聲屏障玻璃破碎原因及改造措施

李振宇，黃定進(jìn)

（深圳市特區(qū)建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

聲屏障玻璃破碎原因及改造措施

李振宇1，黃定進(jìn)2

（深圳市特區(qū)建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

針對城市內(nèi)交通道路高架段聲屏障總成設(shè)施經(jīng)常出現(xiàn)玻璃破碎的問題，對玻璃本身的材料特性和橋梁上部結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行分析，初步分析得出城市跨線高架段聲屏障設(shè)施玻璃破碎的原因，不但為后期新建線路同樣的結(jié)構(gòu)設(shè)施提供設(shè)計(jì)范例，也為現(xiàn)有的設(shè)施優(yōu)化改造提供了參考依據(jù)。

聲屏障玻璃；破碎；伸縮量；改造

0 引言

高架橋，即跨線橋，一種橋梁形式。尤指擱在一系列狹窄鋼筋混凝土或圬工拱上，具有高支撐的塔或支柱，跨過山谷、河流、道路或其他低處障礙物的橋梁。隨著城市建設(shè)速度的加快，交通擁擠，建筑物密集，而街道又難以拓寬，采用這種橋可以疏解交通密度，提高運(yùn)輸效率。此外，在城市間的高速公路或鐵路，為避免和其他線路平面交叉，節(jié)省用地，減少路基沉陷（填海地區(qū)），也可不用路堤而采用高架橋。但由于高架段處于露天區(qū)域，既要保證交通車輛的暢通，又需要控制線路周邊的噪聲，使之?dāng)?shù)值控制在最低，對此特在高架區(qū)間上部結(jié)構(gòu)護(hù)欄板上方，加裝了聲屏障結(jié)構(gòu)，用于降噪之用途。經(jīng)過多年使用，均出現(xiàn)較多的玻璃破碎問題，維護(hù)成本驟然增加，給橋上交通車輛的運(yùn)行和橋下地面交通及人員財(cái)產(chǎn)安全造成一定的威脅。為最大限度降低環(huán)境噪聲，也同時(shí)保證設(shè)施周圍的安全，必須對玻璃破碎成因展開調(diào)查與分析。

1 病害統(tǒng)計(jì)

伸縮縫的位置，因此不可忽視梁體伸縮縫對聲屏障破碎帶來的影響。下面分別分析玻璃自爆與梁體伸縮量對聲屏障玻璃破碎有影響的兩種因素。

表1 民樂-清湖高架橋（公路）破碎玻璃統(tǒng)計(jì)表

2 玻璃自爆[1]

硫化鎳（NiS）及異質(zhì)相顆粒鋼化玻璃不可控自爆的來源不僅是傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中的NiS微粒，還有許多其他異質(zhì)相顆粒。玻璃中的裂紋萌發(fā)和擴(kuò)展主要是由于在顆粒附近處產(chǎn)生的殘余應(yīng)力所致。這類應(yīng)力可分為兩類：一類是相變膨脹過程中的相變應(yīng)力，另一類是由熱脹冷縮系數(shù)不匹配產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。玻璃內(nèi)部包含硫化鎳雜質(zhì)，以小水晶狀態(tài)存在，在一般情況下，不會(huì)造成玻璃損壞，但是由于鋼化玻璃重新加熱，改變了硫化鎳雜質(zhì)的相態(tài)，硫化鎳的高溫α存在玻璃急凍時(shí)被凍結(jié)，它們在恢復(fù)到β態(tài)可能需要幾年的時(shí)間，由于低溫β態(tài)的硫化鎳雜質(zhì)將產(chǎn)生體積增大，在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，這時(shí)鋼化玻璃自爆將發(fā)生。然而，僅僅比較大雜質(zhì)將引起自爆，而且僅僅當(dāng)雜質(zhì)在拉應(yīng)力的核心部位時(shí)才能發(fā)生鋼化玻璃自爆。從自爆后玻璃碎片中提取的NiS結(jié)石的掃描電鏡照片中可看到，其表面起伏不平，非常粗糙。異質(zhì)相顆粒引起鋼化玻璃自爆，可在破裂源處玻璃碎片的橫截面照片中看到，一個(gè)球形微小顆粒引起的首次開裂痕跡與二次破裂的邊界區(qū)。因破碎裂紋由中間到兩邊對稱裂開，形似一只蝴蝶，通常也被稱為“蝴蝶斑”。

3 影響梁體伸縮量的因素

對聲屏障玻璃破碎的問題，單獨(dú)分析一個(gè)年度的破碎情況，通過統(tǒng)計(jì)分析可知，一年內(nèi)集中出現(xiàn)在冬夏兩季的溫度變化強(qiáng)力的時(shí)段，故在溫度變化的情況下，有必要計(jì)算梁體的伸長量，為玻璃破碎提供理論依據(jù)。

3.1 溫度變化

溫度變化尤其是線性溫度變化是影響橋梁伸縮量的主要因素，橋梁在外界特定溫度環(huán)境下，梁體整體升溫或降溫，相應(yīng)梁體在順橋向方向發(fā)生生產(chǎn)或縮短。

溫度上升時(shí)[2]：

當(dāng)溫度下降時(shí)：

式中：Tmax為當(dāng)?shù)刈罡哂行鉁兀籘min為當(dāng)?shù)刈畹陀行鉁?Tset,u為安裝溫度范圍的上限值；Tset,l為安裝溫度范圍的下限值；l為計(jì)算第一個(gè)伸縮縫所采用的梁體長度，本橋取60 000 mm；ac為梁體混凝土材料線膨脹系數(shù)，為0.000 01。

3.2 混凝土徐變

混凝土的徐變是混凝土在荷載或應(yīng)力作用下，應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長的現(xiàn)象。混凝土的徐變也是混凝土構(gòu)件的固有屬性，除混凝土的水灰比、配合比、骨料性質(zhì)、溫度、濕度等對混凝土徐變有影響外，荷載的大小、持續(xù)時(shí)間也對混凝土的徐變有較大影響。

3.3 制動(dòng)力引起的支座剪切變形

橋面交通車輛減速及剎車時(shí)，車輪與橋面發(fā)生摩擦，將制動(dòng)力傳遞給橋面系，繼而傳遞到橋面及主梁，最后引起支座順橋向的剪切變形，帶動(dòng)梁體發(fā)生位移。

通過計(jì)算與各種因素分析得知，梁體在溫度上升或下降時(shí)，徐變、交通車輛行駛狀態(tài)都會(huì)產(chǎn)生梁體位移量，再結(jié)合深圳地區(qū)溫度及該高架段上部結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，初步認(rèn)定為，跨越伸縮縫處的聲屏障結(jié)構(gòu)本身限位變形，不能與來自梁體的伸縮量相適應(yīng)，既而玻璃產(chǎn)生壓碎或拉裂破壞。

4 聲屏障結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4.1 隔聲透明部分

采用夾膠鋼化玻璃，厚度采用6 mm+0.76 mm+ 6 mm，兩外層采用6 mm的鋼化平板玻璃，中間為0.76 mm的紫外線透明膠膜。

4.2 聲屏障H型立柱

材質(zhì)采用Q235a，焊縫不得小于H型鋼板材的厚度，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為III級(jí)。

表面處理為熱浸鍍鋅，進(jìn)行抗紫外線防腐噴涂。

4.3 安裝要求

安裝方向的垂直度為90°±0.1，在水平方向上和線路的平行誤差不大于±5 mm/m。

通過查詢設(shè)計(jì)圖紙關(guān)于聲屏障安裝的部分，其中提供了全橋統(tǒng)一的安裝方法及橋頭伸縮縫的安裝實(shí)施細(xì)則，未對伸縮量預(yù)留加以說明，不盡完善。

對破碎的聲屏障設(shè)施實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，H鋼立柱與橋面預(yù)埋件固接，且垂直度良好。連接兩根H立柱的橫拉桿安裝緊固，且未設(shè)置適應(yīng)梁體的變形伸縮的螺栓孔，透明玻璃也是十分密貼地安裝在支架中。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝固定方法，在梁體伸縮量大于聲屏障組件縱向變形量時(shí)，勢必造成組件破壞、玻璃破碎。

5 改造措施

以上是高架段聲屏障結(jié)構(gòu)的分析，可以得出結(jié)論，導(dǎo)致玻璃破碎的原因?yàn)椋簷M跨伸縮縫處的聲屏障設(shè)施，未設(shè)置必要的變形裝置，導(dǎo)致活動(dòng)不良，出現(xiàn)壓裂或拉裂破壞。為保證橋上交通車輛安全行駛和橋下安全，充分考慮維護(hù)成本與時(shí)間成本，需要對聲屏障做一系列的改造，措施如下：

（1）細(xì)化玻璃生產(chǎn)工藝，降低硫化鎳（NiS）等危害物質(zhì)的含量，降低鋼化玻璃自爆率；

（2）考慮更換玻璃鋼或樹脂材料制作的超低自爆率的透明體；

（3）更換成具備自由伸縮裝置的聲屏障拉桿，可以保證梁體自由變形的需要；（4）正確計(jì)算橋梁上部結(jié)構(gòu)的伸縮量，為桿件安裝預(yù)留自由行程提供依據(jù)；

（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新確定玻璃的固定方式，保證梁體及桿件適當(dāng)變形位移的情況下，玻璃不致脫落。

技術(shù)改造措施已普遍應(yīng)用于現(xiàn)有高架橋養(yǎng)護(hù)及新建項(xiàng)目建造過程中，效果良好，玻璃破碎數(shù)量顯著減少，維護(hù)成本降低。

[1]唐珂.玻璃自爆原因分析 [J].城市建設(shè)理論研究，2012（4）：377-378.

[2]于芳，張振華.遼寧濱海公路莊河特大橋T梁伸縮量的計(jì)算[J].北方交通，2010（1）：64-65.

TB53

B

1009-7716（2017）08-0304-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.95

2017-04-18

李振宇（1981-），男，河北香河人，工程師，從事建設(shè)工程管理工作。