嚴寒地區高速鐵路橋面防水保護層施工技術優化

楊金成

摘要：高速鐵路橋面滲水是造成橋梁結構損傷與破壞的一大病害，而橋面防水保護層是提高橋面防水耐久性的重要工序，一般采用C40纖維混凝土對橋面防水進行保護。由于橋面防水保護層厚度厚度較薄（4cm～8cm），受溫度變形較敏感，容易產生裂縫而滲水，在冬季嚴寒水的凍脹作用下，會使保護層裂縫逐漸變大以使混凝土剝落，影響高速鐵路行車安全。本文結合我公司承建的京沈客運專線遼寧段TJ-8標橋面防水保護層施工，通過對保護層混凝土原材、配合比、施工以及構造四個方面進行優化改進，提高嚴寒地區高速鐵路橋面防水保護層的抗裂性和耐久性。

Abstract： Water seepage on the bridge deck of high-speed railway is a major disease that causes damage and destruction of the bridge structure， and the bridge deck waterproof protective layer is an important process to improve the waterproof durability of the bridge deck. C40 fiber concrete is generally used to protect the bridge deck waterproofing. Because the thickness of the waterproof protective layer on the bridge deck is thin （4cm ～ 8cm）， it is sensitive to temperature deformation， and it is easy to produce cracks and seepage. Under the frost heaving effect of the cold water in winter， the cracks in the protective layer will gradually increase to make the concrete peel off， which will affect the safety of high-speed railway operation. This article combines the construction of the TJ-8 standard bridge deck waterproof protective layer construction of the Liaoning section of the Beijing-Shenzhen Passenger Dedicated Line contracted by our company， and optimizes and improves the concrete raw materials， mix proportion， construction and structure of the protective layer， so as to improve the crack resistance and durability of the waterproof protective layer of high-speed railway bridge deck in severe cold area.

關鍵詞：嚴寒地區;高速鐵路;橋面防水保護層

Key words：? severe cold region;high-speed railway;bridge deck waterproof protective layer

中圖分類號：U443.33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0131-03

1? 工程概況

京沈鐵路客運專線遼寧段TJ-8標段起訖里程DK502+328.55～DK537+873.53，全長35.545km，其中橋梁12座20864.01延長米，占線路總長度的58.7%;橋面防水采用：防水卷材+C40細石纖維混凝土，橫向排水坡度4%;位于遼寧省阜新市境內，歷年年平均氣溫8.1℃，歷年極端最低氣溫-27.1℃，凍土深度1.4m，夏季光照紫外線強，春秋季節大風，冬季嚴寒。

2? 嚴寒地區防水保護層現狀

我國嚴寒地區已建成的哈大高鐵、盤營客專等高速鐵路，橋面防水保護層的病害主要為剝落、粉化、開裂、離縫等問題。（圖1～圖4）

3? 混凝土劣化原因分析

橋面防水保護層混凝土劣化原因主要有如下幾個方面：

①原材料方面：直接采用線下一般結構用混凝土原材料來生產具有較高性能要求的防水混凝土。

②配合比方面：沒有按防水混凝土的配制要求進行橋面防水混凝土的設計。

③施工方面：采用泵送法進行防水混凝土輸送與澆灌，導致振搗成型后的混凝土出現泌水、離析。

④構造措施方面：保護層混凝土厚度不足，排水坡施做不到位。

⑤混凝土不密實、開裂，在冬季嚴寒條件下，受循環凍融的影響。

4? 防水保護層施工技術優化

橋面防水層纖維混凝土施工質量的優劣，直接影響橋梁的使用壽命、影響高速鐵路行車安全。為了提高橋面防水保護層施工質量，解決橋面防水保護層病害，本文從原材料、混凝土配合比、施工方法、構造措施四個方面加以改進優化。

4.1 加強原材料篩選和質量控制

①采用C3A、C3S含量、比表面積、混合材種類及摻量穩定的水泥，并嚴格進場檢驗;

②當骨料的針片狀顆粒含量較高時，應采用專用設備對粗骨料進行整形、分級處理。據統計骨料整形和級配優化處理后可降低空隙率5%～8%，混凝土在保持相同工作性的前提下，可減少膠凝材料用量30kg/m3左右。

③選用具有保坍、增稠、防離析、防泌水、質量穩定性能特點的高性能減水劑。

④引氣劑不可混合在減水劑中使用，應獨立設罐并按設計配比添加，確保混凝土含氣量穩定。

4.2 混凝土配合比優化

本次施工采用“低膠凝用量、低用水量、低坍落度、高含氣量”的 “三低一高”方案配制混凝土：粗骨料空隙率 ≤38%、膠材用量≤360kg/m3、 玻璃纖維摻量≥2.8kg/m3、用水量≤140kg/m3、坍落度≤140mm、入模含氣量：4%～6%、初凝時間： ≥14h、3天抗壓強度≤20MPa、保塌時間在2小時左右，滿足長距離運輸要求。

4.3 施工過程控制及施工方法改進

①骨料含水率實時監測，混凝土配合比動態調整;

②嚴格控制混凝土入模坍落度、含氣量、溫度;

③為了保證混凝土的勻質性、入模塌落度，以吊車斗送取代泵車泵送混凝土方式，制作線間布料機，合理設置布料點，單塊軌道板長度范圍內布料點不應少于2處（圖8-圖9）;

④根據橋面纖維防水混凝土結構尺寸及作業環境，加工制作混凝土振動整型一體機。底面按設計制作成4%的V字坡，可在鋼軌上行走，根據精調鋼軌調節高度。底面面板上安裝2個功率1.5kW，振動力700kg的附著式振動器。混凝土布料后，人工攤鋪，然后采用振動整形機進行振動并整型，混凝土邊角采用手持式振搗器對進補振。經過振動并整型后，混凝土厚度，橫向、縱向坡度均符合設計要求。

⑤采用多次抹面消除微裂紋。抹面是消除混凝土塑性階段龜裂紋的有效措施，當混凝土振搗完畢后表面可見水光消失開始抹面，嚴禁灑水壓光，抹面建議不少于4次。

⑥最后一次抹面10min內，手貼混凝土不黏手為宜，及時覆蓋節水保濕養護膜，并覆蓋竹膠板進行防風、遮陽，待混凝土強度大于5MPa后可移走竹膠板，用節水養保濕護膜連續養護14d。（節水保濕養護膜含吸水、保水顆粒，通過吸收混凝土揮發水分并鎖住水分，達到長效保濕養護的效果，其綜合成本低于普通養護劑或灑水養護。）

5? 優化防水保護層構造

①嚴格做好保護層混凝土橫向和縱向排水坡，保證線間不積水。在縱向坡度超10‰的橋梁，在泄水孔縱向下坡端50mm處設置橫向擋水堰，實施分區排水。

②為保證橋面排水暢通，在泄水管處的設置1：3的收水坡，以使積水快速留到泄水孔。

③泄水管處混凝土為應力集中點易開裂，斷縫設置時在每個泄水口設斷縫，再根據設計按不大于4m一道平均設置斷縫。斷縫采用定尺方鋼（1cm寬，2cm高），壓入后用小抹子進行精細處理，防止混凝土伸縮縫混凝土上凸，影響縱向排水。

6? 效益分析

6.1 經濟效益

傳統方法：每個作業面配備工人15人，吊車1臺或泵車1臺，平板振動器2臺，在保證保護層厚度、橫向坡度、縱向坡度、混凝土密實度的前提下，平均每天僅能完成1.5孔32.6m箱梁，月完成1467延長米。

技術優化后：每個作業面配備工人15人，吊車1臺，布料小車1臺，振搗梁1臺，在保證保護層厚度、橫向坡度、縱向坡度、混凝土密實度的前提下，平均每天可以完成3孔32.6m箱梁，月完成2934延長米。

以京沈項目為例，橋梁12座20864.01延長米，架設都有一個班組施工的前提下，傳統方法需施工14.2月，技術優化后需施工7.1個月。

節約人工費為：7.1*15*5000=532500元。

節約機械費（按租賃）：1臺*27000元/月*7.1月=191700元。

全標段可節約人工和機械成本72.4萬元。

6.2 社會效益

嚴寒地區高速鐵路橋面防水保護層的技術優化，通過在公司京沈客專遼寧段TJ-8標應用，使得標段橋面防水保護層優質、快速地完成，質檢站、業主、監理的檢查中多次受到表揚，為公司贏得了名譽，為類似工程施工提供了參考。

7? 結論

嚴寒地區高速鐵路橋面防水保護層施工，通過對原材料、混凝土配合比、施工方法、構造措施四個方面的技術優化，經過公司京沈客專遼寧段TJ-8標施工實踐證明，橋面防水保護層剝落、粉化、開裂、離縫等問題得到了解決，同時提高了橋面防水保護層施工質量，加快了施工速度，降低了施工成本，減少了后期病害的維修費用，為高速鐵路安全運營提供了保障，可以在嚴寒地區橋面防水保護層施工中推廣應用。

參考文獻：

[1]中國鐵道科學研究院鐵建所研究員謝永江對高速鐵路橋面防水封閉層混凝土施工技術培訓教材.

[2]京沈客專遼寧公司發布的《橋面防水層施工指導意見》.

[3]高速鐵路常用跨度梁橋面附屬設施，圖號：通橋（2016）8388A，中國鐵路總公司，2016年11月發布.