降噪型伸縮裝置在橋梁工程中的應(yīng)用研究

陳言言,張?zhí)K龍,郭云龍

（1.徐州市公路事業(yè)發(fā)展中心,江蘇 徐州 221000; 2.江蘇東交智控科技集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市橋梁作為城市重要的連接紐帶，形式多樣，設(shè)計(jì)和施工要求也更高。為了適應(yīng)溫度等因素引起的橋梁變形位移，梁端通常會(huì)留有縫隙并安裝伸縮裝置。目前大量使用的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠的型鋼伸縮裝置。

然而，當(dāng)車輛通過這種型鋼伸縮裝置時(shí)，輪胎會(huì)在縫隙處下陷，并在移動(dòng)過程中撞擊型鋼邊緣，產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊聲，并且車速越高，撞擊噪聲越大，對(duì)伸縮裝置的影響也越大[1]。

該文針對(duì)這個(gè)問題，以實(shí)際工程為依托，總結(jié)了現(xiàn)有伸縮縫類型及存在的問題，開展了降噪型伸縮裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究，并對(duì)伸縮裝置的質(zhì)量控制進(jìn)行了分析。這將為城市快速路橋梁建設(shè)提供理論基礎(chǔ)，提高伸縮裝置的施工質(zhì)量，降低行車噪聲效果。

1 伸縮裝置類型及噪聲成因分析

目前橋梁伸縮裝置主要有模數(shù)式、梳齒板式、無縫式三種，具體特點(diǎn)如下[2]。

1.1 模數(shù)式伸縮裝置

模數(shù)式伸縮裝置包含單縫，主要采用型鋼制作，型鋼之間留有橫向間隙，通過這些間隙的累加，使裝置能夠適應(yīng)各種位移量，實(shí)現(xiàn)伸縮功能，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 模數(shù)式伸縮裝置示意圖

該裝置的優(yōu)點(diǎn)是具有模塊化的設(shè)計(jì)，方便安裝、維修和更換，每個(gè)模塊都可以獨(dú)立操作，提高了施工效率和裝置的可維護(hù)性。通常能夠承受較大的荷載，可以適應(yīng)大型橋梁和道路的需要，采用耐候性和抗腐蝕性好的材料制造，能夠在惡劣的氣候和環(huán)境條件下長(zhǎng)期使用。

缺點(diǎn)是當(dāng)車輛經(jīng)過模數(shù)式伸縮裝置時(shí)，車輪與型鋼之間產(chǎn)生直接沖擊，中間的縫隙會(huì)使車輛產(chǎn)生較大的顛簸和噪聲，從而影響行車舒適性，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。

1.2 梳齒板式伸縮裝置

梳齒板式伸縮裝置結(jié)構(gòu)如圖2 所示，該伸縮裝置采用相互咬合的齒形鋼板作為支撐面，其間留有縱向間隙，利用縱向間隙來保證橋梁在熱脹冷縮時(shí)不會(huì)產(chǎn)生擠壓破壞，實(shí)現(xiàn)伸縮縫的功能。雖然該裝置施工工藝和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但可以保證行車過程中車輪與齒形鋼板始終接觸，形成連續(xù)過渡段，避免車輪與型鋼直接接觸，從而提高行車舒適性，減少對(duì)周圍環(huán)境的噪聲污染。然而，隨著橋梁的運(yùn)動(dòng)和裝置使用年限的增加，齒形鋼板容易出現(xiàn)翹齒現(xiàn)象，導(dǎo)致車輛經(jīng)過時(shí)容易產(chǎn)生跳車和更大的噪聲，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致連接部件松動(dòng)或齒板脫落，危及行車安全[3]。

圖2 梳齒板式伸縮裝置示意圖

1.3 無縫式伸縮裝置

車輛駛過無縫式伸縮裝置的示意圖如圖3 所示，該伸縮裝置主要依靠彈性伸縮體作為行車荷載的支撐面，彈性伸縮體與路面之間沒有間隙，與路面形成一個(gè)整體，因此具有良好的行車舒適性，且對(duì)周圍環(huán)境的噪聲污染小。但由于該彈性伸縮體可適應(yīng)變形的能力有限，通常不適用于大、中型橋梁的伸縮縫。

圖3 車輛駛過無縫式伸縮裝置的示意圖

2 降噪型伸縮裝置的開發(fā)與設(shè)計(jì)

該文針對(duì)現(xiàn)有橋梁伸縮裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種降噪型伸縮裝置，分別是降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置和聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置。

2.1 降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置

近年來，降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置逐漸發(fā)展成熟，其主要是結(jié)合了鋼模數(shù)式伸縮裝置和梳齒板式伸縮裝置的特點(diǎn)，在型鋼單元上增加新型梳齒減噪塊以達(dá)到降低噪聲的目的，但相較于模數(shù)式伸縮裝置，材料成本和施工費(fèi)用有所增加。降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置的降噪原理是保持車輪與梳齒減噪塊連續(xù)接觸，避免對(duì)型鋼單元產(chǎn)生沖擊，且車輪切入的方向變?yōu)樾毕颍行Ы档蛙囕v通過伸縮裝置時(shí)的噪音水平[4]，具體如圖4 所示。

圖4 降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意圖

相較于傳統(tǒng)梳齒板式伸縮裝置，降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）適應(yīng)性更強(qiáng)：降噪型裝置能夠適應(yīng)梁體存在縱坡或豎向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，不會(huì)產(chǎn)生明顯的凸臺(tái)（翹齒），而傳統(tǒng)裝置在這種情況下容易形成凸臺(tái)，增加沖擊和噪音。

（2）高降噪效果：降噪型裝置通過梳齒減噪塊將車輪與伸縮裝置保持持續(xù)接觸，有效降低車輛通過伸縮裝置產(chǎn)生的噪音水平。

（3）模數(shù)式設(shè)計(jì)：降噪型裝置采用模數(shù)式伸縮裝置將位移量分成多個(gè)模塊，避免了傳統(tǒng)梳齒板型伸縮裝置在最大位移量時(shí)出現(xiàn)時(shí)間間隙過大的問題。

（4）施工和維修便利：降噪型裝置的安裝和維修相對(duì)方便快捷，同時(shí)具有較高的互換性，使得維護(hù)和改動(dòng)更加便利。

2.2 聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置

聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置是一種常用于道路、橋梁等公路交通設(shè)施的伸縮縫材料。聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置利用聚氨酯彈性體的特性，將伸縮縫進(jìn)行無縫連接。通過將聚氨酯材料制成無縫伸縮板，實(shí)現(xiàn)了在車輛經(jīng)過時(shí)的平穩(wěn)過渡和緩沖作用，具體如圖5 所示。

聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置具有以下幾項(xiàng)功能：

（1）緩沖和減震：聚氨酯彈性體具有良好的彈性和緩沖性能，能夠有效吸收車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，降低對(duì)道路、橋梁等結(jié)構(gòu)的損壞。

（2）水密性：聚氨酯材料具有良好的密封性能，能夠有效防止水、灰塵等物質(zhì)進(jìn)入伸縮縫，保護(hù)橋梁等結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

（3）適應(yīng)性：聚氨酯彈性體材料具有良好的可塑性和耐候性，能夠適應(yīng)不同溫度、濕度等環(huán)境條件的變化，保持其優(yōu)良的性能。

通過聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置的應(yīng)用，能夠使車輛平穩(wěn)過渡到伸縮縫，降低由于道路不平或伸縮縫造成的顛簸和不舒適感，有效地降低車輛經(jīng)過伸縮縫時(shí)產(chǎn)生的噪音水平，延長(zhǎng)伸縮縫的使用壽命，減少維修和更換的頻率。

3 工程概況

該項(xiàng)目依托徐州市重要的基礎(chǔ)設(shè)施和城建重點(diǎn)工程——徐豐公路快速化改造工程。該項(xiàng)目起點(diǎn)位于三環(huán)北路南崗立交，沿著現(xiàn)狀S322 老路向北延伸，終點(diǎn)位于京臺(tái)高速北側(cè)約440 m 處，全長(zhǎng)9.72 km，涉及泉山區(qū)、銅山區(qū)、港務(wù)區(qū)和鼓樓區(qū)，用地總面積為76.7 903 hm2。該項(xiàng)目的主要改造內(nèi)容是將徐豐公路改造為一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，包括主線雙向6 車道，寬度為26.21 m，以及雙向6車道的輔道，寬度為51 m。為提高快速路建設(shè)水平，在高架橋中應(yīng)用降噪型伸縮裝置，提出現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程，并對(duì)伸縮縫的噪音進(jìn)行測(cè)試。

4 橋梁伸縮裝置施工質(zhì)量控制

4.1 伸縮縫施工前準(zhǔn)備工作

伸縮縫施工前需要對(duì)原材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，全部合格后方可進(jìn)入廠區(qū)存放。確定混凝土攪拌站的地點(diǎn)及混凝土的運(yùn)輸條件是否滿足要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)伸縮縫安裝地點(diǎn)及用料需求，合理選擇攪拌站地點(diǎn)及出料速率，配置相應(yīng)數(shù)量的運(yùn)輸車，減少長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸導(dǎo)致的混凝土離析。優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)及外加劑摻量，以保證梁體質(zhì)量滿足要求。

按照設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)伸縮縫需要切割位置進(jìn)行標(biāo)記，精確放樣開槽寬度。對(duì)伸縮縫進(jìn)行切割后，需要將伸縮縫內(nèi)的雜物、混凝土塊等殘留物清除干凈后，及時(shí)用清水清洗槽內(nèi)粉塵，并對(duì)槽內(nèi)進(jìn)行防水處理，避免后期出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。切割后使用膠帶或塑料布對(duì)切縫兩邊的邊緣進(jìn)行保護(hù)，避免切割過程中產(chǎn)生的粉塵污染路面。

4.2 伸縮縫施工安裝步驟

伸縮縫運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)外觀進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否有損壞。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求將伸縮縫安置于槽內(nèi)，并保證伸縮縫放置水平，接口位置緊密靠攏。

在伸縮裝置施工安裝過程中，應(yīng)注意保護(hù)伸縮裝置，避免其受到損壞或污染。安裝伸縮裝置后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢查伸縮裝置的平整度和水平度是否符合要求，確保其能夠正常發(fā)揮作用。

混凝土坍落度檢測(cè)符合要求后，方可實(shí)施混凝土的澆筑和振搗。伸縮縫的混凝土澆筑過程需一次成型，振搗順序從兩側(cè)同步向中間開展，振搗密實(shí)后對(duì)混凝土表面進(jìn)行刮平、灑水養(yǎng)護(hù)，并使用土工布或塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，待養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于7 d，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%以上時(shí)方可停止養(yǎng)護(hù)，并逐步開放交通。

4.3 伸縮縫施工后養(yǎng)護(hù)

伸縮縫施工結(jié)束后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)伸縮縫的全面檢查、防護(hù)、防滲、防震和耐久養(yǎng)護(hù)，確保伸縮縫能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)揮作用。在伸縮縫施工完成后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面檢查，包括伸縮裝置的平整度、錨固的可靠性、防水效果等，確保伸縮縫各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。防滲方面對(duì)伸縮縫的槽體內(nèi)進(jìn)行封堵，防止水分進(jìn)入伸縮縫內(nèi)部，造成損壞；防震方面對(duì)伸縮縫進(jìn)行固定，防止其因地震等自然災(zāi)害而產(chǎn)生位移或損壞；耐久方面對(duì)伸縮縫的部件進(jìn)行防腐處理，延長(zhǎng)其使用壽命。

5 伸縮裝置降噪效果分析

為了研究降噪型伸縮裝置的降噪效果，該文依托實(shí)際工程，開展了模數(shù)式伸縮裝置和降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置的安裝及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，并安排一輛大型車和一輛小型車以80 km/h 的速度分別駛過兩種伸縮裝置，采用AWA6228 型聲級(jí)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)噪音大小，結(jié)果如表1 所示。

由表1 分析可知：

（1）采用A 記權(quán)聲壓測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)小型車駛過降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置的噪聲比模數(shù)式伸縮裝置低3.6 dB 左右，但大型車駛過兩種伸縮裝置的噪聲僅相差1.8 dB。

（2）采用Z 記權(quán)聲壓測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)小型車駛過降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置的噪聲比模數(shù)式伸縮裝置低9.0 dB，而大型車駛過降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置的噪聲比模數(shù)式伸縮裝置5.6 dB，說明采用低頻無衰減的Z 記權(quán)聲壓測(cè)試方法能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)伸縮縫降噪水平，且降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置能有效降低車輛行駛過程中的噪聲。

6 結(jié)論

該文設(shè)計(jì)開發(fā)了降噪型鋼模數(shù)式伸縮裝置和聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置，并在實(shí)體工程中進(jìn)行應(yīng)用，形成施工質(zhì)量控制要求，通過實(shí)際噪聲測(cè)試，結(jié)果表明：低頻無衰減的Z 記權(quán)聲壓測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確，降噪型伸縮裝置相較于模數(shù)式伸縮裝置降低了5～9 dB 的噪聲。