降噪型伸縮裝置在橋梁工程中的應用研究

陳言言,張蘇龍,郭云龍

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

0 引言

隨著我國基礎設施建設的快速發展，城市橋梁作為城市重要的連接紐帶，形式多樣，設計和施工要求也更高。為了適應溫度等因素引起的橋梁變形位移，梁端通常會留有縫隙并安裝伸縮裝置。目前大量使用的是結構簡單、可靠的型鋼伸縮裝置。

然而，當車輛通過這種型鋼伸縮裝置時，輪胎會在縫隙處下陷，并在移動過程中撞擊型鋼邊緣，產生強烈的撞擊聲，并且車速越高，撞擊噪聲越大，對伸縮裝置的影響也越大[1]。

該文針對這個問題，以實際工程為依托，總結了現有伸縮縫類型及存在的問題，開展了降噪型伸縮裝置的設計和應用研究，并對伸縮裝置的質量控制進行了分析。這將為城市快速路橋梁建設提供理論基礎，提高伸縮裝置的施工質量，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式、梳齒板式、無縫式三種，具體特點如下[2]。

1.1 模數式伸縮裝置

模數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，使裝置能夠適應各種位移量，實現伸縮功能，結構示意圖如圖1所示。

圖1 模數式伸縮裝置示意圖

該裝置的優點是具有模塊化的設計，方便安裝、維修和更換，每個模塊都可以獨立操作，提高了施工效率和裝置的可維護性。通常能夠承受較大的荷載，可以適應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境條件下長期使用。

缺點是當車輛經過模數式伸縮裝置時，車輪與型鋼之間產生直接沖擊，中間的縫隙會使車輛產生較大的顛簸和噪聲，從而影響行車舒適性，對周圍環境產生噪聲污染。

1.2 梳齒板式伸縮裝置

梳齒板式伸縮裝置結構如圖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不會產生擠壓破壞，實現伸縮縫的功能。雖然該裝置施工工藝和結構較為復雜，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，減少對周圍環境的噪聲污染。然而，隨著橋梁的運動和裝置使用年限的增加，齒形鋼板容易出現翹齒現象，導致車輛經過時容易產生跳車和更大的噪聲，嚴重情況下甚至會導致連接部件松動或齒板脫落，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，與路面形成一個整體，因此具有良好的行車舒適性，且對周圍環境的噪聲污染小。但由于該彈性伸縮體可適應變形的能力有限，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與設計

該文針對現有橋梁伸縮裝置的特點，設計了兩種降噪型伸縮裝置，分別是降噪型鋼模數式伸縮裝置和聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置。

2.1 降噪型鋼模數式伸縮裝置

近年來，降噪型鋼模數式伸縮裝置逐漸發展成熟，其主要是結合了鋼模數式伸縮裝置和梳齒板式伸縮裝置的特點，在型鋼單元上增加新型梳齒減噪塊以達到降低噪聲的目的，但相較于模數式伸縮裝置，材料成本和施工費用有所增加。降噪型鋼模數式伸縮裝置的降噪原理是保持車輪與梳齒減噪塊連續接觸，避免對型鋼單元產生沖擊，且車輪切入的方向變為斜向，有效降低車輛通過伸縮裝置時的噪音水平[4]，具體如圖4 所示。

圖4 降噪型鋼模數式伸縮裝置結構示意圖

相較于傳統梳齒板式伸縮裝置，降噪型鋼模數式伸縮裝置具有以下優點：

（1）適應性更強：降噪型裝置能夠適應梁體存在縱坡或豎向轉動的情況，不會產生明顯的凸臺（翹齒），而傳統裝置在這種情況下容易形成凸臺，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接觸，有效降低車輛通過伸縮裝置產生的噪音水平。

（3）模數式設計：降噪型裝置采用模數式伸縮裝置將位移量分成多個模塊，避免了傳統梳齒板型伸縮裝置在最大位移量時出現時間間隙過大的問題。

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

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，將伸縮縫進行無縫連接。通過將聚氨酯材料制成無縫伸縮板，實現了在車輛經過時的平穩過渡和緩沖作用，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產生的沖擊和振動，降低對道路、橋梁等結構的損壞。

（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、灰塵等物質進入伸縮縫，保護橋梁等結構的長期穩定性。

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

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

3 工程概況

該項目依托徐州市重要的基礎設施和城建重點工程——徐豐公路快速化改造工程。該項目起點位于三環北路南崗立交，沿著現狀S322 老路向北延伸，終點位于京臺高速北側約440 m 處，全長9.72 km，涉及泉山區、銅山區、港務區和鼓樓區，用地總面積為76.7 903 hm2。該項目的主要改造內容是將徐豐公路改造為一級公路標準，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。為提高快速路建設水平，在高架橋中應用降噪型伸縮裝置，提出現場施工工藝流程，并對伸縮縫的噪音進行測試。

4 橋梁伸縮裝置施工質量控制

4.1 伸縮縫施工前準備工作

伸縮縫施工前需要對原材料進行質量檢測，全部合格后方可進入廠區存放。確定混凝土攪拌站的地點及混凝土的運輸條件是否滿足要求，根據現場伸縮縫安裝地點及用料需求，合理選擇攪拌站地點及出料速率，配置相應數量的運輸車，減少長時間運輸導致的混凝土離析。優化混凝土配合比設計及外加劑摻量，以保證梁體質量滿足要求。

按照設計圖紙要求，對伸縮縫需要切割位置進行標記，精確放樣開槽寬度。對伸縮縫進行切割后，需要將伸縮縫內的雜物、混凝土塊等殘留物清除干凈后，及時用清水清洗槽內粉塵，并對槽內進行防水處理，避免后期出現漏水現象。切割后使用膠帶或塑料布對切縫兩邊的邊緣進行保護，避免切割過程中產生的粉塵污染路面。

4.2 伸縮縫施工安裝步驟

伸縮縫運送到現場后對外觀進行檢查，確認是否有損壞。根據設計圖紙要求將伸縮縫安置于槽內，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，應注意保護伸縮裝置，避免其受到損壞或污染。安裝伸縮裝置后，應進行質量檢驗，檢查伸縮裝置的平整度和水平度是否符合要求，確保其能夠正常發揮作用。

混凝土坍落度檢測符合要求后，方可實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，振搗順序從兩側同步向中間開展，振搗密實后對混凝土表面進行刮平、灑水養護，并使用土工布或塑料薄膜進行覆蓋，待養護時間不小于7 d，強度達到設計值的80%以上時方可停止養護，并逐步開放交通。

4.3 伸縮縫施工后養護

伸縮縫施工結束后應加強對伸縮縫的全面檢查、防護、防滲、防震和耐久養護，確保伸縮縫能夠長期穩定地發揮作用。在伸縮縫施工完成后，應對其進行全面檢查，包括伸縮裝置的平整度、錨固的可靠性、防水效果等，確保伸縮縫各項指標均符合設計要求。防滲方面對伸縮縫的槽體內進行封堵，防止水分進入伸縮縫內部，造成損壞；防震方面對伸縮縫進行固定，防止其因地震等自然災害而產生位移或損壞；耐久方面對伸縮縫的部件進行防腐處理，延長其使用壽命。

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，該文依托實際工程，開展了模數式伸縮裝置和降噪型鋼模數式伸縮裝置的安裝及現場實施，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 型聲級計現場實測噪音大小，結果如表1 所示。

由表1 分析可知：

（1）采用A 記權聲壓測試方法，發現小型車駛過降噪型鋼模數式伸縮裝置的噪聲比模數式伸縮裝置低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 記權聲壓測試方法，發現小型車駛過降噪型鋼模數式伸縮裝置的噪聲比模數式伸縮裝置低9.0 dB，而大型車駛過降噪型鋼模數式伸縮裝置的噪聲比模數式伸縮裝置5.6 dB，說明采用低頻無衰減的Z 記權聲壓測試方法能較準確地評價伸縮縫降噪水平，且降噪型鋼模數式伸縮裝置能有效降低車輛行駛過程中的噪聲。

6 結論

該文設計開發了降噪型鋼模數式伸縮裝置和聚氨酯彈性體無縫式伸縮裝置，并在實體工程中進行應用，形成施工質量控制要求，通過實際噪聲測試，結果表明：低頻無衰減的Z 記權聲壓測試結果更準確，降噪型伸縮裝置相較于模數式伸縮裝置降低了5～9 dB 的噪聲。