近年城市交通拥堵日益严重, 城市高架桥凭借其快速通行、维护方便、与地面道路能够形成立体贯通等诸多优点, 越来越多地应用于城市的环城快速、城市主干道。由于道路线形设计规范的要求和城镇道路通行的特点, 桥梁上不可避免地出现凹形竖曲线或立交对接处等容易形成汇水区的情况。

传统的桥梁排水方式有以下3种。

1) 在桥墩处布置落水管, 利用桥梁横坡分区域分流桥面的汇水。该方法最常用, 简单快捷, 缺点是经常出现管道堵塞、管道老化且箱梁伸缩造成管道破裂、排水能力弱等问题, 导致无法排除桥面积水或管道脱落后形成直落式排水, 对应的桥下地面道路经常出现损坏, 且对桥下行人、行车造成安全隐患。

2) 调整纵坡, 将桥面积水通过较大纵坡迅速汇入匝道处, 通过匝道流向地面。该方法排水速度快, 效果明显, 缺点是: (1) 经常出现秋冬季节匝道处的道路路面结冰, 影响道路通行安全; (2) 匝道的设置和桥梁纵坡的最低点不一定重合, 设置难度较大。

3) 设置纵向收水边沟, 通过埋设管道将水收集后流向附近的收水系统;优点是可以快速排水, 缺点是: (1) 纵向排水结构, 影响桥梁整体结构;当桥梁横坡不明显时, 往往导致积水无法进入边沟排走。 (2) 对于组合立交汇水区道路坡度比较复杂的情况, 纵向排水沟无法使用。

上述3种高架桥排水形式皆有优缺点, 经对雨期中的桥梁运行情况调查发现:强降雨时, 桥面往往出现较深积水, 直接影响车辆运行的安全性, 导致车速降低, 引发交通拥堵;同时, 桥边经车辆碾压飞溅的雨水直接飞落桥下, 轻则影响桥下行人交通, 重则引发安全事故, 更会对桥下路面结构造成冲刷性破坏。另外, 由于降雨初期雨水中含有大量污染物杂质, 若不能及时排走, 长时间停留桥面, 会对桥梁结构产生不利影响。冬季的北方地区, 即便是少量降水, 若不能及时排除, 更会导致道路结冰。上述情况的出现都会对桥梁的运行和寿命产生不良影响, 也会给交通效率和交通安全带来不良影响。

上述情况表明, 桥梁领域急需一种能充分应对复杂排水状况的新型排水结构形式。

郑州北三环快速化工程在北三环快速路与南阳路立交对接处, 设有北三环高架上下桥匝道及北三环立交右转匝道与南阳路立交右转匝道, 此处桥面引坡横断面最宽处达到58m。其中, 北三环立交右转匝道桥面高程在100.000m以上, 南阳路立交右转匝道桥面高程在98.000m以上, 北三环高架桥面高程在97.000~98.000m波动, 南阳路高架桥桥面高程在100.000m以上。北三环右转匝道桥面、南阳路主道桥面、南阳路立交桥面均高于北三环高架桥主道高程, 在此形成立交对接, 高架桥桥面存在凹曲线或反向边坡, 凹曲线或反向边坡往往会造成严重积水, 对雨水的排出极为不利。

此外, 高架桥桥面横坡受行车限制, 坡度相对较小, 且高架桥排水系统水落管管径相对较小, 排水能力较弱, 且高架桥水落管运营维护疏通不到位, 往往出现水落管堵塞, 由此会造成桥面存水, 引发桥面结构早期破坏现象。

在对现有高架桥排水系统现状进行充分调查的基础上, 研发了网络收水系统, 横向收水渠横向贯穿于高架桥桥面并设置于最低处汇流桥面雨水, 并通过纵向收水渠引流至雨水口连接井, 排入市政雨污水管线中的新型排水方式。

1) 工艺设计采用了简化结构、控制质量、加强排水的整体设计思路。横向截水渠沿道路宽度设置于桥梁凹形竖曲线或立交对接处, 且与两侧的纵向收水系统贯通, 有效解决了纵向收水沟、匝道引流无法解决的积水问题, 实现快速、全面收集整个路面的积水, 解决突降暴雨等快速汇水问题 (见图1) 。

2) 高架桥纵、横向收水渠工艺采用隧道一体式截水沟施工工艺进行收水渠和截水渠的一体式施工, 收水渠为框箅一体, 消除了收水箅框之间的撞击、箅框之间的高差和收水箅与箅壁的碰撞, 避免了以往横向截水渠、收水箅受频繁车辆荷载作用而出现的收水箅、截水渠损坏、跳车情况 (见图2) 。

3) 截水渠两侧安装不少于一联单箅式的可开启式收水箅, 作为截水渠清淤时使用, 位于车道两侧, 能有效减少车辆频繁碾压而出现损坏。

4) 在道路沥青面层下埋设滤管到横截沟, 不仅解决了路面排水, 同时也解决了道路或桥梁基层渗漏后残余水的问题, 降低了道路基层的水损破坏, 提高道路的使用年限。

1) 控制点引测布置

根据工程交桩资料及设计收水渠位置, 将测量控制点引测到现场附近并加以保护。

2) 收水渠放线

综合考虑收水渠形状、大小及下游收水管位置等因素及侧、平面位置, 按不放坡考虑。放线时可考虑将边线放宽20mm, 以便后续沟槽壁的修整及确保主体结构厚度。

3) 收水渠内墙面位置放线

收水渠内墙面放线采用垂球法。根据收水渠附近的控制点, 测设收水渠内墙边线, 在沟槽拐角处距相应沟槽边500mm左右的沟槽边外设控制点对边线进行定位, 以垂球法对内墙面进行控制。

1) 当收水渠位于道路结构中时, 可按照常规工艺进行开挖施工;当收水渠位于桥梁结构中时, 由桥梁主体设计单位进行结构断面设计;桥梁的两幅收水渠应贯通, 形成互补。

2) 深度控制应综合考虑设计要求及预留支管内底, 机械开挖到设计槽底高程以上200mm时, 进行人工沟槽壁修整, 确保沟槽壁平整、竖直。对于在高架桥中设立的整体式网络收水渠, 考虑挖出收水渠两侧加固结构位置, 加固结构单侧宽度以超出收水渠外缘300mm为宜。如图4所示。

3) 考虑到收水渠两侧路面下有渗水可能, 在横向收水渠和纵向收水渠的外侧增设引水管, 以吸收横向收水渠和纵向收水渠外侧的道路或桥梁结构沥青面层渗漏的水, 引水管高度不宜低于收水渠过水截面高度的1/5, 直径宜≥30mm;透水孔外端部设有反滤包, 反滤包设置于道路结构层内 (见图4中引水管) , 避免外围土体流失和渠内水流出。

1) 基础采用C30以上混凝土, 混凝土的浇筑高度为图2中的钢纤维混凝土和现浇混凝土的分界线处。

2) 确保收水支管管内底处的基础混凝土面比最远处结构内墙边的基础面低20mm以上, 以便收水渠收水。

3) 结构内墙外的基础面收成光面, 结构侧墙处的混凝土面收成毛面以便后续主体结构浇筑。

4) 浇筑后的基础混凝土要及时进行保湿养护, 并保持清洁。

1) 钢筋现场安装时注意预埋台身各部位预埋钢板、钢筋;排水箅两侧的钢筋应在浇筑首层混凝土时预埋到位, 一次成型。

2) 模板架设前对墙底现有混凝土进行凿毛处理。

3) 为避免脱模剂污染待浇筑的混凝土面, 脱模剂要在模板架设前涂刷完毕。

4) 模板架设时要充分固定, 防止浇筑过程中移位。架设后的模板要标记出混凝土浇筑高度, 浇筑高度H_J按下式计算:

式中:H_J为浇筑高度;H为完成后的收水渠底距路面高度;H_KB为所用一体收水箅高度。

1) 浇筑前根据整体式排水箅下部侧板上的开孔位置及排水箅在收水渠上的安放位置确定预埋钢筋位置。

2) 收水渠主体结构浇筑混凝土时应根据混凝土性质、生产、运输及工程现场实际情况等分层进行, 分层高度应在所用振捣设备的有效振捣范围内。

3) 使用混凝土振捣棒均匀振实。移动间距不大于振捣作用半径的1.5倍 (一般为300~400mm) 。振捣上一层时应插入下一层50~100mm, 以使2层混凝土结合牢固。振捣时, 振捣棒不得触及模板。浇筑混凝土应连续进行, 并应经常观察模板有无移动、变形或松动等情况, 发现问题应立即处理。

4) 最后一层浇筑时, 在振捣的同时可按预定位置插入预埋筋。预埋筋插入深度≥100mm, 露出混凝土面高度≥10mm。

1) 对于整体式收水箅, 在定位时要考虑已成收水渠的平面位置以及收水渠附近的路面高程及坡度。

2) 框箅平面位置确定可通过垂球法依照收水渠内墙面进行。整体式收水箅的高程调整采用在路面上架设平尺杆的方法进行, 平尺杆的长度须>3m。调整前, 清扫收水渠附近路面, 将平尺杆横跨收水渠, 以平尺杆下表面为标准通过在水箅下部加设小木楔的方法调整水箅高程。

3) 为保证收水渠框箅位置的准确, 平面定位与高程定位应重复多次。

1) 本工艺中的框箅固定是指框箅与主体结构之间的连接固定。收水箅之间的连接采用可更换式销接连接。

2) 框箅固定操作应在收水口框箅定位后进行, 固定收水箅时应同时和两侧的路面进行顺接、整平。

3) 植筋前先根据所用收水框箅结构形式在收水井主体结构上部表面进行植筋孔定位, 然后用冲击钻钻孔, 钻头直径要比钢筋直径大6mm, 孔深120mm。

4) 成孔后用空压机吹净孔中浮尘, 禁止用水清洗, 有条件时可用无水酒精擦拭孔壁, 以保证孔内干燥无积水。

5) 钢筋植入前需经除锈、除污、除水处理。用与所植钢筋相同规格的直钢筋外裹干净棉布蘸胶结材料插入植筋孔后紧贴植筋孔壁做环形转动后拔出。这样做可再次清除植筋孔中的残留浮尘, 确保胶结材料将钢筋和孔壁牢固黏结。然后正式向植筋孔中注入胶结材料, 达到孔深的2/3高度 (以插入钢筋后胶结材料上表面上升至稍微突出孔口而不溢流为准) , 均匀、缓慢、竖直插入所植钢筋, 确保钢筋被胶结材料均匀包裹。

6) 胶结材料固化后, 取连接钢筋弯成易于勾连的直角钩形, 穿过整体式收水箅侧板上的小孔, 将收水箅勾住, 连接钢筋另一端则与植筋 (或预埋筋) 焊接在一起。钢筋外露部分在施工前需做防腐处理。收水箅对侧也同样操作, 完成箅子与主体结构的整体式固定。

7) 收水渠的两侧应各安装至少一联单箅式的可开启式收水箅, 安装时应错开车辆轮迹线处。

1) 二次浇筑的目的在于强化收水渠周围路面, 确保收水渠更加坚固、安全。二次浇筑混凝土的高度宜≥250mm, 混凝土强度等级宜为C40。

2) 二次浇筑应在框箅固定后进行。

3) 在混凝土混合料的拌合过程中加入钢纤维进行拌合, 钢纤维混凝土拌合物应拌合均匀, 颜色一致, 不得有离析、泌水、钢纤维结团现象。

4) 浇筑过程中禁止因拌合料干涩而加水, 以保证钢纤维分布的均匀性和结构的连续性。钢纤维混凝土采用平板振捣器振捣后, 在人工收面阶段, 应拔除依然裸露出结构表面的钢纤维, 确保结构混凝土表面平整。

5) 钢纤维混凝土强化结构的上表面应和周围路面顺接。

根据天气情况在浇筑完毕后的8~12h对混凝土采取养护措施。养护时间根据工程需求及现场环境情况确定, 但应≥7d, 混凝土养护用水选用自来水。采用塑料布覆盖养护时应使混凝土覆盖完全, 并保持塑料布内有凝结水。

横向收水渠施工完成后, 将其下游通过管道与纵向收水渠连通。纵向的收水渠设置同常规雨水口做法, 负责收集道路纵、横坡汇水, 与横向箅式收水渠连通形成互补。

本工艺的研发在于提供一种城市快速路高架桥汇水区网络式收水系统施工工艺, 解决城市桥梁凹形竖曲线或立交对接处等容易形成的汇水区, 无法采用匝道引流、纵向收水沟等常规工艺解决排水的问题。本工艺具有如下优点。

1) 结合现有的排水工艺, 提出了一种网络式的收水系统, 利用新型网络式收水渠, 解决了汇水区无法流入纵向收水沟和通过匝道引流的积水、单一收水系统无法满足收水功能的情况。

2) 采用本工艺纵、横向收水渠施工时, 收水篦和收水渠的结合施工采用了桥梁伸缩缝的施工工艺, 避免了以往设置横向收水渠、行车带内收水井等收水系统因受车辆频繁荷载作用而出现的收水系统两侧道路、收水篦损坏等情况而引发的问题。

3) 透水孔的设置使得纵、横向收水渠不仅解决了路面排水, 同时也解决了道路或桥梁基层渗漏后残余水的问题, 提高了道路的使用年限。

4) 由于横向收水渠沿道路宽度设置, 因此可以快速、全断面地截断整个路面的纵向汇水, 对解决突降暴雨等快速汇水情况效果比较明显;根据桥面横坡的要求, 在桥梁两侧布置纵向排水渠, 可有效收集桥面汇聚区的雨水。

5) 收水渠采用的框篦合体式收水篦子, 消除了常用框篦分离式收水篦子因频繁受到车辆荷载而引起的噪声污染、安全事故;收水渠端部非行车带内设置的可开启式收水篦子, 则满足了收水渠清淤功能;同时, 也大大提高了道路的整体服务质量。

6) 外观质量、整体坚固度均有大幅度提升, 更能有效延长维护周期、降低维护成本、减少噪声、保障行车舒适度及行车安全以及确保排水效果, 其长远的经济、社会效益非常可观。