鐵路框架橋積水原因與整治方法

宋 亮

(北京京鐵清尚建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100069)

鐵路平交道口改立交工程一般采用頂進(jìn)框架橋的形式。隨著頂進(jìn)框架橋數(shù)量的增多和使用年份的增長，也出現(xiàn)了一些問題，框架橋內(nèi)積水就是其中一個很重要且很棘手的問題。下穿鐵路框架橋由于處于自然地面以下，自然降雨、雨季地下水位升高、附近地表水匯流倒灌等原因造成框架橋內(nèi)積水嚴(yán)重的情況經(jīng)常發(fā)生。不僅阻斷了鐵路兩側(cè)的交通，對周邊居民的出行造成了嚴(yán)重的影響，框架橋交通中斷也使部分周邊居民翻越鐵路護(hù)欄穿行鐵路，人身安全沒有保障，必然給鐵路聲譽(yù)造成不良影響。并且框架橋內(nèi)積水浸泡鐵路路基也給路基的安全造成隱患。基于以上原因，針對不同的情況采取不同措施有效地減少鐵路框架橋內(nèi)積水，保證框架橋正常使用已成為鐵路部門急需解決的問題。本人結(jié)合實(shí)際工作對框架橋積水情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查研究，針對不同的積水原因和實(shí)際情況，分別提出框架橋積水的不同整治方法，并在實(shí)際工程進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果。

1 框架橋積水情況

積水嚴(yán)重的框架橋普遍建成于20世紀(jì)90年代或更早，橋梁主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，漿砌片石擋墻或混凝土擋墻，橋內(nèi)及兩側(cè)引道采用水泥路面。由于當(dāng)時的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足以及歷史條件、資金等的限制，這類框架橋梁對于排水設(shè)計(jì)普遍存在一定的缺陷，造成這一部分框架橋或多或少存在積水問題。通過歸納總結(jié)，框架橋的積水狀況可以分為以下三類。

第一類為框架橋內(nèi)常年積水。此類情況為橋梁所在地的地下水位較高，地下水位常年位于橋梁底面以上。地下水在水壓力的作用下，從路面、擋墻的縫隙滲透到框架橋內(nèi)，使得框架橋內(nèi)常年積水。

第二類為框架橋內(nèi)雨季積水。與常年積水橋梁不同，此類橋梁表現(xiàn)為只在雨季出現(xiàn)積水的情況，雨季過后積水現(xiàn)象就會消失。此種積水橋梁主要與地下水位的季節(jié)性變化有關(guān)，一到雨季降雨增多，雨水下滲補(bǔ)給了地下水源，使得地下水水位上升超過了框架橋底板，地下水通過引道、邊墻的縫隙滲入框架橋形成積水。等到雨季過后降雨減少，對地下水的補(bǔ)給不足，地下水位就會逐漸下降，當(dāng)?shù)叵滤唤档娇蚣軜虻酌嬉韵?，橋梁?nèi)的積水就會消失。橋內(nèi)積水表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性(圖1)。

圖1 雨季框架橋內(nèi)積水情況

第三類為框架橋只有在大雨過后才會出現(xiàn)橋內(nèi)積水現(xiàn)象。此類橋的橋內(nèi)積水一般與地下水水位的升降無關(guān)，表現(xiàn)為降雨中和降雨過后，周圍的雨水匯集都流向了地勢相對較低的框架橋內(nèi)部。短時間內(nèi)大雨的積水匯聚到框架橋內(nèi)部，由于泄水孔阻塞或設(shè)計(jì)流量過小造成雨水無法及時排出，加上抽排不及時而形成積水。如果遇連續(xù)降雨天氣，橋下積水就會表現(xiàn)得特別嚴(yán)重。

2 框架橋積水原因

1)進(jìn)行平改立框架橋設(shè)計(jì)時對地下水位的變化情況考慮不足。對多年的水文條件的變化，如當(dāng)?shù)氐暮恿鞲牡?、水利設(shè)施的建設(shè)、灌溉條件與灌溉方式的變化等認(rèn)識不夠，使得地下水位上升侵入框架橋造成積水。

2)進(jìn)行平改立框架橋設(shè)計(jì)時對地質(zhì)情況如淤泥質(zhì)軟土等認(rèn)識不足，橋梁引道在多年的使用中產(chǎn)生了不均勻沉降，從而造成局部的裂縫、破損漏水。引道伸縮縫材料經(jīng)過十幾年的凍融循環(huán)老化，伸縮縫防水失效造成接縫漏水。

3)框架橋在引道設(shè)計(jì)時沒有設(shè)置防水檻、反坡或由于多年使用使得防水檻、反坡破損失去其基本的作用，使得橋梁的匯水面積增大。降水過后周圍雨水全部匯聚框架橋內(nèi)部，造成積水。

4)有些框架橋雖然設(shè)有泄水口、泵站等排水設(shè)施，但由于養(yǎng)護(hù)管理不到位，致使排水口被淤泥雜物阻塞，不能發(fā)揮作用。泵站抽水泵抽水不及時、水泵故障等原因造成積水。

3 框架橋積水整治方法

3.1 增設(shè)鋼筋混凝土U形槽

對于橋梁所在地地下水位較高常年積水的框架橋，最好采用增加鋼筋混凝土U型槽，以封閉地下水，徹底解決反水問題。

如京滬線某立交橋，此橋?yàn)?孔4 m框架橋，凈高為3.22 m，是鄉(xiāng)村道路連接G104國道的重要通道。橋梁兩側(cè)引道為水泥混凝土路面，磚砌低擋墻，擋墻上自然放坡，擋墻、混凝土路面破損嚴(yán)重，擋墻部分倒塌侵入路面。橋梁地勢較低，一側(cè)引道跨越一條當(dāng)?shù)睾恿?。此處地下水位長期較高，河流滲水到橋內(nèi)，在框架橋內(nèi)長期存積。

該框架橋處地勢相對平坦?？紤]到與原地形的結(jié)合做如下設(shè)計(jì):在地下水位以下部分新建鋼筋混凝土U形槽引道結(jié)構(gòu)封閉地下水，在地下水以上部分采用漿砌片石護(hù)坡更好地?cái)M合原地形，中間設(shè)置流水槽，以避免護(hù)坡上的雨水流入U(xiǎn)形槽，同時引道的頂端設(shè)置鵝頭反坡，減少雨水從引道流入的可能。整治方案如圖2所示。

新建混凝土U形槽可以有效地封閉地下水，解決地下水和附近河流反水的問題，是行之有效的解決框架橋積水的方法。但由于新建U形槽是整體結(jié)構(gòu)，在修建的過程中需要對道路進(jìn)行全程斷交，且施工工期較長，對交通影響很大。對原有擋墻等設(shè)施需要全部拆除會造成一定的浪費(fèi)，U形槽引道的整體投資也較高。由于存在以上缺點(diǎn)，對于擋墻等結(jié)構(gòu)物比較高大且功能良好的框架橋，拆除工程量巨大，經(jīng)濟(jì)效益不佳。

3.2 復(fù)合土工膜防水

圖2U型槽加砌石護(hù)坡標(biāo)準(zhǔn)斷面(鋼筋直徑單位:mm;其余:cm)

如京哈線某立交橋，此橋?yàn)?孔6 m框架橋，凈高4 m，重力式混凝土擋墻。橋梁積水原因主要為雨季地下水上升，地下水從擋墻和路面接縫、路面破損處、伸縮縫滲入橋內(nèi)形成季節(jié)性積水?？紤]到此橋的混凝土擋墻較高，擋墻完整且具有良好的隔水功能，如做整體U形槽工程量巨大，施工工期長，公路不能正常使用需要修建臨時便道。設(shè)計(jì)最后建議采用復(fù)合土工膜結(jié)構(gòu)封閉地下水，即對于擋墻和路面接縫處采用新建混凝土連接凹槽，一方面連接擋墻封閉滲水，另一方面連接復(fù)合土工膜，將土工膜澆入凹槽固定，使擋墻凹槽復(fù)合土工膜形成整體，達(dá)到和整體式U形槽同樣的防水效果。復(fù)合土工膜作為一種防滲材料，具有密度較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好等特點(diǎn)?；谝陨咸攸c(diǎn)復(fù)合土工膜在河堤、大壩防滲得到了廣泛的應(yīng)用，對于鐵路框架橋防水也有很好地利用價(jià)值和利用前景。復(fù)合土工膜防水如圖3所示。

圖3 復(fù)合土工膜結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位:mm)

采用復(fù)合土工膜結(jié)構(gòu)治理框架橋內(nèi)積水可以很好地保留和利用原擋墻結(jié)構(gòu)，避免拆除浪費(fèi)。同時，土工膜結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)可以減少剛性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)接縫漏水的困擾且攤鋪可以分片進(jìn)行，對公路正常使用的影響相對較小，也可以有效地節(jié)約投資，是框架橋積水整治的良好方法。

3.3 疏導(dǎo)措施

對于那些受地下水影響小，只在瞬時降雨量較大而積水的框架橋，則可以采用以疏導(dǎo)為主的措施，即在框架橋的最低處設(shè)置集水井，在框架橋外側(cè)空地修建蓄水池，用排水管將集水井和蓄水池相連。如果遇到降雨，框架橋內(nèi)雨水就可以通過排水管將框架橋內(nèi)雨水排到蓄水池內(nèi)存積，避免框架橋內(nèi)積水。對于蓄水池內(nèi)積水要加強(qiáng)抽排和管道的疏通避免阻塞。此種方法投資最省，但需要加強(qiáng)管理保證排水管通暢和蓄水池內(nèi)積水及時抽排。

4 結(jié)語

1)對于那些常年地下水位較高的地段，不論是新建和積水整治改造，推薦選用U形槽引道方案，徹底封閉地下水。

2)對于季節(jié)性積水框架橋，積水整治方案要慎重考慮多方面因素，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，還要考慮對交通、環(huán)境的影響綜合確定最優(yōu)的治理方法。

3)要注意引道末端、引道周圍的情況，盡可能地減小框架橋的會水面積，減小橋梁積水的壓力。

4)要確保鋼筋混凝土的質(zhì)量，避免不均勻沉降、溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫等病害。盡可能地采用高效可靠的新材料、新技術(shù)，以保證行車安全、經(jīng)濟(jì)效益和可靠的治理結(jié)果。

5)要加強(qiáng)排水設(shè)施的管理和維護(hù)，明確管理單位和管理人員，明確各自分工職責(zé)，確保排水設(shè)備和排水設(shè)施的正常和有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。

框架橋排水設(shè)施雖然是框架橋的附屬設(shè)施，但對橋梁的正常使用起著至關(guān)重要的作用，在框架橋的設(shè)計(jì)中不可忽視?？蚣軜騼?nèi)積水的原因各不相同，治理時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況的不同，因地制宜找出最佳的設(shè)計(jì)方案，有效治理積水，保證框架橋的通暢。

［1］北京鐵路局豐潤工務(wù)段.2011年消除下穿立交橋積水改造工程可行性研究報(bào)告［R］.唐山:北京鐵路局豐潤工務(wù)段，2011.

［2］陳偉章.U型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用于高地下水位的地道橋引道工程的實(shí)踐［J］.市政技術(shù)，1991(4):8-12.

［3］顧淦臣.復(fù)合土工膜或土工膜堤壩實(shí)例述評［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2001(2):27-32.

［4］李麗.如何做好道路立交排水設(shè)計(jì)［J］.建筑安全，2010(5):53-55.