市政设施维护新技术应用后评估——以桥梁伸缩缝改造项目为例

黄 玲 刘飞强 蔡文豪 曹一翔

（1．广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东 广州 510500；2．广州市中心区交通项目领导小组办公室，广东 广州 510030）

为提升城市居民生活环境、达到“品质城市”的建设目标，近年来广州市优选了多项市政设施维护新技术，先后在广州市内多个市政道路、桥梁开展试点。其中，为满足桥面变形的要求，通常在桥梁梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。而桥梁伸缩缝是桥梁结构最薄弱的环节，容易破坏而且维护成本高，经统计分析，在运营过程中，桥梁缺陷发生在伸缩缝的占比达16%，维修费用占比超过整体费用的20%，且频繁的维护将严重影响交通畅通与安全[1]。其次，普通伸缩缝易造成车辆行驶时不平顺，产生突跳与噪声[2]。无缝伸缩缝相比于普通伸缩缝，能使桥梁结构无缝化，使桥面衔接平整，汽车驶过平稳无跳车感[3]。本文对桥梁无缝伸缩缝改造项目进行可行性及实用性评估，以系统、客观地分析和检查该技术的应用对项目所产生的效益、作用和影响，总结该技术在各个方面相对于原有技术的优势与不足，以确定目标是否达到，检验技术是否合理及技术应用是否成功，并确定该新技术的适用范围，为下一步推广应用提供指引。

1 工程概况

本文以广州某高架桥伸缩缝改造项目为例。该高架桥为单向两车道，全桥设置有100多条伸缩缝，原伸缩缝材料为普通C型伸缩缝。由于全桥加铺薄层沥青后，在伸缩缝位置留存了与原伸缩缝等宽、高差2 cm的缝隙，在行车经过时，轮胎处有较大的声响，不仅影响了桥梁整体的使用性能，且影响了行车质量和附近居民的生活质量，原伸缩缝效果图如图1所示。

图1 项目施工前伸缩缝效果图

为提升行车舒适性、降低伸缩缝处的行车噪音，需平顺沥青加铺后路面与原路面高差，且能满足桥梁伸缩缝的变形要求。其次，由于该高架桥日常通行交通压力大，高架桥两侧有众多居民楼，为减少施工对交通的影响，要求安排在夜间施工，且施工时对周边环境影响小，施工后可快速开放交通等。

根据中央及广东省委省政府关于《加快建设创新驱动发展先行省的意见》，以及《广州市系统推进全面创新改革试验行动计划（2016～2018年）》的相关文件精神，本项目采用新技术——无缝伸缩缝进行项目改造试点。采用的无缝伸缩缝结构示意图如图2所示，主要工作原理是在桥梁梁端间隙中填入特殊的高弹性密封胶与专用骨料混合成黏稠状伸缩缝填充混合物，面层采用高弹灌缝混合料，具有可变形性，能满足由于温度和载荷引起的桥梁变形。

图2 无缝伸缩缝结构示意图

2 项目实施全过程总结与评估

选取同期修复的无缝伸缩缝和普通伸缩缝进行项目实施过程横向比对，以客观评价各项技术的优劣。

2.1 项目实施技术要点

无缝伸缩缝改造项目施工之前，要求仔细观察结构物或桥梁连接部状态并测算施工深度和宽度，无缝伸缩缝设计宽度、深度与原伸缩缝宽度之间的关系见表1。因此，对于原伸缩缝完好、平整且间距小于80 mm的伸缩缝，可直接进行无缝伸缩缝施工改造；而对于原伸缩缝破损、型钢变形严重、缝距大于80 mm的伸缩缝，采取整体砸除后重做普通伸缩缝，本项目采用HDC-80型进行修复。

表1 无缝伸缩缝设计宽度、深度与原伸缩缝宽度之间的关系/mm

2.2 项目施工工艺流程

无缝伸缩缝与HDC-80型伸缩缝的施工工艺流程如图3所示。HDC-80型伸缩缝的整体凿除修复施工需要对缝区进行大面积开砸，还需要进行分布筋、锚筋以及预埋钢筋等的处理，施工过程耗时费力，施工噪声大。而无缝伸缩缝以原伸缩缝为中心，两边对称切割加铺沥青至水泥桥面，将原伸缩缝清理干净后即可铺设无缝伸缩缝，铺设工序简单易操作，无须使用特殊设备，耗时短，施工噪声小，且能满足快速开发交通的要求。因此，无缝伸缩缝施工工艺流程具有显著的优势。

图3 施工工艺流程图

2.3 原材料性能检验

HDC-80型伸缩缝不涉及特殊原材料，无缝伸缩缝原材料包括环氧树脂、沥青、沥青混凝土粗集料等，其中沥青与沥青混凝土粗集料与桥梁加铺的薄层沥青材料一致，符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）等相关规范和设计要求即可，而环氧树脂材料的检验检测应符合项目设计技术要求。本项目的环氧树脂材料检验结果如表2所示，表明该材料的各项规格和参数均满足技术性能标准相关规定，能满足桥梁变形的要求。

表2 环氧树脂材料性能检验结果

2.4 项目施工质量验收

项目改造完成后效果图见图4，可知无缝伸缩缝实施后桥面外观色差小、桥面平整度良好，无缝顺接，满足行车无颠簸跳动；HDC-80型伸缩缝处过渡平整，与原路面高差小，亦大大降低了行车颠簸。由此可见，该改造项目均满足设计要求，特别是无缝伸缩缝改造项目，能显著提升行车舒适性。

图4 伸缩缝改造施工后效果图

2.5 项目运行现状

项目实施一年后，对伸缩缝的外观、与原路面高差、渗水系数、行车噪声等参数进行检测。外观检测采用目测法，结果表明，无缝伸缩缝与HDC-80型伸缩缝的外观状况良好，均未出现破损情况；与原路面高差采用三米直尺量测，每条缝测2点，检测结果表明无缝伸缩缝与HDC-80型伸缩缝的路面高差均为毫米级，但无缝伸缩缝平整度较优；渗水系数采用渗水仪测量，每条缝测5点，结果表明无缝伸缩缝不渗水，而普通伸缩缝直接漏水；行车噪声采用声级计，取5 s时间内，车内测试噪声的平均值，结果表明无缝伸缩缝处的行车噪声峰值较HDC-80型伸缩缝的噪声峰值低7.7 dB，且无缝伸缩缝满足城市一类环境噪声标准，HDC-80型伸缩缝满足城市二类环境噪声标准[4]，即无缝伸缩缝对于降低行车噪声优势明显。不同类型伸缩缝的技术性能检验结果见表3。由此可见，无缝伸缩缝的各技术性能指标明显优于HDC-80型伸缩缝。

表3 项目技术性能检验结果

3 项目效益与可持续性评估

根据项目实施全过程资料，对无缝伸缩缝和普通伸缩缝项目效益和可持续性进行横向比对。

3.1 项目经济效益

首先，无缝伸缩缝由于施工工艺上的简捷性，改造施工每晚可以完成约42 m，而HDC-80型伸缩缝整体凿除修复每晚仅能完成约7 m，表明无缝伸缩缝的改造施工能大大缩短工期、降低人力物力成本。且该高架桥伸缩缝改造项目原计划工期为20 d内完成，采用无缝伸缩缝改造后，总施工工期仅为15 d。其次，无缝伸缩缝改造费用与HDC-80型伸缩缝整体凿除修复费用见表4，表明对于等长度的伸缩缝，采用无缝伸缩缝改造施工所需费用比HDC-80型伸缩缝整体凿除修复所需费用低40%左右。

表4 无缝伸缩缝与HDC-80型伸缩缝施工费用

3.2 项目资源环境效益

无缝伸缩缝施工不需要大量使用型钢、锚筋、面筋等材料，施工过程快捷方便，节约了一定的资源与能源。且相对于HDC-80型伸缩缝整体凿除修复而言，无缝伸缩缝改造施工过程除清缝外，基本无扬尘；除切割加铺沥青结构至设计宽度和深度外，不涉及产生噪声的仪器设备，对周边环境影响相对较小，施工改造后的行车噪声小，亦减少了声污染。

3.3 项目社会效益

无缝伸缩缝改造施工速度是HDC-80型伸缩缝整体凿除修复施工速度的6倍，表明无缝伸缩缝能快速完工，且无缝伸缩缝的面层材料为沥青混合料，铺筑后即可开放交通，增加了通行效率；无缝伸缩缝改造无须进行凿除施工，对桥梁结构性能影响小，对周边环境影响小；无缝伸缩缝平整度高、行车噪声小，提升了行车舒适性和改善了附近居民的生活质量，且无缝伸缩缝处不渗水，解决了普通伸缩缝桥面漏水污染桥底和降低混凝土耐久性的难题。

3.4 项目可持续性

无缝伸缩缝填充混合料的四点弯曲疲劳寿命高达200万次，其寿命一般为5～8年，降低了伸缩缝的维修频次；普通伸缩缝再改造需要对缝区大面积切割和凿除，而无缝伸缩缝改造可铲除破损的面层结构层后重新修复，施工过程方便快捷，使得其具有良好的可改造性；且无缝伸缩缝除对缝间填充的环氧树脂材料要求高外，对其他修复材料的限制不高，具有较好的可持续性。

4 项目总体评估

4.1 基本评估

项目基本评估等级分为“合格”和“不合格”两级。结合伸缩缝改造项目基本目标要求和技术要求对无缝伸缩缝改造试点项目进行基本评估。其中，基本目标要求为本项目改造的预期目标要求，技术要求为规范或设计对项目的要求。各项指标与评估结果见表5。

结果表明全部评估指标均合格，由此判断该高架桥无缝伸缩缝改造试点项目达到了项目预期目标和新技术实施目标要求。

4.2 综合评估

采用层次分析法[5]对无缝伸缩缝进行综合评估分析。综合评估指标应以现场检测、施工过程、技术说明、养护情况、专家问卷调查等资料为基础，按照层次分析法的基本思想，按照目标层（A）、准则层（C）和指标层（P）构建层次结构模型，如图5所示。

图5 层次结构模型图

采用专家判断加权方法，分别构造出各层次的判断矩阵以及相应的权重，包括目标层各指标的相对重要性评价和准则层各指标的相对重要性评价，评价标度分为A更重要、同等和B更重要，两个指标的重要程度共划分为5个等级；并结合项目检测报告以及项目现场观测进行专家评分，专家评分按照百分制原则进行，各指标权重和评分的分段优劣等级见表6。

表6 项目指标权重和评分等级划分

本项目各指标的专家评分结果见表7。将各评估指标得分与对应权重进行加权求和，计算得到无缝伸缩缝改造试点项目的综合评分为90.00分。结果表明无缝伸缩缝改造在该高架桥上的应用是“完全成功”的。

表7 评估指标评分结果

5 结语

本文以广州某高架桥采用新技术——无缝伸缩缝的应用项目为例，对实施并运行一段时间的市政设施改造项目进行后评估，主要结论有：

（1）无缝伸缩缝施工工序简单易操作，施工速度、施工噪声、改造费用等均优于普通伸缩缝，具有显著的经济、社会和资源环境效益；

（2）无缝伸缩缝填充混合料试验寿命一般为5～8年，且项目再改造较普通伸缩缝简单快捷，除缝间填充材料有特殊要求外，对其他修复材料对沥青和沥青混凝土粗集料的要求不高，具有良好的可持续性；

（3）无缝伸缩缝改造项目完工后，有效改善了路面平整度、降低了行车噪音、提升了行车舒适性和减弱了对周边环境的影响，且项目基本评估中的各项指标均合格，达到了项目预期目标和新技术实施目标要求；项目综合评估中评定等级为“完全成功”；

（4）结合项目实施全过程评估以及项目效益与可持续性评估，该无缝伸缩缝对于急需降低行车噪音、受施工工期、施工环境噪声限制等特殊要求的伸缩缝改造项目具有一定的推广价值，但要求原伸缩缝完好、平整，型钢没有发生过大变形且伸缩缝间距小于80 mm。