低碳低影响的更新建造新模式——城市高架快速路更新关键技术

上海内环高架是上海最早建设的城市快速路，也是国内最早建成高架快速路系统，素有“中国高架第一环”之称。它全长47.7km，标准段宽度18m，双向4至5车道，自1994年通车至今，已服役近30年，存在结构设施老化、运行压力激增、智能化设备和环境景观效果相对落后等痛点，专项维修费用近年呈逐年快速增加趋势。

“内环年轻化”项目作为上海城市基础设施更新的标杆性示范工程，以“人民城市”共建共享理念，创新性地推出了城市基础设施低影响更新建造的新模式，结合机械化、装配化、智能化等技术，提出快速构件修复、整体更新及拓宽改造等成套解决方案。本文以上海“内环年轻化”项目为例，对城市高架快速路更新关键技术予以说明，希望为后续城市高架的更新提供可借鉴的范本。

城市高架桥梁根据其所在区域和功能定位的不同，其面临的问题和更新策略也有所区分。

上海外环线由于货车较多，桥梁长期处于重载交通的情况下，部分结构发现结构性病害，导致其承载能力下降，有安全隐患；部分区段为地面道路截断了地方区域交通。其更新理念注重确保桥梁结构承载能力。主要为：通过结构加固、局部换梁等措施来保障结构安全，通过局部拓宽、抬升来提高区域交通功能。

上海核心区的高架，如内环线、中环线、申字型高架，其主要问题在于：桥梁经长时间大流量交通运营，结构耐久性降低、附属设施超期服役；景观效果落后；交通拥堵严重；设施无法满足智慧化发展需求。其更新理念更注重桥梁整体品质和服务功能的提升，主要为：结构缺陷修补、附属设施整体更换；通过绿化、夜景照明、结构外观、市区联动改造桥下空间提升景观效果；?局部拓宽改造解决个别拥堵节点；智慧杆件、智能设施实现智能化管理。

上海内环高架位于上海中心城区，贯穿八大核心行政区，相关人员希望以其更新为示范，打造“安全可控、高效畅达、智慧服务、环境友好”的具有上海特色的城市高架道路更新样板工程。

施工内容主要包含如下方面：①防撞墙更新改造（兼顾绿化滴灌功能、景观提升、智能化改造）；②结构病害修复及涂装；③伸缩缝更换为新型降噪伸缩缝（降低噪声值6-8分贝）；④破损空心板铰缝、连续缝、白色铺装修复；⑤老旧声屏障更换；⑥支座全面更换；⑦排水设施更新改造；⑧照明改造（节能LED路灯）；⑨沥青面层铣刨加罩（改善桥梁纵断面线形、提升桥面平整度）；⑩管养设施智慧化改造（建立桥梁结构健康监测系统等）。

图1 内环高架设施提升主要施工内容

防撞墙是高架桥梁的重要组成部分，现代桥梁防撞墙除了承担基本的保护桥梁、车辆作用外，还承担了多项重要功能，如管线通道、声屏障基础、灯杆基础、交通杆件基础，绿化悬挂等，故其对高架桥梁的重要性不言而喻。由于内环线建设时期较早，当时的混凝土材料性能一般且防撞墙混凝土标号较低，故近几年来其外侧混凝土破损、剥落情况较严重，引起了极大的安全隐患。根据对防撞墙的耐久性分析，混凝土防撞墙在使用过程中退化较快，混凝土保护层开裂时刻在40年左右。随着5G技术、智慧化交通等的发展、城市精细化管理的需求，现防撞墙难以满足越来越多的功能要求。因此，无论是从防撞墙的耐久性、安全性还是从功能性等方面来看，对其进行更新升级都是必要的。

新建预制防撞墙混凝土采用C50清水混凝土，防撞等级提高至SA级，桥面以上高度变为100cm，取消顶部圆形钢管，替代为花槽或声屏障，其构造如图2。

图2 新建防撞墙构造

在防撞墙顶部设置声屏障或绿化花箱。声屏障通过防撞墙顶部的预埋套筒与其连接。绿化花箱通过膨胀螺栓固定在防撞墙顶部，同时在防撞墙顶部花槽内，设置了智能化绿化滴灌系统，为高架花箱的养护提供了精准灌溉以及省工、省水的便捷服务。

两侧新建防撞墙重新敷设预埋管道。防撞墙内预埋3根φ76的电子塑料管用于高架路灯供电、高架下吸顶灯供电以及备用需求。预埋2根φ50的电子塑料管用于外场监控用电及备用需求。预埋1根9孔格栅管（96mm×96mm）用于弱电线缆敷设，目前基本需求占用3孔，预留6孔用于零星设备及后续增容使用。

以简洁、大气、精致、开放为原则，将防撞墙外表面图案引入了造型机理的意向，进行了结构装饰一体化设计。引入工业的设计概念，以粗糙面和光滑面对比，上下咬合带有机械性的齿轮关系，外形简洁有韵律感，体现结构之美。

图3 防撞墙外侧景观效果

老防撞墙是通过上部结构挑臂预埋钢筋与主体结构进行的锚固连接。对于防撞墙更换，核心要点在于如何减少对既有结构的影响、如何实现快速更换、如何减少交通影响。

围绕以上要点，笔者及团队提出了两种快速进行防撞墙更换的方案，分别是防撞墙原位拆除后预制拼装的重建方案和防撞墙带边梁整体更换方案。此两种更换工艺均已在内环高架更新试验段予以实施。

结合试验段实际实施情况来看，边板连带防撞墙整体更换时，现场操作方便，施工效率较高，但由于现场混凝土铺装厚度不一，离散性较大，整体更换后难以再对线型进行局部调整，对总体线型控制很不利，对前期测量和预制提出了更高要求,且由于吊装体量较大，施工场地及交通影响也相对较大。另外，由于此种工法，仅适用于铰接空心板结构,无法适用于其他结构类型。而节段预制拼装防撞墙可适用于所有形式上部结构，其施工总体影响、成本也相对较小,整体线型也可通过现浇段进行局部调整,施工效率较低的问题可通过多开展工作面予以一定程度解决。总体而言，节段预制拼装防撞墙适用性更好，因此在后续的更新实施中均采用节段预制拼装防撞墙的施工工艺。

高架快速路是城市核心区的骨干路网，交通流量大，周边环境复杂，实施面临的最大挑战是施工期间的交通影响。

通过优化防撞墙施工工艺及施工设备，将施工关键的水射流设备小型化（设备宽度由原3m减小为0.9m），使白天高架施工占路由最初的3.5m宽减少到1.5m宽，并通过压缩现有车道宽度（压缩后最小车道宽度不小于3m），保证了现有车道规模不减少。通过硬化高架下方中央绿化带，临时停放水射流供水车辆及其余施工设备，保证了白天施工不占用地面车道。将对交通影响较大的施工内容，如吊装、桥面系、顶升、附属工程等，安排在交通流量较低的夜间（23:00至次日凌晨6:00）进行施工。通过以上措施，尽可能降低施工期间的交通影响。具体施工时间、施工内容、占道情况等详见表1。

图4 施工占道示意

在开放交通的情况下，施工时也需注意施工本身安全与社会车辆通行安全。因此，施工时高架桥面采用AB板+围挡进行硬隔离。AB板间顺桥向相互链接，并与桥面铺装层锚固，使其具有一定的防撞功能。在AB板顶部安装可拆卸式围挡，避免施工人员及器具侵入高架行车空间。通过以上措施，使施工区域与行车区域实现物理分隔，保证行车及施工安全。在桥侧安装施工平台，并在平台上设置挡水板、集水槽、防水布等防护设施，防止水射流施工时产生的污水及碎石影响地面车辆通行。夜间高架半幅封交施工时，严格控制吊车站位，并派专人指挥，防止吊车的吊臂转动时进入对向交通开放区域。

对比施工前后高架主线及匝 道的运行车速可以发现，施工前后高架流量有增有减，但是运行速度时变情况较非施工期间变化趋势几乎一致，施工与非施工期间高架运行车速变化幅度在3.4%～6.3%，非高峰期间高架整体处于三级稳定流状态，个别拥堵路段施工前后均为四级饱和流，高架运行并未因为施工导致服务水平发生变化。因此，高架占道1.5m压缩车道宽度施工对于主线运行并无显著影响，高架常态化占用1.5m施工方案切实可行。

城市高架快速路，一般周边地块均已开发建设成熟，周边建筑以商业用地、企业、住宅用地为主。施工期间会产生较大的噪音、粉尘、污水等，将对区域生产、生活产生干扰。

项目团队通过不断地试验，对噪音较大的水射流设备在其罩壳内采用阻尼喷涂及罩外加装吸声体，在护罩前方交错覆盖2～3层矿用防尘帘，在其施工区域增设全包式隔音罩；桥侧施工支架集成集、排水功能，并采用阻水网布将支架全覆盖，形成一体化污水收集装置；加强对各种筑路机械、车辆的维修养护；合理安排施工时间，将噪音较大的防撞墙切割、水射流破除混凝土等工序安排在白天施工，最大程度降低了对周围居民的影响；必须在夜间施工的项目，要有安民告示和计划；施工现场定时洒水除尘；对于施工产生的污水引入桥下三级沉淀箱进行污水过滤；每日施工完成后，对高架路面进行冲洗。总之，尽全力把施工过程中产生的噪音与污水等影响降到最低。

更换防撞墙势必需要先拆除老防撞墙，而桥梁本身已运营30余年，如何在拆除过程中尽量不对原结构造成扰动、损坏，新防撞墙又如何与老结构可靠连接，是这次项目的核心问题之一。

水射流清除混凝土工艺是一种利用高压水流进行切割、清洗等加工的技术，采用该工艺既实现了破除混凝土的目的，又同时保留原有钢筋。这样在拆除时对原结构基本没有影响，也避免了在老结构上进行大量植筋。施工前由设计单位根据施工单位的施工方案、吊装设备等，对桥梁本身的结构受力、抗倾覆安全等进行了计算复核，保证了施工对老桥结构无影响。施工前使用专业探测设备现场进行桥面板预应力钢束精确定位，施工支架安装位置避开桥面板预应力钢束位置。在挑臂端进行防撞墙滴水檐拆除时，严格控制水射流切除混凝土深度，慢慢将防撞墙滴水檐切除，避免切割到主梁挑臂端部混凝土。

本次工程实施范围较大，施工内容多，总工期较短，区域施工期间交通压力大。

积极主动采取快速建造的桥梁结构形式。主线防撞墙采用预制拼装形式，其余附属设施如铝板、声屏障、伸缩缝等附属设施均采用工厂制作、现场安装的方式。现场施工时，多工作面同步开展流水施工。对于连续缝、伸缩缝更新等需现场浇筑混凝土施工的，均采用快硬混凝土材料，减少养护时间。

图5 现场多工作面同时吊装施工

由于匝道本身桥面净宽仅6m，对其防撞墙进行更换需要封闭施工，对交通影响很大。如何快速对匝道防撞进行处置解决病害、同时外形与主线防撞墙外观、风格尽量保持一致，这是一道新的难题。

在实际工程中，笔者及团队制定了先对匝道防撞墙采用碳纤维布进行整体修复加固，然后采用外挂铝板对其进行外包的方案。铝板采用多板拼接工艺，凸显不同饰面的层次感。铝板本身采用压铸成型工艺，直接在铝板上压出混凝土肌理装饰面效果，外观纹理与砼表面接近，外表面采用氟碳漆喷涂，使其外观颜色与主线防撞墙一致，并提高其耐久性、耐污性。

图6 匝道防撞墙铝板外包效果

内环高架支座使用近30年，超过常规橡胶支座使用寿命，明显存在病害的支座占比约40%。为此，项目采用在盖梁上放置超薄千斤顶，对梁体进行同步全面顶升，将原有的普通板式橡胶支座更换为高性能抗震橡胶支座，提升结构抗震性能。顶升施工利用每天夜间5h，采用登高车施工，顶升时梁体同步全面顶升5mm～1cm，顶升期间高架上可正常通车，地面道路封闭桥梁投影面下1～2根车道。单跨施工时间约2个晚上。

在相关部门的协调下，项目在内环高架更新的同时，将桥上设施改造和桥下景观提升同步实施，打造精细化利用和开放式桥下空间。这处开放式的“蘑幻森林”，不仅拥有篮球场、平衡木、健身器械、摇摇木马……成为居民15min社区生活圈中的健身场所，适合全人群休闲娱乐，同时还将桥下东走马塘河畔打造成一条绿色慢行步道，实现了人车分流、坡道盲道覆盖、植被物种丰富，极大地提升了区域居住品质。

图7 桥下空间利用

上海“内环年轻化”项目的建设,实现了城市高架快速路“安全可控、高效畅达、智慧服务、环境友好”的年轻化改造目标;树立了一种低影响、快速化、高品质的城市更新设计理念；打造了一个系统性改造大交通流量城市高架的示范工程；形成了一整套开放交通条件下进行交通设施更新的施工及交通组织方案；开发了一系列基于新材料新工艺的成套技术；锻炼了一批具备交通设施改造专业技能的人才队伍；整合了一种设计施工高度融合的建设管理模式。

上海内环高架路“年轻化”改造工程通过叠加应用高科技、新材料、新技术，以充满匠心的创新工艺为“服役”30年的“中国高架第一环”“强筋壮骨、美肤养颜”，迎来“逆龄生长”，打造了一条彰显城市特色、体现国际大都市水准、经得起历史检验的更新项目，为城市高架快速路的更新，更为上海韧性安全城市建设提供了可借鉴的范本。