采用橫排或斜排型式（均埋入防撞墻內），而在應用中，斜排應用效果較好，建議優先采用，見圖9 所示。

圖9 斜向泄水管應用實例

4.3.2 T 梁橋及箱型梁橋

T 梁橋及箱型梁橋均存在較長的翼緣板，這類橋梁泄水孔一般采用豎向型式，如果安裝合適的話應用效果較好，但由于風力等原因仍會在泄水過程中飄灑主梁，近年來在此基礎上發展了豎彎型排水管（鐵路目前主要應用），可以將雨水排至遠離主梁的橋外，避免了雨水飄灑。豎向直泄水管及彎泄水管設計圖見圖10 所示。

圖10 彎泄水管及應用實例

4.4 泄水管型式的優化

許多泄水管型式不合理，如尺寸不足、伸出梁底過短、收水口高于梁頂等。因此設計單位在設計泄水管或選用泄水管時應根據橋梁自身構造尺寸特點選取或設計合適的泄水管型式。

主要考慮因素有：

a）確保足夠的長度，伸出梁體根據經驗宜不低于10 cm。

b）合理的內徑，不低于10 cm。

c）收水口高出梁頂混凝土部分應預留排水孔道，保證瀝青層內積水能排出橋面。或者泄水孔收水口直接預埋于混凝土調平層，比調平層略低1 cm 左右，如圖11。

圖11 泄水孔收水口直接預埋于混凝土調平層

d）為避免泄水飄灑主梁，出水口宜采用彎頭，設置外撇角，將水外排。

e）設計圖紙上應嚴格明確泄水管安裝程序，應在調平層混凝土澆筑時預先安裝，調平層施工時將泄水管澆筑其間，避免泄水管后裝周邊出現空隙而發生滲水現象。

4.5 排水盲溝、明溝及綜排系統的應用

在橋梁排水系統中推行排水盲溝工藝，在護欄底座（或防撞墻）內側邊緣位置設置碎石盲溝。瀝青混凝土橋面鋪裝一般分兩層攤鋪，下面層與護欄底座相接處設置寬度為10～15 cm，高度與下面層同厚的碎石盲溝，碎石粒徑為0.5～2 cm，用土工布包覆，并與泄水管相連接，形成完善的排水系統。這樣可高效地排出瀝青混凝土橋面的表面水和滲透水，有效減少橋面積水，避免橋梁滲漏水，山西省多條高速公路橋梁采用排水盲溝，運用良好。

由于橋下存在公路及其他設施無法采用直排，且不便于設置管道集中排水系統的橋梁可設置橋面排水明溝，在橋梁護欄邊緣設置寬25 cm 左右，深10 cm 左右的排水明溝并做好防水措施，將橋面積水引至固定地點排出。山西省目前在風陵渡黃河大橋（2010 年橋梁加固改造時實施）上應用了橋面明溝排水，應用效果良好，圖12 所示。

圖12 橋梁排水明溝示意

也可專門設置綜排系統，如運城市運寶黃河大橋設計了綜合排水系統，通過泄水管將水排至橋梁翼板下懸吊的大口徑HDPE 雙壁波紋排水管，利用橋梁縱坡將橋面積水引排至固定地點處理排放，成本較高，應用效果良好，在環境敏感地帶應用優勢突出。

4.6 確保排水設施安裝質量

如前所述，為避免泄水管在運營后滲水，主梁預制施工時嚴格按照設計位置預留泄水孔孔洞，并應考慮施工誤差，避免預留位置和尺寸錯誤導致后期泄水管安裝不上的情況發生；泄水管應在調平層混凝土施工前安裝，在調平層施工時將泄水管澆筑期間，收水口周邊修整為斜面，收水口應低于調平層1 cm 左右，注意在瀝青層施工時提前安裝濾水篦子；后安裝泄水管為避免滲漏水現象，建議人工鑿毛預留泄水孔空洞后用防水高強砂漿安裝泄水管，同樣應保證收水口低于混凝土層。