声屏障玻璃破碎原因及改造措施

李振宇，黄定进

（深圳市特区建设发展集团有限公司，广东 深圳 518000）

声屏障玻璃破碎原因及改造措施

李振宇1，黄定进2

（深圳市特区建设发展集团有限公司，广东 深圳 518000）

针对城市内交通道路高架段声屏障总成设施经常出现玻璃破碎的问题，对玻璃本身的材料特性和桥梁上部结构的特征进行分析，初步分析得出城市跨线高架段声屏障设施玻璃破碎的原因，不但为后期新建线路同样的结构设施提供设计范例，也为现有的设施优化改造提供了参考依据。

声屏障玻璃；破碎；伸缩量；改造

0 引言

高架桥，即跨线桥，一种桥梁形式。尤指搁在一系列狭窄钢筋混凝土或圬工拱上，具有高支撑的塔或支柱，跨过山谷、河流、道路或其他低处障碍物的桥梁。随着城市建设速度的加快，交通拥挤，建筑物密集，而街道又难以拓宽，采用这种桥可以疏解交通密度，提高运输效率。此外，在城市间的高速公路或铁路，为避免和其他线路平面交叉，节省用地，减少路基沉陷（填海地区），也可不用路堤而采用高架桥。但由于高架段处于露天区域，既要保证交通车辆的畅通，又需要控制线路周边的噪声，使之数值控制在最低，对此特在高架区间上部结构护栏板上方，加装了声屏障结构，用于降噪之用途。经过多年使用，均出现较多的玻璃破碎问题，维护成本骤然增加，给桥上交通车辆的运行和桥下地面交通及人员财产安全造成一定的威胁。为最大限度降低环境噪声，也同时保证设施周围的安全，必须对玻璃破碎成因展开调查与分析。

1 病害统计

伸缩缝的位置，因此不可忽视梁体伸缩缝对声屏障破碎带来的影响。下面分别分析玻璃自爆与梁体伸缩量对声屏障玻璃破碎有影响的两种因素。

表1 民乐-清湖高架桥（公路）破碎玻璃统计表

2 玻璃自爆[1]

硫化镍（NiS）及异质相颗粒钢化玻璃不可控自爆的来源不仅是传统认识中的NiS微粒，还有许多其他异质相颗粒。玻璃中的裂纹萌发和扩展主要是由于在颗粒附近处产生的残余应力所致。这类应力可分为两类：一类是相变膨胀过程中的相变应力，另一类是由热胀冷缩系数不匹配产生的残余应力。玻璃内部包含硫化镍杂质，以小水晶状态存在，在一般情况下，不会造成玻璃损坏，但是由于钢化玻璃重新加热，改变了硫化镍杂质的相态，硫化镍的高温α存在玻璃急冻时被冻结，它们在恢复到β态可能需要几年的时间，由于低温β态的硫化镍杂质将产生体积增大，在玻璃内部产生局部的应力集中，这时钢化玻璃自爆将发生。然而，仅仅比较大杂质将引起自爆，而且仅仅当杂质在拉应力的核心部位时才能发生钢化玻璃自爆。从自爆后玻璃碎片中提取的NiS结石的扫描电镜照片中可看到，其表面起伏不平，非常粗糙。异质相颗粒引起钢化玻璃自爆，可在破裂源处玻璃碎片的横截面照片中看到，一个球形微小颗粒引起的首次开裂痕迹与二次破裂的边界区。因破碎裂纹由中间到两边对称裂开，形似一只蝴蝶，通常也被称为“蝴蝶斑”。

3 影响梁体伸缩量的因素

对声屏障玻璃破碎的问题，单独分析一个年度的破碎情况，通过统计分析可知，一年内集中出现在冬夏两季的温度变化强力的时段，故在温度变化的情况下，有必要计算梁体的伸长量，为玻璃破碎提供理论依据。

3.1 温度变化

温度变化尤其是线性温度变化是影响桥梁伸缩量的主要因素，桥梁在外界特定温度环境下，梁体整体升温或降温，相应梁体在顺桥向方向发生生产或缩短。

温度上升时[2]：

当温度下降时：

式中：Tmax为当地最高有效气温；Tmin为当地最低有效气温;Tset,u为安装温度范围的上限值；Tset,l为安装温度范围的下限值；l为计算第一个伸缩缝所采用的梁体长度，本桥取60 000 mm；ac为梁体混凝土材料线膨胀系数，为0.000 01。

3.2 混凝土徐变

混凝土的徐变是混凝土在荷载或应力作用下，应变或变形随时间增长的现象。混凝土的徐变也是混凝土构件的固有属性，除混凝土的水灰比、配合比、骨料性质、温度、湿度等对混凝土徐变有影响外，荷载的大小、持续时间也对混凝土的徐变有较大影响。

3.3 制动力引起的支座剪切变形

桥面交通车辆减速及刹车时，车轮与桥面发生摩擦，将制动力传递给桥面系，继而传递到桥面及主梁，最后引起支座顺桥向的剪切变形，带动梁体发生位移。

通过计算与各种因素分析得知，梁体在温度上升或下降时，徐变、交通车辆行驶状态都会产生梁体位移量，再结合深圳地区温度及该高架段上部结构布置特点，初步认定为，跨越伸缩缝处的声屏障结构本身限位变形，不能与来自梁体的伸缩量相适应，既而玻璃产生压碎或拉裂破坏。

4 声屏障结构特点

4.1 隔声透明部分

采用夹胶钢化玻璃，厚度采用6 mm+0.76 mm+ 6 mm，两外层采用6 mm的钢化平板玻璃，中间为0.76 mm的紫外线透明胶膜。

4.2 声屏障H型立柱

材质采用Q235a，焊缝不得小于H型钢板材的厚度，焊缝质量标准为III级。

表面处理为热浸镀锌，进行抗紫外线防腐喷涂。

4.3 安装要求

安装方向的垂直度为90°±0.1，在水平方向上和线路的平行误差不大于±5 mm/m。

通过查询设计图纸关于声屏障安装的部分，其中提供了全桥统一的安装方法及桥头伸缩缝的安装实施细则，未对伸缩量预留加以说明，不尽完善。

对破碎的声屏障设施实地勘察发现，H钢立柱与桥面预埋件固接，且垂直度良好。连接两根H立柱的横拉杆安装紧固，且未设置适应梁体的变形伸缩的螺栓孔，透明玻璃也是十分密贴地安装在支架中。这种结构设计与安装固定方法，在梁体伸缩量大于声屏障组件纵向变形量时，势必造成组件破坏、玻璃破碎。

5 改造措施

以上是高架段声屏障结构的分析，可以得出结论，导致玻璃破碎的原因为：横跨伸缩缝处的声屏障设施，未设置必要的变形装置，导致活动不良，出现压裂或拉裂破坏。为保证桥上交通车辆安全行驶和桥下安全，充分考虑维护成本与时间成本，需要对声屏障做一系列的改造，措施如下：

（1）细化玻璃生产工艺，降低硫化镍（NiS）等危害物质的含量，降低钢化玻璃自爆率；

（2）考虑更换玻璃钢或树脂材料制作的超低自爆率的透明体；

（3）更换成具备自由伸缩装置的声屏障拉杆，可以保证梁体自由变形的需要；（4）正确计算桥梁上部结构的伸缩量，为杆件安装预留自由行程提供依据；

（5）优化设计，重新确定玻璃的固定方式，保证梁体及杆件适当变形位移的情况下，玻璃不致脱落。

技术改造措施已普遍应用于现有高架桥养护及新建项目建造过程中，效果良好，玻璃破碎数量显著减少，维护成本降低。

[1]唐珂.玻璃自爆原因分析 [J].城市建设理论研究，2012（4）：377-378.

[2]于芳，张振华.辽宁滨海公路庄河特大桥T梁伸缩量的计算[J].北方交通，2010（1）：64-65.

TB53

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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，工程师，从事建设工程管理工作。