浅谈桥梁结构水损害的原因分析及处置措施

黄贺洪

安徽省交通控股集团有限公司养护管理中心 安徽合肥

摘要：通过对桥梁结构出现水损害的调查，分析水损害造成的影响及桥梁各部件出现水损害的原因，提出解决桥梁结构水损害的处置措施，为桥梁防水的设计、施工、养护提供参考建议。

关键词：水损害；桥梁部件；原因；措施；建议

混凝土碳化是混凝土中的氢氧化钙与渗透进混凝土的二氧化碳或其他酸性气体在水环境中发生化学反应的过程。混凝土碳化会导致混凝土碱性降低，破坏混凝土组成，使钢筋表面钝化膜遭到破坏，最后发生锈蚀。氯离子侵蚀指的是氯离子在水的作用下从外界环境侵入已硬化的混凝土的过程。氯离子侵蚀会引起混凝土膨胀反应，最后钢筋锈蚀，整体结构发生破坏。

以上两种常见腐蚀虽说反应方式不同，归根结底却存在相同的因素，那就是水。混凝土结构长期暴露在外，与水的接触更是必不可少，腐蚀的不断发生，也让人们意识到混凝土防水的重要性。而在长大桥梁中，大量应用钢结构，钢结构的涂层及钢材受水的影响程度远远大于混凝土结构。

通过对马鞍山长江大桥主桥及引桥水损害情况的调查发现，桥梁水损害分为室外与室内两大部分，室外水损害主要包括伸缩缝、盖梁、支座、湿接缝、箱梁斜腹板、主桥承台，室内防水主要部位包括钢筋混凝土梁内部、钢箱梁内部、主桥塔柱内部、鞍罩、锚室及主缆内部等。水损害的直接表现是混凝土开裂、剥落、钢结构涂层老化剥落、钢材锈蚀直至结构破坏，严重影响桥梁结构使用的安全性和耐久性。

一、室外水损害

室外水损害主要原因是桥梁直接接触的雨水、江水与污水，而这些水含有各种酸、碱物质，会侵害桥梁混凝土结构。

1. 伸缩缝。目前国内大部分伸缩缝未设置集中导水装置，同时因为橡胶止水带老化、破损等原因，使得盖梁、支座、梁端头等部位直接受到了雨水冲刷，造成混凝土水蚀，加速支座橡胶老化或钢结构锈蚀加速，影响其耐久性。伸缩缝的防水应在设计阶段就要得以重视，增加集中导水设计；在伸缩缝施工中常常因为施工比较随意，缺少严格的质量验收，导致橡胶止水带未安装紧密、接头处未闭合等现象，所以，在建设期应加强对伸缩缝的质量验收；运营养护期间，因为车辆的通行，往往对脱落、损害的止水带不能及时处置，应加强检查，加强与交警、路政、运营管理单位的沟通，做到集中处置，以最大程度减少水损害。

（二）湿接缝。经过现象调查，箱梁底部出现渗水、漏水现象最普遍的是在湿接缝位置，而湿接缝的防水处置也是全国桥梁施工的难题。湿接缝渗水、漏水主要原因有，一是施工中往往采用对拉螺杆方式吊模，施工完成后会在混凝土上预留对拉螺杆孔；二是湿接缝浇筑完成后未能得到及时、充足的养生，导致混凝土收缩较快，形成收缩裂缝；三是混凝土振捣不密实，存在空洞或者空隙；四是湿接缝受车辆荷载长期反复左右，形成裂缝。湿接缝的防水应在建设期从管理层面要求使用湿接缝滑模托架施工技术等新技术，新技术的应用可避免留下预留孔，同时也能够显著缩短施工周期,有效的保证外观质量。

（三）箱梁斜腹板。箱梁斜腹板受到水蚀，主要是因为桥面预留泄水孔导致，部分直落式泄水管底部预留长度不足且未安装集中排水管，另外，部分泄水管与箱梁预留孔之间存在间隙，施工期内未对这些空隙进行防水处理，雨水从泄水管管口或缝隙处直接流到梁底沿梁底、斜腹板流淌，导致水损害。对这类水损害情况，应从设计角度考虑，明确泄水管与预留孔之间的填充材料及方法。在建设期，管理单位也要高度重视，及时提出变更方案并加强验收工作。在运营养护期，可对现有泄水管采用乳化沥青（大量）或聚硫密封胶（少量）等材料进行填塞。

（四）主桥承台。主桥承台长期处在长江水域内，受江水直接浸泡、冲刷，根据对马鞍山长江大桥左汊悬索桥的调查，中塔承台外表面出现了较多的裂缝、混凝土剥落、钢筋露筋锈蚀等现象，除了因为施工质量的原因，水蚀的影响也不可忽视。对于该类长期浸泡或直接受水冲刷的部位，可定期对混凝土表面进行缺陷修复后，采用混凝土防水涂料进行涂刷，如今的混凝土防水涂料中，大部分都是环氧类、聚氨酯类等成膜涂料，成膜涂料即是指涂料涂刷在混凝土表面后，能够在其上形成致密的保护膜，阻止水的进入。这种材料短期效果显著，然而在使用3至5年，就会出现空鼓、玷污、变色，影响保护效果，最终造成防水措施失效，发生腐蚀现象。成膜性涂料固然优点显著，却没有考虑到混凝土是一种多孔性基材，同时混凝土自身在服役过程中也会向外界排出潮气，这两种情况都会导致保护膜的起鼓、破坏，水与混凝土结构直接接触。为了能够达成长久防护的目的，可采用更有效的方式才能满足。卡本硅烷浸渍涂料，是与成膜性涂料相对的浸渍型涂料，是更加经济、有效、耐久的防水涂料，如卡本硅烷材料，卡本硅烷并非在混凝土表面形成保护膜，而是渗透入混凝土中，与混凝土结构发生反应，赋予混凝土憎水性，保证内部湿气排出的同时也能阻隔外界水的进入，一般防腐寿命达到20年。

二、室内水损害

室内水损害主要原因是室内存在渗漏水孔，导致水流入，形成积水等。室内防水主要工作还是防水堵漏。

（一）钢筋混凝土梁内部。存在箱室结构的钢筋混凝土梁形式多样，一般有预制空心板、预制小箱梁、整体现浇箱梁、节段梁、双边箱梁等，而这些梁出现水损害的直接原因是梁出现了渗漏水现象，根本原因是桥面铺装防水体系失效或遭到破坏。经调查，渗漏水最普遍的位置为预留孔洞、对拉螺杆孔，其次还有裂缝、张拉槽口二次浇注接缝、节段梁拼接缝、梁端头伸缩缝等。针对钢筋混凝土梁内部的防水措施，在施工期间往往忽视对预留孔的处理，在桥面铺装施工前，应做好预留孔的密封工作，管理单位应加强对其密封性的验收。养护中，发现渗水、积水现象，应以引导排水为主，防止盲目封堵导致桥面铺装积水损害。

（二）钢箱梁内部。马鞍山长江大桥左汊悬索桥钢箱梁在梁端处出现了较严重的积水现象，经调查，积水原因为桥面路灯底座处渗水，大雨时，雨水沿着路灯杆流至法兰盘处，通过法兰盘螺栓间隙及路灯预留线孔流入箱内。钢箱梁内积水除了因为预留孔渗水外，还有可能因为健康监测系统外站空调排水等原因，一旦出现积水现象，会加速钢结构涂层的劣化、钢结构母材的锈蚀，并导致除湿机持续工作，增加能耗。针对钢箱梁防水，可以使用聚硫密封胶对预留孔、螺栓间隙进行封堵，能够达到预期效果。另外还应加强对箱内设施设备的管理，定期清理冷凝水等。在设计阶段，设计单位应充分考虑钢箱梁防水，合理开设线孔，做到防水综合设计。

（三）混凝土塔柱内部（包括横梁）。混凝土塔柱及其横梁内部发生水损害主要原因是预埋通风孔、预埋线孔、对拉螺杆孔与预留检查人孔的渗水，雨水沿着塔柱外部墙壁流入预埋通风孔或直接从预留检查人孔们缝隙处流入。针对长大桥梁塔柱内部的防水，应在设计阶段就要充分考虑，合理留设预留孔，塔柱通风孔可设置往塔外侧方向斜向下的孔道，塔柱横梁预留人孔的门应该考虑防水措施，添加防水橡胶条等。在建设期，就应对对拉螺杆孔进行封堵，可采用环氧树脂胶。对于在役桥梁，可通过在塔内设置PVC弯头，弯头自由端开口朝上，可防止雨水流入。对预留人孔的门可加装橡胶防水条或橡胶止水带进行封堵。

（四）钢塔柱内部（包括横梁）。钢塔柱及鞍罩内出现水损害，主要原因是预留人孔处的漏水，大到暴雨时，塔柱外侧高强螺栓也会出现渗水现象，另外，由于塔内未安装除湿系统，也会出现冷凝水现象。针对钢塔柱的防水，预留人孔与混凝土塔柱处置措施相同，但是，对于螺栓及除湿系统，是否可以考虑塔柱外侧连接高强螺栓使用带有防水垫圈螺栓，在钢塔柱内增设除湿系统，因为，目前长大桥梁的除湿系统主要是针对主缆、钢箱梁的除湿，很少涉及对钢塔柱的除湿，钢塔柱是桥梁永久性的不可更换的重要承重部件，承担着传递、抵抗竖向荷载的作用，部分桥梁设计为钢混叠合体系，采用无粘结钢绞线连接，而如何保证钢绞线不发生锈蚀，也是需进一步探究的严峻问题。

（五）悬索桥锚室。悬索桥锚室出现水损害主要是因为锚室顶门、主缆入口、对拉螺杆、预留通风孔等位置渗水，特别是在暴雨季节，锚碇四周及其中间广场内出现积水现象，雨水通过预留孔灌入锚室内。针对锚室防水，在设计层面，预留通风孔应设置在里地面较高的位置，锚室顶部门应增加防水橡胶条，主缆入口处可采用雨水膨胀橡胶条进行填塞，在锚碇外应单独设计排水系统，开设排水沟，选择合理的排水路径，锚室顶部盖板应增设防水设施，可满铺SBS防水卷材。施工阶段，对地面以上2m范围内的混凝土施工，应尽量使用预埋对拉螺杆，防止形成螺杆孔。养护阶段应加强对锚室渗水的检查，发现渗水现象，及时查找原因并采取有效措施进行防水。

三、索件防水

（一）斜拉索。国内大量采用HDPE作为斜拉索外护套层。使用后发现，由于梁端防水罩与斜拉索的结合不紧密，在振动环境下，防水罩与斜拉索结合处出现了缝隙，导致预埋管出现了进水现象，致使斜拉索锚具和内部钢丝出现了锈蚀，降低了斜拉索的耐久性和安全性。针对斜拉索防水，在设计阶段，应寻求HDPE护套与防水罩更好的连接方法，如采用电熔连接，在国内HDPE管电熔焊接技术已在给排水和燃气输送领域得到广泛应用，但此项技术却未在桥梁拉索领域应用，可以借鉴此技术，开展其在斜拉索防水罩领域的研究。养护阶段，应加强对斜拉索的检查，对防水罩本身及其余HDPE护套连接处密封性进行经常检查，及时更换防水垫圈及防水胶。定期进行开锚检查，一般可跟着定期检查一起检查，但是出现斜拉索HDPE护套破损的，应立即进行开锚检查，开锚包括斜拉索防水罩及端部防护罩的打开。

（二）吊索。吊索本身设计防水性较好，一般不会出现渗水现象，但由于部分吊索上锚头锚杯与护筒之间出现缝隙、PE护套开裂等原因，会导致吊索钢丝锈蚀等现象。针对吊索防水，应做好检查工作，对锚杯与护筒之间出现的缝隙及时采用聚硫密封胶进行封堵，PE护套开裂的吊索，应进一步检查吊索钢丝的锈蚀情况并组织专业队伍进行修复，对出现渗水现象的吊索，还应进行开仓检查。

四、结束

近年来，中国桥梁建设让世界惊叹，中国现在不断地建造着刷新世界纪录的公路、铁路新桥，高速公路桥梁建设尤其引人注目。截止2017年年末，全国公路桥梁833.25万座，其中特大桥梁4646座。与此同时，我国公路路网中步入维修期的在役桥梁也日渐增多，有超过10万座桥梁为危桥，在役桥梁安全和健康形式不容乐观。世界各国桥梁实际使用寿命美国43.2年，而中国仅有23.8年，提高桥梁耐久性俨然已经成为中国桥梁设计、施工及养护的重点工作。而桥梁结构水损害是影响桥梁耐久性的一个重要因素，研究桥梁结构的防水设计、施工及养护技术，解决桥梁受水侵蚀程度的问题，已经成为我们必须面对的课题，桥梁结构的防水应在设计、建设施工、养护等各个阶段都要得以重视，寻求解决措施。

参考文献：

【1】张恒，HDPE防水罩与斜拉索结合技术研究，重庆万桥交通科技发展有限公司，公路交通技术，第34卷第6期；

【2】郭卫琦，高等级公路桥梁结构防水技术探讨，山西省交通建设质量安全监督局，陕西建筑，第39卷第13期。