01
引言
截至2024年，上海的高架总里程为580公里，高架桥系统非常发达。庞大的高架规模带来了城市高速发展，但伴随着巨大的交通量，高架桥也存在很多病害与隐患。
上海市高架桥梁年轻化更新改造，通过研究桥梁病害症状与原因，开发新型整治方案、研发新型桥梁构件、改良传统施工工艺，从而全面推动高架桥梁的现代化和维修养护发展。
近些年，“上海市城乡建设和交通委员会”和“上海市道路运输事业发展中心”出台一系列高架桥梁的改建和整治政策，要求高架桥梁一旦出现安全结构问题，优先立项实施，消除隐患，保障高架的高效运营和城市的交通安全。
02
上海市高架桥梁发展概况
上海高架快速路系统是城市交通现代化的标志，自1993年开始建设，经过30多年的发展，已形成三横三纵的网格状交通网，与地下隧道共同构成交通网络，成为上海市发展的大动脉。
因建设年代早、运营时间久，材料和施工工艺受限于当时的科技水平和经济条件，上海高架桥梁的安全评分呈下降趋势，结构设施老化、病害日益突出、智能化设备相对落后等问题都亟待解决。
如果不对这些问题进行有效的控制和修复，将会导致重大的安全问题。例如，附属结构腐蚀断裂容易引发高空坠落；桥梁伸缩缝构件失效凸起会导致车辆颠簸，增加交通事故风险；桥梁结构的裂缝、损坏，逐渐演变为危桥，可能会导致车辆侧翻、桥梁垮塌等重大安全事故。
为了解决这些病害隐患，避免安全问题，本研究将着重针对高架桥梁现有的结构病害和设施缺陷，对其进行年轻化更新改造，具体来说主要包括高架桥梁支座整治、高架声屏障整治、立交匝道桥面系修复、高架悬挂绿化景观装饰和桥下空间利用与提升等5个方面。
03
上海市高架桥梁发展概况
1. 桥梁支座使用情况与病害
上海中环线桥梁以球形钢支座为主，立交匝道则以橡胶支座为主。现状球形钢支座在长时间使用运营后，存在构件锈蚀、开裂、油漆侵蚀，四氟板构件滑出、脱落，上垫石开裂、钢筋锈蚀等病害。
/ 现状球形钢支座病害 /
/ 拆卸的病害支座 /
橡胶支座在使用寿命到期后，存在老化开裂、外鼓包、剪切变形，钢垫板锈蚀、翘曲等病害。
/ 现状橡胶支座 /
支座病害会导致桥梁主体结构受力不合理，长时间带病运营会带来安全隐患，后果严重。因此针对支座病害需要及时整治更换，避免病害扩大化。
2. 创新研发新型支座
针对中环线目前使用的支座和病害情况，我们创新性地研发了2款新型支座：
新型GCQZ高承载球型钢支座——中环线目前使用的XQZ球型钢支座，为非国标型号，是针对上海中环线的特定设计。通过对拆下来的病害支座研究，发现原支座材料耐久性和结构设计存在缺陷，主要体现为尺寸小、摩擦性能差、易进灰尘损害滑板、使用寿命低等缺陷。针对现状病害支座缺陷，我们详细分析了病害产生原因，研发了新型的GCQZ高承载球型钢支座，来替换老旧病害支座。
/ 新型GCQZ高承载球型钢支座1 /
这款新型支座具有很多优点：①几何尺寸和承载力与旧型球形钢支座保持一致，便于替换已损坏的老支座；②支座采用“改性超高分子量聚乙烯”和“镜面不锈钢”等材料，提升摩擦副性能；③对支座结构进行了重新设计，采用分片镶嵌+中心滑板式的分布镶嵌形式，增强滑板约束力，降低滑移阻力；④增加位置调整结构和防倾转结构，提高安装便捷性；⑤新型结构也增大了硅脂存储空间，可补充与存储硅脂，提升长期润滑性能，延缓结构病害，增加支座使用寿命。
/ 新型GCQZ高承载球型钢支座2 /
/ 注入养护硅脂 /
新支座通过采用新型材料和新型结构设计，可以避免发生原支座的类似病害。面对未来上海空前巨大的交通流量，新型“GCQZ高承载球型钢支座”为中环线的交通运营和安全保驾护航。
新型GCZY高承载隔震支座——目前市面上常见的普通板式橡胶支座，存在竖向承载能力低、平面尺寸大、橡胶制品老化严重、使用寿命短等缺陷。针对这些问题，我们进行了改良设计，采用高分子材料和加劲钢板硫化成型，研发了“新型高承载力隔震支座”，具有承载力高、阻尼适当、控制位移能力强、变形易恢复、耐久性强等特点，同时还具有承受竖向荷载和水平荷载，并可各向转动的功能。
/ 新型高承载力隔震支座 /
3. 创新研发新型支座
传统的桥梁支座维修施工需要阻断交通，进行封闭式施工，但是中环线交通任务繁重，桥下、桥上路段需要保持“不断交通”的施工，因此对施工工艺要求极高。
我们创新性地开发了“整联同步顶升”施工方法，在有限的桥墩顶部范围内，合理布置超薄千斤顶，施工时所有千斤顶同步顶升，然后进行更换支座作业，施工完毕后再控制千斤顶进行整联同步落梁，施工完毕后恢复交通。千斤顶设计采用500吨三连杆超薄千斤顶，具有结构尺寸小、整体性好、顶升力大等特点。
“整联同步顶升”施工方法可以有效降低上部梁体在顶升施工中的受力及变形情况，最大程度保证桥梁结构和施工安全，节省工期。和传统施工方案相比，“整联同步顶升”对中环线高架道路交通基本没有影响，白天可以全线开放交通，仅在车流量低的晚上，桥上全封闭、桥下封闭1条车道进行施工。
/ 中环线施工现场 /
4. 实施评价与反馈
上海中环线病害支座的修复案例，设计方案为全国首次施行，我们不仅创新性地研发了2款新型支座，克服了老支座承载力低、滑移和转角性能差、容易出现剪切变形、使用寿命短等缺陷，大大提升了支座的使用寿命，降低了后续日常运营养护维修费用；同时还创新性地采用“整联同步顶升”施工工艺，保障了桥梁结构和施工安全，降低了工程造价成本，大大提高了桥梁更新改造的效率，最大程度地减少了对交通的影响。
04
高架声屏障整治
1. 现状声屏障情况及问题
上海申字形高架声屏样式繁杂，使用时间长，表面普遍锈蚀，屏体构件有生锈、破损变形、松动、破裂、形式不统一等病害，使用时间也已超出年限。面对车辆冲撞和台风等极端天气，存在高空坠落的安全隐患，因此高架病害声屏障急需整治维修。
/ 高架病害声屏障 /
2. 声屏障结构迭代升级和创新
新型声屏障提出“提升安全性、提升降噪性能、易于养护”的要求，即提升刚度、降低自重，提升降噪能力、增加防腐、防振和抵抗风、雪、雹等能力，并降低安拆难度、便于养护。
/ 新型声屏障方案 /
对声屏障的钢立柱和基础锚固进行升级加固，在满足强度要求的同时，减少对防撞墙基础的破坏。屏体结构从铆焊式改为扣合式，减少大量五金连接件，采用橡胶弹性连接，不仅耐久性好，安拆便捷，且不容易产生病害。
/ 声屏障更新后现场 /
3. 声屏障结构材料的选择
声屏障的骨架使用金属材料，具备强度高、易加工、环保、耐候和长寿命等特性。传统声屏障采用镀锌钢板，虽强度高，但存在寿命短、重量大、耐腐蚀性差等问题，特别是在氯盐环境下易锈蚀损坏。铝合金板则具有寿命长、重量轻和耐腐蚀性强。因此，设计采用铝合金作为前面板材料，镀锌钢板作为后背板材料，以满足高强度、耐腐蚀和降噪隔声等需求。
/ 声屏障金属屏体 /
4. 吸声材料的选择
吸声材料作为屏体内的填芯材料，应具备高效的吸声性能，以及阻燃、防水、耐候性强、寿命长、环保等多重功效，满足在不同环境下有良好的降噪效果。
/ 声屏障消声材料 /
在对诸多吸声材料进行筛选后，选择玻璃棉作为填芯吸声材料。离心玻璃棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。玻璃棉吸声原理是利用自身大量内外连通的微小孔隙，当声波射入离心玻璃棉时，声波顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子振动，由于空气粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗，噪声被大大降低。
5. 实施评价
通过对声屏障结构和材料研究，我们重新设计并克服了老声屏障的各种缺点，对高架声屏障进行了全面升级，表现出强度更高、降噪性能更强、自重更低、耐久性更强、安拆养护更便捷等优点。整治工程在实施后，不仅抵御了每年的台风极端天气，也经受了交通事故考验，无高空坠落等安全问题。后续养护成本低廉，每年桥梁检报显示病害率减少，取得了卓越的社会效益和经济效益。
05
立交匝道桥面系修复养护
1. 立交匝道钢桥面铺装整治维修概况
由于桥面铺装年久失修，并且常有超载车辆行驶，使得立交匝道桥面出现了严重的裂缝、车辙和拥包等病害。
/ 匝道桥面拥包与车辙病害 /
钢桥面铺装维修整治工序较多，对施工质量要求较高。拆除钢箱梁桥面铺装时要，保证不对钢箱梁结构造成破坏。沥青摊铺前有多项前置工序，包括除油、除锈、打砂、抛丸、保持干燥整洁等，摊铺沥青时要避免雨天施工并保证施工时气温在15℃以上。高标准和高质量要求使得钢箱梁桥面铺装维修成本较高，是匝道修复养护工程的重点。
2. 钢箱梁桥面铺装材料创新
结合立交匝道情况，我们创新性地采用了“双层重载交通专用改性沥青体系”。与传统的钢箱梁桥面铺装方案相比，新型铺装具有出色的抗车辙性能，以及良好的低温抗裂性、耐疲劳性、抗水损性和抗扭转性。同时，采用新型铺装作为磨耗层和保护层，配合桥面铺装快速施工工艺，能有效缩短工期，降低施工对沿线交通的影响。总体上，该方案呈现了施工周期短、施工便捷、工程造价低等优点。
/ 整治维修后的匝道桥面 /
3. 实施评价
本次研究的“双层重载交通专用改性沥青体系”各项指标全面提升，施工更快。后续桥梁检报显示，运营效果良好，桥面系打分较高，病害发展缓慢，使用寿命较长，获得了良好的经济效益和社会评价。
06
高架悬挂绿化景观装饰
1. 高架景观现状
由于年久失修，现状高架防撞护栏与钢扶手存在混凝土脱落、景观差、参差不齐等问题，需要对防撞护栏与钢扶手进行结构维修和景观装饰处理。
/ 高架病害钢扶手 /
2. 防撞墙扶手维修与挂花篮创新升级
修复钢扶手，结合钢扶手设置新型挂钩，采取绿色生态设计手法，布置景观花箱，起到美化城市高架、丰富景观、净化空气的作用。设计还采用了智慧滴灌技术浇灌花箱，在美化城市形象的同时有效减少人工维护成本。
/ 高架桥景观花篮 /
3. 实施评价与反馈
研究成果的应用，让混凝土结构的高架桥梁焕然一新，有效提升了高架桥梁的景观效果，不仅获得1项国家授权技术专利，还受到了业主的一致好评。
07
桥下空间利用与提升
1. 现状高架桥附属设施使用情况
部分高架桥梁建设年代早，运营时间长，桥梁结构普遍老旧、发黑，部分出现了破损、钢筋锈蚀等病害，桥下空间及附属设施破损、废弃较多，对城市面貌发展不利。针对病害问题和桥下街道布置，需要尽快采取处理措施，避免原有病害继续劣化发展，影响市民居住环境。
/ 高架桥下部结构老旧发黑和废弃空间 /
2. 创新增加涂装方案
工程范围内桥梁混凝土结构先进行维修处理，封闭裂缝和缺损。由于结构表面均未涂装，因此对桥上设施（防撞墙内侧、中央分隔墩）采用满批两层腻子后，涂刷水性材料的方案，桥下设施（防撞墙外侧、梁底、盖梁、墩柱）直接涂刷水性材料，涂装采用水性硅丙乳胶涂装体系。涂装可增加结构耐久性，延缓自然风化和露筋锈蚀等病害，桥梁涂装使得桥下空间焕然一新，产生美丽的景观效果，改善了市民出行环境。
/ 高架桥下景观涂装 /
3. 桥下空间创新整治
对高架桥下空间进行创新改造，拆除破损的道路设施，添加新型城市家具，对桥梁结构进行美化涂装，并增加景观照明，有效提升了城市生态宜居形象，营造出城市年轻化新风貌。
/ 轨交桥下布置与高架桥下夜景 /
4. 实施评价与反馈
本项目致力于利用高架桥下空间，改造街道设施，翻新城市家具，优化环境，有效改变了街道面貌，让出行市民的生活幸福感提升，获得了一致好评。
08
结 语
近年来，华建集团兰德公司一直致力于道路、桥梁养护维修领域的研发和应用，先后推出了多项具有国际一流水平的研究成果和先进技术，应用了很多新型方案、新型设备、材料、施工工艺等，不仅对于提升桥梁安全性、构筑平安城市发挥了重大作用，同时这些先进技术还可推广应用到其他城市，将会为城市高架桥梁维修做出更大的贡献，并产生巨大的社会效益。
/ 南浦大桥夜景 /
/ 延安东路立交鸟瞰 /
项目信息
中环线（浦西段）桥梁支座整治工程
建设单位 | 上海市道路运输事业发展中心
建设规模 | 中环线共77座桥墩、154个支座
设计/竣工时间 | 2019年/2024年
设计单位 | 华建集团上海兰德公路工程咨询设计有限公司
设计总负责人 | 陈建华、祝国栋
获奖情况 | 上海市优秀工程咨询成果一等水平奖、科学技术三等奖
其他成果 | 国家授权技术专利11项
申字型高架声屏障整治工程
建设单位 | 上海市道路运输事业发展中心
建设规模 | 高架声屏障15.55千米
设计/竣工时间 | 2019年/2022年
设计单位 | 华建集团上海兰德公路工程咨询设计有限公司
设计总负责人 | 陈建华、钱阳
获奖情况 | 上海市优秀工程咨询成果二等水平奖，国家授权技术专利3项
S20公路同济路立交匝道修复养护工程
建设单位 | 上海市道路运输事业发展中心
建设规模 | 匝道桥梁655.6米
设计/竣工时间 | 2019年/2023年
设计单位 | 华建集团上海兰德公路工程咨询设计有限公司
设计总负责人 | 陈建华、赵天麟
获奖情况 | 上海市优秀工程咨询成果三等水平奖
申字形高架悬挂绿化【延安路高架、南北高架、沪闵高架、内环高架（浦西段）】整治工程
建设单位 | 上海市道路运输事业发展中心
建设规模 | 申字形高架桥63.42千米
设计/竣工时间 | 2018年/2018年
设计单位 | 华建集团上海兰德公路工程咨询设计有限公司
设计总负责人 | 王安黎
获奖情况 | 国家授权技术专利1项
逸仙路-同济路高架、吴淞大桥和轨交提升工程
建设单位 | 上海市宝山区交通建设管理中心
建设规模 | 高架桥、匝道和轨道交通约 33.3千米
设计/竣工时间 | 2021年/2021年
设计单位 | 华建集团上海兰德公路工程咨询设计有限公司
设计总负责人 | 钱阳
作者简介
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