嚴(yán)寒地區(qū)橋面防水層施工技術(shù)

李 洋

(中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司,天津 300162)

0 前 言

隨著高速鐵路列車行駛速度的大幅提升，人們對(duì)高鐵列車安全運(yùn)行要求也越來(lái)越高，橋面防水層是橋梁施工必不可少的工序，關(guān)系到列車的運(yùn)營(yíng)安全，尤其是在防水層存在剛性保護(hù)層的情況，由于剛性保護(hù)層主要采用混凝土結(jié)構(gòu)，厚度僅4 cm左右，如果施工質(zhì)量不高，后期開裂、粉化、脫落，列車高速運(yùn)行時(shí)，極易擊打列車，直接影響列車運(yùn)營(yíng)安全。如何降低防水保護(hù)層開裂的機(jī)率，延長(zhǎng)防水保護(hù)層使用壽命，是解決該問題的關(guān)鍵。本文通過(guò)京沈客專施工為實(shí)例，對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)橋面防水層的施工技術(shù)進(jìn)行了研究、總結(jié)，該技術(shù)在京沈客運(yùn)專線遼寧段范圍內(nèi)進(jìn)行了全線推廣，有較強(qiáng)的借鑒價(jià)值。

1 工程概況

京沈客專遼寧段TJ-7標(biāo)正線全長(zhǎng)36.412 km，位于遼寧省北票市，歷史最低氣溫-29℃，屬于嚴(yán)寒地區(qū)，橋梁全長(zhǎng)18.89 km，橋面防水層設(shè)計(jì)采用柔性防水加剛性保護(hù)層的橋面防水復(fù)合形式，柔性防水采用瀝青防水卷材，剛性保護(hù)層采用C40纖維混凝土保護(hù)層，厚度4 cm。由于北票地處嚴(yán)寒地區(qū)，凍融對(duì)混凝土的性能影響較大，如果剛性保護(hù)層施工質(zhì)量不高，極易開裂、粉化、脫落，因此，如何提高剛性保護(hù)層混凝土性能及施工質(zhì)量是本文研究的重點(diǎn)。

2 如何提高剛性保護(hù)層混凝土的性能

鐵科院混凝土研究所的謝永江提出，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，可以有效降低混凝土開裂的概率，其主要原理是通過(guò)降低膠凝用量，降低用水量來(lái)降低混凝土的收縮率；通過(guò)降低混凝土的坍落度，避免混凝土振搗易出現(xiàn)的分層、離析、泌水等現(xiàn)象，從而解決表層出現(xiàn)大量浮漿易開裂的問題；通過(guò)提高含氣量來(lái)提高混凝土的抗凍性。主要方法是通過(guò)降低粗骨料的孔隙率來(lái)降低膠凝材料用量，采用具有保坍、增稠、防離析、防泌水的高性能減水劑來(lái)降低用水量，通過(guò)摻加引氣劑來(lái)提高含氣量。本文介紹“三低一高”混凝土作為橋面防水剛性保護(hù)層的施工技術(shù)。

3 “三低一高”混凝土的施工難點(diǎn)

“三低一高”混凝土具體的指標(biāo)要求是：膠材用量≤360 kg/m3、用水量≤140 kg/m3；出機(jī)坍落度≤100 mm；初凝時(shí)間≥14 h；3 d抗壓強(qiáng)度≤20 MPa，入模含氣量≥4%、≤6%。通過(guò)這些指標(biāo)不難看出，該混凝土較之普通混凝土還是有很大的差別，主要是膠凝材料用量低、碎石含量高、坍落度低、用水量低，這些特點(diǎn)導(dǎo)致該混凝土拌和、施工難度大，主要體現(xiàn)在以下方面。

1)要滿足“三低一高”的要求，首先要調(diào)試碎石級(jí)配、減水劑的摻入量、引氣劑的摻入量，需要反復(fù)試驗(yàn)才能總結(jié)出滿足要求的施工配合比。

2)混凝土的坍落度要求不大于100 mm，泵送混凝土無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只能采用吊車布料，在橋梁凈空比較高或橋下地形復(fù)雜的地段，混凝土的垂直及水平運(yùn)輸難度大，需要制作特別的工裝方能滿足施工要求。

3)由于混凝土對(duì)含水量及坍落度的要求較高，施工時(shí)對(duì)天氣及氣溫的要求較高，要制定切實(shí)可行的防風(fēng)、防雨措施。

4)為保證混凝土施工的連續(xù)性，必須保證混凝土的保坍性能，施工效率必須比普通混凝土澆筑效率要求高，因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面布置及物料運(yùn)輸要求較高。

4 “三低一高”橋面防水保護(hù)層施工技術(shù)

4.1 混凝土配合比

為保證“三低一高”混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)，首先碎石空隙率不得超過(guò)38%，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，要想空隙率低于38%，首先要對(duì)碎石進(jìn)行整形，整形完成后將碎石篩分為5～8 mm碎石與8～10 mm碎石，兩種碎石按表1配比進(jìn)行摻配即可滿足空隙率的要求；為降低混凝土中水的用量同時(shí)保持混凝土的保坍性能，減水劑的選用非常關(guān)鍵，通過(guò)比選多個(gè)廠家的減水劑，最終選用了河北三楷減水劑對(duì)混凝土進(jìn)行保坍，明顯改善了混凝土的工作性，坍落度、含氣量等各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)有效保坍可控制在2 h以內(nèi)，滿足目前施工需求，最終確定的混凝土的配合比如表1所示。

表1 C40細(xì)石纖維混凝土配合比 單位：kg·m-3

4.2 混凝土的拌和及運(yùn)輸

由于“三低一高”混凝土性能對(duì)水的含量比較敏感，對(duì)保證玻璃纖維的完好率要求較高，且混凝土最佳施工時(shí)間較短，因此，較之普通混凝土的拌和及運(yùn)輸，主要注意以下事項(xiàng)。

1)在拌和開始前首先要檢測(cè)骨料的含水率，含水率高于正常指標(biāo)不得使用，否則會(huì)造成混凝土坍落度升高的現(xiàn)象。

2)通過(guò)多次試驗(yàn)，最好攪拌時(shí)間定為：“3+1”方式進(jìn)行攪拌，即混凝土拌和物攪拌3 min后投入纖維，然后再攪拌1 min，既可以保證混凝土性能，又能保證玻璃纖維的完好率。

3)纖維混凝土坍落度比較敏感，罐車?yán)餁埩舻纳倭克?，?huì)造成坍落度明顯的增大，導(dǎo)致混凝土坍落度超出100 mm，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，采用砂漿潤(rùn)罐，可以有效地避免該問題的發(fā)生。

4)每輛混凝土罐車的運(yùn)輸量不要超過(guò)6 m3，否則運(yùn)輸量過(guò)大，而該混凝土最佳施工時(shí)間較短，現(xiàn)場(chǎng)施工無(wú)法及時(shí)消化，會(huì)導(dǎo)致多余的混凝土性能下降，無(wú)法保證防水保護(hù)層的施工質(zhì)量。

5)實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)出機(jī)坍落度在120 mm左右的混凝土，1 h內(nèi)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后坍落度降至85 mm左右，為解決該問題，筆者項(xiàng)目部通過(guò)站內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土入罐后在拌和站內(nèi)停1 h坍落度基本無(wú)損失，由此可見，交通運(yùn)輸條件對(duì)混凝土保坍影響較大，因此，施工前應(yīng)對(duì)混凝土運(yùn)輸路線進(jìn)行規(guī)劃，盡量利用既有公路，并對(duì)部分便道進(jìn)行整修、平整，可以降低混凝土坍落度的損失速度。

4.3 保護(hù)層施工

待瀝青卷材敷設(shè)完畢之后進(jìn)行保護(hù)層的澆筑，保護(hù)層澆筑前不要對(duì)卷材頂面進(jìn)行潤(rùn)濕，否則混凝土坍落度會(huì)有較大的提升，導(dǎo)致混凝土性能下降。項(xiàng)目部通過(guò)在馬友營(yíng)河特大橋上的反復(fù)試驗(yàn)最終總結(jié)出保護(hù)層施工工藝如下。

1)考慮到混凝土垂直及水平運(yùn)輸?shù)碾y度，項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，設(shè)計(jì)并制作了布料機(jī)，布料機(jī)主要由料斗、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、行走架加工而成，可以視現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地決定加工尺寸。在橋墩較低處等吊車可以掉料上線的位置，用吊車吊料斗放置在自制的布料機(jī)上，布料時(shí)要采取多點(diǎn)布料，每5 m范圍內(nèi)布料點(diǎn)不少于二處。

2)多點(diǎn)布料后立即進(jìn)行攤鋪，采用人工攤鋪，每個(gè)攤鋪面不得少于4名工人，用鐵鍬、鋤頭等小工具鏟料，采用反扣的方式進(jìn)行攤鋪，攤鋪厚度比事先標(biāo)出的標(biāo)高線高出約5 mm即可。

3)攤鋪完成后，用平板振搗器進(jìn)行振搗，由于防水層的位置位于兩線底座板之間，為保證振搗質(zhì)量、提高振搗效率，可以用整塊鋼板，兩側(cè)焊接平板振搗器，組成一個(gè)可移動(dòng)的振搗平臺(tái)，鋼板設(shè)置好橫向坡度，并設(shè)置走行輪，沿預(yù)先設(shè)置的縱向標(biāo)高控制軌道行走，行走速度1.5 m/min，來(lái)回振搗二遍。

4)振搗完成后，立即進(jìn)行收面，自中間往兩邊收面，確保橫向坡度滿足要求；第一次收面完成后5 min，立即進(jìn)行第二次收面，第二次收面要對(duì)保護(hù)層邊緣進(jìn)行補(bǔ)充振搗，保證邊緣部位強(qiáng)度，并用遮陽(yáng)板覆蓋；25 min后進(jìn)行第三次收面，此次收面過(guò)程中要根據(jù)設(shè)計(jì)要求再預(yù)留伸縮縫，伸縮縫間距以4 m為宜；最后一次收面在第三次收面完成后5 min時(shí)開始，此次收面完成后，立即用遮陽(yáng)板進(jìn)行覆蓋。

5)保護(hù)層澆筑過(guò)程中，邊緣部位是振搗的薄弱點(diǎn)，混凝土凝固后易產(chǎn)生收縮裂縫。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，筆者項(xiàng)目部通過(guò)用平抹對(duì)邊緣進(jìn)行插搗的方式，可以有效地防止裂縫現(xiàn)象的發(fā)生，布料時(shí)預(yù)留5 cm的插搗量，用抹子插搗密實(shí)后，立即拍打收面，可以有效地防止裂縫。

控制要點(diǎn)：施工前卷材表面溫度不大于40℃；入模溫度≤30℃，環(huán)境溫度≥40℃時(shí)禁止施工，收面次數(shù)不少于4次；收面完成后及時(shí)用遮陽(yáng)板覆蓋，可以降低水分蒸發(fā)速度。

4.4 保護(hù)層養(yǎng)護(hù)

最后一次收面完成后1 h，開始進(jìn)行灑水，灑水厚度控制在1 mm左右，即表面濕潤(rùn)又無(wú)流水跡象即可，灑水后立即用節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行覆蓋，該養(yǎng)護(hù)膜附有吸水樹脂，吸收水分后能長(zhǎng)久保濕，在機(jī)場(chǎng)施工中大量應(yīng)用，應(yīng)用在該處既能保證良好的養(yǎng)護(hù)效果，又能節(jié)省人工成本。

控制要點(diǎn)：注意節(jié)水養(yǎng)護(hù)膜的保護(hù)，避免上面附著的保水粒子脫落，影響保水效果；節(jié)水養(yǎng)護(hù)膜上方加蓋一層草席或土工布，頂部灑水可保證不被大風(fēng)吹落，后期由于節(jié)水保護(hù)膜已吸附在混凝土表面，可以不用額外灑水，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28天。

4.5 伸縮縫嵌縫

伸縮縫位置的處理同樣非常重要，如果處理不當(dāng)，導(dǎo)致后期嵌縫材料脫落，雨水進(jìn)入后受凍脹影響，極易導(dǎo)致混凝土開裂、剝離，造成安全隱患。為保證嵌縫質(zhì)量，經(jīng)項(xiàng)目部多次試驗(yàn)，通過(guò)比較聚氨酯、硅酮等多種材料的嵌縫效果，最終選用硅酮材料進(jìn)行嵌縫，硅酮在混凝土堿性環(huán)境下具有良好的耐久性，且后期抗反復(fù)收縮、膨脹的效果最好。嵌縫施工時(shí)要注意縫內(nèi)必須用吹風(fēng)機(jī)吹干，并涂刷界面劑；伸縮縫的寬厚比應(yīng)≥1；硅酮灌注頂面要高出混凝土頂面約1 cm；硅酮灌注完成后的7天內(nèi)禁止人員踩踏。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)橋面防水保護(hù)層施工技術(shù)的研究，形成了目前這套成熟的施工工藝，使得防水保護(hù)層的施工質(zhì)量有了很大的提高，經(jīng)過(guò)一個(gè)凍融期后，通過(guò)跟蹤調(diào)查，采用該工藝施工的防水保護(hù)層未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，解決了嚴(yán)寒地區(qū)防水保護(hù)層易開裂、粉化擊打列車的問題，為列車安全運(yùn)營(yíng)消除了一大隱患。