城市风景线的品质升级——城市核心区高架桥更新关键技术试验研究

上海市内环线于1993年开工建设，浦西段于1994年建成通车。设计期防撞墙高度81cm，受限于设计条件和施工工艺等，目前防撞墙已出现钢筋锈蚀、混凝土开裂以及保护层剥落等问题，同时防撞墙构造高度、防撞能力等均不满足现行规范要求，高架部分路段因后期增设声屏障、更换绿化方案，已对防撞墙进行多次破碎植筋安装预埋件，导致其安全性能无法保障，亟待通过更新工程提升防撞墙防撞能力，保证内环高架运营安全。内环高架地处城市核心区，对更新工程实施效率、环境影响、交通影响都提出了极高的要求。因此，针对研究范围内上部结构形式边板带防撞墙整体更换技术和高压水射流破除更换技术，铰接空心板桥跨采用边梁带防撞墙整体更换技术，T梁、工字梁、叠合梁等结构形式采用水射流机器人对防撞墙进行直接破除。为进一步保证工程实施顺利开展，选取结构形式相似且具备试验条件的嘉浏祁迁河桥开展关键更新技术试验，研究结果为城市核心区高架桥防撞墙更新提供关键技术支撑。

试验项目概况

祁迁河桥上部结构采用预应力混凝土空心板梁结构，跨径布置2×22m+25m+13×22m+16m，全长371m（图1），试验段路幅宽度为3.5m，此试验段梁结构形式与内环类似。选取K15、K16、K17三跨作为本次工程试验段，每跨边梁2榀（K15、16梁长21.96m，K17梁长16.95m，高度82cm，宽度108cm，翼板40cm），中梁1榀，共计9榀梁。

图1 试验段总体平面布置图

内环主线桥宽18m，跨径22m，上部结构采用铰接板梁，梁高90cm（图2），铰缝构造与祁迁河桥相同。对封交时间需求较长、对环境影响较大的工艺流程开展试验测试。通过现场试验选择最佳施工工艺及施工机具，确定板梁吊装、铰缝铺装层破除及后续混凝土浇筑、施工时间控制等具体工况，根据具体施工参数指导内环更新工程，现场试验研究将为内环快速化更新（图3）技术可行性提供直接技术支撑。

图2 内环主线断面布置图(尺寸单位：m)

图3 内环更新方案示意图

试验流程及内容如图4所示。包括铰缝及铺装层破除、连续缝破除、边板带防撞墙吊除、边板带防撞墙吊装、铰缝及铺装层浇筑、防撞墙直接破除等技术。为验证边板带防撞墙安装后新老结构整体性，结构改造前后开展结构荷载试验，测试铰缝重做前后上部结构横向联系性能等关键力学参数。在试验实施过程中开展环境监测试验，测试施工工艺对周围居民及环境的影响。

图4 试验流程图

结构更新试验

铰缝及铺装层破除试验

通过高压破碎机器人进行先铰缝后铺装层、先铺装层后铰缝、铰缝铺装层同时破除三种施工工艺对比试验，验证高压破碎机器人施工的可行性，确定工艺流程、机器设置参数。

图5 铺装层与铰缝同时破除现场

三种工艺施工后效果基本一致，但铺装层与铰缝同时破除用时最短，工效最高，因此推荐内环施工时采用破碎机器人对铰缝及铺装层同时破除的工艺。

连续缝破除试验

通过对桥面连续缝进行破碎机器人+片锯、片锯切割两种工艺对比试验，确定合适的连续缝破除施工工艺、设备参数及施工流程。

图6 破碎机器人+片锯破除连续缝

片锯工作时间较长时会导致片锯局部温度过高，并有混凝土碎渣飞溅，无法保证现场施工安全，综合考虑，针对内环进行桥面连续缝破除时，采用破碎机器人+片锯切割的工艺（片锯切割可与破碎机器人同时实施，不影响整体时效）。

板梁吊装试验

内环高架防撞墙采用81cm混凝土防撞墙，为提高防撞墙更换效率解决新防撞墙与旧边板联系难题，提出了带边板整体更换施工方案。为验证该施工方案的施工效率，采用2台100t汽车吊进行双机抬吊，板梁通过“C”型吊架固定，对旧板梁进行吊除落地后，再将其原位吊装来模拟内环线工作场景，验证施工可行性并记录施工工效。

图7 板梁带边板整体吊装试验

根据现场吊装实际情况，从板梁起吊落地至原位安装总计90min，施工工艺安全迅速，已基本满足内环夜间施工的整体工况需求。

混凝土浇筑试验

为确定在其他车道通车引起施工区域震动的情况下用于浇筑铰缝、铺装层、连续缝的混凝土类型，并判断浇筑后是否满足砼整体施工质量。本节试验在晚上车流量较小时浇筑铰缝和连续缝，并在同条件进行养护后进行混凝土抗压强度测试。

图8 混凝土浇筑试验

试验结果表明，UHPC搅拌用时较长，现场施工工艺无法保障，成品质量难以控制；内环更换边梁（铰缝及铺装）施工时可采用C50钢纤维早强混凝土；桥面铺装大面积施工时，综合考虑时效性，采用C50快硬混凝土。

防撞墙破除试验

内环高架上部结构除板梁外，还存在T梁、脊骨梁、工字梁、叠合梁等结构形式，针对这些结构，无法采用上述“边梁带防撞墙更换”的施工工艺，只能对防撞墙直接破除后，再重新浇筑新防撞墙。为确定该施工工艺可行性，选取祁迁河桥第17跨防撞墙，分别采用破碎机器人及绳锯切割进行试验。

图9 破碎机器人防撞墙破除（保留钢筋）

试验结果表明，绳锯切割防撞墙工效低、污染大，工序复杂。推荐内环采用破碎机器人破除防撞墙，可保留原防撞墙钢筋。防撞墙上破除的高度为0.5m，破除速度11.5min/m。

荷载试验及环境监测

试验内容

为测试铰缝重做前后上部结构横向联系性能等关键力学参数，对祁迁河桥边板与中板间的铰缝在重做前后分别进行了动静载试验，试验内容如下：

（1）铰缝重做前后分别将加载车（总重30t）后轴依次置于每跨跨中，对结构进行应变计挠度静载测试；

（2）铰缝重做前后分别对B-2号板梁（中板）进行顶升试验，同步测试B-1号、B-3号边板梁竖向位移，观测位移变化关系；

（3）动载试验：铰缝重做前后将加载车（总重30t）分别以1m/s、3m/s的速度从第15跨起点至第17跨终点往返两次。

图10 试验加载车（30t）

本次静载试验的试验数据由上海市建筑科学研究院有限公司分析。两次静载试验板梁的弹性位移及应变数值相差较小。卸载后，全桥残余位移和残余应变均较小；铰缝重做前两侧边梁位移平均值为5.45mm，为-2号梁位移值的79%。铰缝重做后，两侧边梁位移平均值为3.45mm，为2-2号梁位移值的75%。

动载试验结果

本次动载试验的试验数据由同济大学桥梁工程系分析，两次动载试验中三片板梁相互竖向振动特性无明显差别，外侧边梁和中间板梁振动特性较一致，与内侧边梁不同。

a）3m/s车速跨中加速度时程和幅频谱图（铰缝破除前）

b) 3m/s车速跨中加速度时程和幅频谱图（铰缝破除后）

图11 动载激励铰缝破除前后结构响应

铰缝重做后，三片板梁基频无明显变化，均在5Hz左右，但第三阶频率增大，换梁后在第三阶振型范围处的桥梁刚度增大。铰缝重做前后，两侧边梁在横向联系和桥面铺装的作用下均与2-2号梁协同工作，满足结构受力要求。

环境监测

为确定本项目施工工艺对内环环境及周围居民的影响，本次试验主要监测施工噪音、施工粉尘、施工废水这三部分：

（1）测定施工环境噪音；

（2）监测颗粒物（PM2.5/PM10）浓度变化；

（3）采集施工废水样本；检测PH值、悬浮固体、易沉固体等指标。

图12 环境监测设备安装测点位置

通过对试验段模拟施工全过程可见，各项施工活动平均噪音水平均超过规定的噪声限值；施工期间固体颗粒物最大浓度320ug/m3远小于相关规范标准限值（PM10:1000ug/m3；PM2.5:2000ug/m3）；

施工污水呈较强的碱性，不能直接排放，桥面及桥底排放污染物样品悬浮物(SS)严重超标，高达761%和1541%，桥面及桥底污染物样品易沉固体分别超标216%和470%。

本次试验为内环高架设施提升及功能完善工程的试点项目，以祁迁河桥三跨板梁为试验对象，全过程模拟了内环场景中带边板整体更换防撞墙和水射流机器人直接破除防撞墙两种施工工艺，试验结果符合预期，确认了内环线更换防撞墙的可行性，为指导内环项目提供依据。研究得出以下主要结论：

（1）边板带防撞墙整体更换、水射流机器人破除铰缝等主要施工工艺效率能够满足设计需求。

（2）新梁带边板整体吊装后，通过铰缝重做形成横向联系，静载和动载荷载试验均表明梁体能够协同工作，满足结构整体受力要求。

（3）环境监测试验结果表明，施工过程噪音、固体颗粒物、施工污水均超过相应规范要求值，施工中应采取专门措施控制施工污染。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2024年 第6期 总第122期

作者 / 周良 周晓宇

作者单位 / 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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