市政設(shè)施維護(hù)新技術(shù)應(yīng)用后評估
——以橋梁伸縮縫改造項(xiàng)目為例

黃 玲 劉飛強(qiáng) 蔡文豪 曹一翔

（1．廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510500；2．廣州市中心區(qū)交通項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，廣東 廣州 510030）

為提升城市居民生活環(huán)境、達(dá)到“品質(zhì)城市”的建設(shè)目標(biāo)，近年來廣州市優(yōu)選了多項(xiàng)市政設(shè)施維護(hù)新技術(shù)，先后在廣州市內(nèi)多個市政道路、橋梁開展試點(diǎn)。其中，為滿足橋面變形的要求，通常在橋梁梁端之間、梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置上設(shè)置伸縮縫。而橋梁伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)，容易破壞而且維護(hù)成本高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，在運(yùn)營過程中，橋梁缺陷發(fā)生在伸縮縫的占比達(dá)16%，維修費(fèi)用占比超過整體費(fèi)用的20%，且頻繁的維護(hù)將嚴(yán)重影響交通暢通與安全[1]。其次，普通伸縮縫易造成車輛行駛時不平順，產(chǎn)生突跳與噪聲[2]。無縫伸縮縫相比于普通伸縮縫，能使橋梁結(jié)構(gòu)無縫化，使橋面銜接平整，汽車駛過平穩(wěn)無跳車感[3]。本文對橋梁無縫伸縮縫改造項(xiàng)目進(jìn)行可行性及實(shí)用性評估，以系統(tǒng)、客觀地分析和檢查該技術(shù)的應(yīng)用對項(xiàng)目所產(chǎn)生的效益、作用和影響，總結(jié)該技術(shù)在各個方面相對于原有技術(shù)的優(yōu)勢與不足，以確定目標(biāo)是否達(dá)到，檢驗(yàn)技術(shù)是否合理及技術(shù)應(yīng)用是否成功，并確定該新技術(shù)的適用范圍，為下一步推廣應(yīng)用提供指引。

1 工程概況

本文以廣州某高架橋伸縮縫改造項(xiàng)目為例。該高架橋?yàn)閱蜗騼绍嚨溃珮蛟O(shè)置有100多條伸縮縫，原伸縮縫材料為普通C型伸縮縫。由于全橋加鋪薄層瀝青后，在伸縮縫位置留存了與原伸縮縫等寬、高差2 cm的縫隙，在行車經(jīng)過時，輪胎處有較大的聲響，不僅影響了橋梁整體的使用性能，且影響了行車質(zhì)量和附近居民的生活質(zhì)量，原伸縮縫效果圖如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目施工前伸縮縫效果圖

為提升行車舒適性、降低伸縮縫處的行車噪音，需平順瀝青加鋪后路面與原路面高差，且能滿足橋梁伸縮縫的變形要求。其次，由于該高架橋日常通行交通壓力大，高架橋兩側(cè)有眾多居民樓，為減少施工對交通的影響，要求安排在夜間施工，且施工時對周邊環(huán)境影響小，施工后可快速開放交通等。

根據(jù)中央及廣東省委省政府關(guān)于《加快建設(shè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展先行省的意見》，以及《廣州市系統(tǒng)推進(jìn)全面創(chuàng)新改革試驗(yàn)行動計(jì)劃（2016～2018年）》的相關(guān)文件精神，本項(xiàng)目采用新技術(shù)——無縫伸縮縫進(jìn)行項(xiàng)目改造試點(diǎn)。采用的無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要工作原理是在橋梁梁端間隙中填入特殊的高彈性密封膠與專用骨料混合成黏稠狀伸縮縫填充混合物，面層采用高彈灌縫混合料，具有可變形性，能滿足由于溫度和載荷引起的橋梁變形。

圖2 無縫伸縮縫結(jié)構(gòu)示意圖

2 項(xiàng)目實(shí)施全過程總結(jié)與評估

選取同期修復(fù)的無縫伸縮縫和普通伸縮縫進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施過程橫向比對，以客觀評價各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)劣。

2.1 項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)要點(diǎn)

無縫伸縮縫改造項(xiàng)目施工之前，要求仔細(xì)觀察結(jié)構(gòu)物或橋梁連接部狀態(tài)并測算施工深度和寬度，無縫伸縮縫設(shè)計(jì)寬度、深度與原伸縮縫寬度之間的關(guān)系見表1。因此，對于原伸縮縫完好、平整且間距小于80 mm的伸縮縫，可直接進(jìn)行無縫伸縮縫施工改造；而對于原伸縮縫破損、型鋼變形嚴(yán)重、縫距大于80 mm的伸縮縫，采取整體砸除后重做普通伸縮縫，本項(xiàng)目采用HDC-80型進(jìn)行修復(fù)。

表1 無縫伸縮縫設(shè)計(jì)寬度、深度與原伸縮縫寬度之間的關(guān)系/mm

2.2 項(xiàng)目施工工藝流程

無縫伸縮縫與HDC-80型伸縮縫的施工工藝流程如圖3所示。HDC-80型伸縮縫的整體鑿除修復(fù)施工需要對縫區(qū)進(jìn)行大面積開砸，還需要進(jìn)行分布筋、錨筋以及預(yù)埋鋼筋等的處理，施工過程耗時費(fèi)力，施工噪聲大。而無縫伸縮縫以原伸縮縫為中心，兩邊對稱切割加鋪瀝青至水泥橋面，將原伸縮縫清理干凈后即可鋪設(shè)無縫伸縮縫，鋪設(shè)工序簡單易操作，無須使用特殊設(shè)備，耗時短，施工噪聲小，且能滿足快速開發(fā)交通的要求。因此，無縫伸縮縫施工工藝流程具有顯著的優(yōu)勢。

圖3 施工工藝流程圖

2.3 原材料性能檢驗(yàn)

HDC-80型伸縮縫不涉及特殊原材料，無縫伸縮縫原材料包括環(huán)氧樹脂、瀝青、瀝青混凝土粗集料等，其中瀝青與瀝青混凝土粗集料與橋梁加鋪的薄層瀝青材料一致，符合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）等相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求即可，而環(huán)氧樹脂材料的檢驗(yàn)檢測應(yīng)符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)要求。本項(xiàng)目的環(huán)氧樹脂材料檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，表明該材料的各項(xiàng)規(guī)格和參數(shù)均滿足技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，能滿足橋梁變形的要求。

表2 環(huán)氧樹脂材料性能檢驗(yàn)結(jié)果

2.4 項(xiàng)目施工質(zhì)量驗(yàn)收

項(xiàng)目改造完成后效果圖見圖4，可知無縫伸縮縫實(shí)施后橋面外觀色差小、橋面平整度良好，無縫順接，滿足行車無顛簸跳動；HDC-80型伸縮縫處過渡平整，與原路面高差小，亦大大降低了行車顛簸。由此可見，該改造項(xiàng)目均滿足設(shè)計(jì)要求，特別是無縫伸縮縫改造項(xiàng)目，能顯著提升行車舒適性。

圖4 伸縮縫改造施工后效果圖

2.5 項(xiàng)目運(yùn)行現(xiàn)狀

項(xiàng)目實(shí)施一年后，對伸縮縫的外觀、與原路面高差、滲水系數(shù)、行車噪聲等參數(shù)進(jìn)行檢測。外觀檢測采用目測法，結(jié)果表明，無縫伸縮縫與HDC-80型伸縮縫的外觀狀況良好，均未出現(xiàn)破損情況；與原路面高差采用三米直尺量測，每條縫測2點(diǎn)，檢測結(jié)果表明無縫伸縮縫與HDC-80型伸縮縫的路面高差均為毫米級，但無縫伸縮縫平整度較優(yōu)；滲水系數(shù)采用滲水儀測量，每條縫測5點(diǎn)，結(jié)果表明無縫伸縮縫不滲水，而普通伸縮縫直接漏水；行車噪聲采用聲級計(jì)，取5 s時間內(nèi)，車內(nèi)測試噪聲的平均值，結(jié)果表明無縫伸縮縫處的行車噪聲峰值較HDC-80型伸縮縫的噪聲峰值低7.7 dB，且無縫伸縮縫滿足城市一類環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，HDC-80型伸縮縫滿足城市二類環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)[4]，即無縫伸縮縫對于降低行車噪聲優(yōu)勢明顯。不同類型伸縮縫的技術(shù)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表3。由此可見，無縫伸縮縫的各技術(shù)性能指標(biāo)明顯優(yōu)于HDC-80型伸縮縫。

表3 項(xiàng)目技術(shù)性能檢驗(yàn)結(jié)果

3 項(xiàng)目效益與可持續(xù)性評估

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施全過程資料，對無縫伸縮縫和普通伸縮縫項(xiàng)目效益和可持續(xù)性進(jìn)行橫向比對。

3.1 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益

首先，無縫伸縮縫由于施工工藝上的簡捷性，改造施工每晚可以完成約42 m，而HDC-80型伸縮縫整體鑿除修復(fù)每晚僅能完成約7 m，表明無縫伸縮縫的改造施工能大大縮短工期、降低人力物力成本。且該高架橋伸縮縫改造項(xiàng)目原計(jì)劃工期為20 d內(nèi)完成，采用無縫伸縮縫改造后，總施工工期僅為15 d。其次，無縫伸縮縫改造費(fèi)用與HDC-80型伸縮縫整體鑿除修復(fù)費(fèi)用見表4，表明對于等長度的伸縮縫，采用無縫伸縮縫改造施工所需費(fèi)用比HDC-80型伸縮縫整體鑿除修復(fù)所需費(fèi)用低40%左右。

表4 無縫伸縮縫與HDC-80型伸縮縫施工費(fèi)用

3.2 項(xiàng)目資源環(huán)境效益

無縫伸縮縫施工不需要大量使用型鋼、錨筋、面筋等材料，施工過程快捷方便，節(jié)約了一定的資源與能源。且相對于HDC-80型伸縮縫整體鑿除修復(fù)而言，無縫伸縮縫改造施工過程除清縫外，基本無揚(yáng)塵；除切割加鋪瀝青結(jié)構(gòu)至設(shè)計(jì)寬度和深度外，不涉及產(chǎn)生噪聲的儀器設(shè)備，對周邊環(huán)境影響相對較小，施工改造后的行車噪聲小，亦減少了聲污染。

3.3 項(xiàng)目社會效益

無縫伸縮縫改造施工速度是HDC-80型伸縮縫整體鑿除修復(fù)施工速度的6倍，表明無縫伸縮縫能快速完工，且無縫伸縮縫的面層材料為瀝青混合料，鋪筑后即可開放交通，增加了通行效率；無縫伸縮縫改造無須進(jìn)行鑿除施工，對橋梁結(jié)構(gòu)性能影響小，對周邊環(huán)境影響??；無縫伸縮縫平整度高、行車噪聲小，提升了行車舒適性和改善了附近居民的生活質(zhì)量，且無縫伸縮縫處不滲水，解決了普通伸縮縫橋面漏水污染橋底和降低混凝土耐久性的難題。

3.4 項(xiàng)目可持續(xù)性

無縫伸縮縫填充混合料的四點(diǎn)彎曲疲勞壽命高達(dá)200萬次，其壽命一般為5～8年，降低了伸縮縫的維修頻次；普通伸縮縫再改造需要對縫區(qū)大面積切割和鑿除，而無縫伸縮縫改造可鏟除破損的面層結(jié)構(gòu)層后重新修復(fù)，施工過程方便快捷，使得其具有良好的可改造性；且無縫伸縮縫除對縫間填充的環(huán)氧樹脂材料要求高外，對其他修復(fù)材料的限制不高，具有較好的可持續(xù)性。

4 項(xiàng)目總體評估

4.1 基本評估

項(xiàng)目基本評估等級分為“合格”和“不合格”兩級。結(jié)合伸縮縫改造項(xiàng)目基本目標(biāo)要求和技術(shù)要求對無縫伸縮縫改造試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行基本評估。其中，基本目標(biāo)要求為本項(xiàng)目改造的預(yù)期目標(biāo)要求，技術(shù)要求為規(guī)范或設(shè)計(jì)對項(xiàng)目的要求。各項(xiàng)指標(biāo)與評估結(jié)果見表5。

結(jié)果表明全部評估指標(biāo)均合格，由此判斷該高架橋無縫伸縮縫改造試點(diǎn)項(xiàng)目達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)和新技術(shù)實(shí)施目標(biāo)要求。

4.2 綜合評估

采用層次分析法[5]對無縫伸縮縫進(jìn)行綜合評估分析。綜合評估指標(biāo)應(yīng)以現(xiàn)場檢測、施工過程、技術(shù)說明、養(yǎng)護(hù)情況、專家問卷調(diào)查等資料為基礎(chǔ)，按照層次分析法的基本思想，按照目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（C）和指標(biāo)層（P）構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，如圖5所示。

圖5 層次結(jié)構(gòu)模型圖

采用專家判斷加權(quán)方法，分別構(gòu)造出各層次的判斷矩陣以及相應(yīng)的權(quán)重，包括目標(biāo)層各指標(biāo)的相對重要性評價和準(zhǔn)則層各指標(biāo)的相對重要性評價，評價標(biāo)度分為A更重要、同等和B更重要，兩個指標(biāo)的重要程度共劃分為5個等級；并結(jié)合項(xiàng)目檢測報告以及項(xiàng)目現(xiàn)場觀測進(jìn)行專家評分，專家評分按照百分制原則進(jìn)行，各指標(biāo)權(quán)重和評分的分段優(yōu)劣等級見表6。

表6 項(xiàng)目指標(biāo)權(quán)重和評分等級劃分

本項(xiàng)目各指標(biāo)的專家評分結(jié)果見表7。將各評估指標(biāo)得分與對應(yīng)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，計(jì)算得到無縫伸縮縫改造試點(diǎn)項(xiàng)目的綜合評分為90.00分。結(jié)果表明無縫伸縮縫改造在該高架橋上的應(yīng)用是“完全成功”的。

表7 評估指標(biāo)評分結(jié)果

5 結(jié)語

本文以廣州某高架橋采用新技術(shù)——無縫伸縮縫的應(yīng)用項(xiàng)目為例，對實(shí)施并運(yùn)行一段時間的市政設(shè)施改造項(xiàng)目進(jìn)行后評估，主要結(jié)論有：

（1）無縫伸縮縫施工工序簡單易操作，施工速度、施工噪聲、改造費(fèi)用等均優(yōu)于普通伸縮縫，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和資源環(huán)境效益；

（2）無縫伸縮縫填充混合料試驗(yàn)壽命一般為5～8年，且項(xiàng)目再改造較普通伸縮縫簡單快捷，除縫間填充材料有特殊要求外，對其他修復(fù)材料對瀝青和瀝青混凝土粗集料的要求不高，具有良好的可持續(xù)性；

（3）無縫伸縮縫改造項(xiàng)目完工后，有效改善了路面平整度、降低了行車噪音、提升了行車舒適性和減弱了對周邊環(huán)境的影響，且項(xiàng)目基本評估中的各項(xiàng)指標(biāo)均合格，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)和新技術(shù)實(shí)施目標(biāo)要求；項(xiàng)目綜合評估中評定等級為“完全成功”；

（4）結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施全過程評估以及項(xiàng)目效益與可持續(xù)性評估，該無縫伸縮縫對于急需降低行車噪音、受施工工期、施工環(huán)境噪聲限制等特殊要求的伸縮縫改造項(xiàng)目具有一定的推廣價值，但要求原伸縮縫完好、平整，型鋼沒有發(fā)生過大變形且伸縮縫間距小于80 mm。