橋梁支座病害成因及防治

李愛武

我國從 20世紀 60年代開始對板式氯丁橡膠橋梁支座進行了研究和試驗,并在南方開始推廣應用,在 70年代開始試驗以天然橡膠為主體的低溫板式橡膠支座,并應用于北方,從此各種橋梁支座在全國廣泛應用。現筆者就多年來對養護管理中橋梁支座存在的病害、造成的原因以及如何防治淺析如下。

1 支座作用及分類

1.1 橋梁支座的作用

1 )將上部構造恒載和活載可靠地傳遞給墩臺。

2 )適應由于溫度、濕度等環境變化引起的結構脹縮變形。

3 )阻抗風力、地震波等引起的結構平移、減輕振動對結構的不利影響。

1.2 橋梁支座的分類

1 )梁式橋的支座,通常用鋼板、橡膠或鋼筋混凝土等材料來制作。

2 )鋼筋混凝土和預應力混凝土橋的支座,通常用簡易墊層支座、弧形鋼板支座、鋼筋混凝土埋柱式支座、橡膠支座、拉力支座、減隔震支座等。

目前我國普遍采用的是橡膠支座,主要可以分為三種形式：板式橡膠支座、盆式橡膠支座、四氟橡膠滑板支座。

2 支座病害調查

通過對我單位養管的520座橋梁的全面調查,以及多年來對橋梁養護管理中橋梁支座的觀察資料分析,橋梁支座的病害可分為以下幾種。

2.1 板式橡膠支座

板式橡膠支座的本體是若干層橡膠片和薄鋼板為剛性加勁物(也可用帆布、鋼絲網或鋼筋)組合而成,各層橡膠與鋼板之間經涂膠接擠加壓硫化牢固粘結成一體。

主要病害：

1 )表面裂紋。主要是板式橡膠支座本體表面出現龜裂裂紋和水平裂縫。龜裂裂紋且裂紋寬度小于 0.5 mm,沒有水平裂縫,為輕微程度,當裂縫寬度大于 2mm且水平裂縫長度大于相應邊長的 50%或 25%,就屬于極嚴重和嚴重。即支座功能嚴重老化,將危及行車安全。產生的原因是支座質量差或養護不當等。

2 )鋼板外露。主要是有支座表面的龜裂裂紋中目測到板式橡膠支座本體內部的薄鋼板裸露,鋼板橡膠支座工作的機理是鋼板的拉力是通過橡膠與鋼板之間的粘結力來傳遞的,鋼板裸露表明局部粘結區域的粘結強度已超過,表明板式橡膠支座問題嚴重。產生的原因主要是鋼板位置不夠準確,造成有的邊保護層減小,裂縫比較嚴重,導致鋼板外露。

3 )不均勻鼓凸與脫膠。主要是板式橡膠支座兩側或一個側面上下之間不均勻鼓凸現象,沿支座一側外鼓長度占相應邊長25%以上時屬于嚴重級。產生的主要原因是支座質量造成的。

4 )脫空。主要是支座與梁底面或支承墊石頂面出現的裂縫大于相應邊長的 25%時,為局部脫空;當縫隙等于邊長時,為全脫空。產生的原因主要是施工質量控制不嚴,如墩臺頂支座墊石標高控制不當或墊石強度過低,受壓后破碎,引起脫空;也可因支座安裝溫度過高或過低,造成梁體伸縮過大導致支座出現難以恢復的縱向一側較明顯的半脫空。

5 )支座剪切超限。板式橡膠支座在最高或最低溫度條件下,上部結構恒載作用時,其tanα＞0.50,板式橡膠支座剪切變形過大,嚴重損壞梁體,縮短了橋梁整體使用壽命。產生的主要原因是安裝溫度過高、過低,隨著環境溫度的變化,混凝土脹縮,徐變和汽車制動力的作用引起過大剪切變形。

2.2 盆式橡膠支座

盆式橡膠支座是由不銹鋼滑板、聚四氟乙烯板、盆環、氯丁橡膠塊、鋼密封圈、鋼盆塞及橡膠防水圈等組成。它是利用設置在鋼盆中的橡膠板達到對上部結構承壓和轉動的功能,利用聚四氟乙烯板和不銹鋼之間的平面滑動來適應橋梁的水平位移要求。

主要病害：

1 )鋼件裂紋和變形。鋼件裂紋是指盆式橡膠支座的桿件表面出現肉眼可見的裂紋,主要是鋼盆(下支座板)的表面裂紋。而鋼件變形時至支座盆底鋼板四角在支座反力作用下出現表面翹起的現象。盆式橡膠支座鋼件裂紋和變形現象往往相互伴隨。

2 )鋼件脫焊。主要是指鋼板與盆底之間的焊縫脫開的現象。在支座力作用下,盆式橡膠支座內的橡膠板受壓變相受到盆環干板約束。這時圓環形盆環干板受到水平徑向力作用,在盆環和盆底之間截面上將產生剪應力,而盆環和盆底之間焊縫承接剪應力作用。出現鋼件脫焊,支座達不到設計承載力計算的要求,故屬于嚴重級。

3 )聚四氟乙烯板磨損。主要是指盆式橡膠支座中由于聚四氟乙烯板和不銹鋼之間滑動鎖產生的磨損。其磨損性能直接影響盆式橡膠支座的使用壽命。我們一般根據聚四氟乙烯的外露高度H來判斷聚四氟乙烯的損壞程度。當H≥1.0mm時支座正常,當0.5mm≤H≤1.0mm時支座已經劣化,當0.2mm≤H≤0.5mm時,應經專家鑒定后更換支座;當H≤0.2mm時應立即更換支座。

4 )支座位移超限。主要是盆式橡膠支座的聚四氟乙烯滑出不銹鋼板面范圍。當位移超限小于 10mm時,比較嚴重,當位移超限不小于 10mm時,應立即更換支座。產生的原因主要是支座本身質量,極限抗壓強度不夠和安裝質量較差引起的。

5 )鋼盆銹蝕。主要是鋼盆的外表保護漆脫落,鋼件銹蝕的現象。

3 支座病害的防治

3.1 合理選擇支座

1 )跨徑小于 10m的簡支板梁橋,適宜選用簡易墊層支座。2)跨徑在 10m～20m,支承反力不超過 600 kN的簡支梁橋,宜選用弧形鋼板支座。3)跨徑不小于 20m,且要更好地保證梁端自由移動的梁式橋,宜選用鋼筋混凝土擺柱式支座。4)板式橡膠支座不僅技術性能優良,還具有構造簡單、價格低廉、安裝方便、養護簡便、易于更換、緩沖隔震、建筑高度低等優點,因而被廣泛使用于各種橋型。選用板式橡膠支座時,支座的最大承載力應與橋梁支點反力相吻合,其容許偏差范圍宜為 ±10%。普通板式橡膠支座適用于跨度小于 30m,位移量較小的橋梁,正交橋梁一般采用矩形支座,彎、坡、斜橋及圓柱墩橋一般采用圓形支座。四氟板橡膠支座適用于大跨度、多跨連續、簡支梁連續板等結構的大位移量橋梁。5)盆式橡膠支座承載能力大,水平位移量大,轉動靈活且重量輕,構造簡單節省鋼材,降低造價等優點,是適用于大跨橋梁的理想支座。

3.2 嚴格控制施工

1 )對預制梁底模要進行基底應力驗算,要隨時檢查、校正,特別是雨季、凍融季節和采取蒸汽養生時,由于底模端部受水及溫度影響,容易變形沉降,要隨時進行標高測量,發現因基底承載力不足或其他原因而造成底模沉陷變形時及時處理。

2 )梁板預制后,存放時間不應過長,一般以不超過 60 d為宜。安裝后,應及時整體化進行橋面鋪裝層施工,以防止反拱過大造成支座脫空。

3 )灌漿的水灰比宜控制在 0.4～0.45,可適量摻入減水劑(如木鈣)、膨脹劑(如鋁粉),以獲得較大流動性及較小的收縮性。

4 )嚴格控制蓋梁及墩臺帽施工質量,其坡度、標高、表面平整度必須達到設計要求。

5 )支座墊石施工要精細,除達到要求的強度外,頂面標高控制需要更加嚴格,且頂面平整密實,沒有偏斜現象。

6 )彎、坡、斜橋,由于相鄰墩臺主梁的坡度一般是不同的,支座標高需經墊石來調整。

7 )梁板吊裝前,再對支座墊石標高進行一次認真測量,并對測量結果整理分析,發現有標高不妥的墊石進行處理,高的要仔細鑿平到位,低的用薄不銹鋼板調整。

3.3 加強養護

橋梁支座應嚴格按照《橋梁養護規范技術規范》定期進行檢查、養護和維修,對于發現的問題需及時處理,延長支座與橋梁使用壽命。

1 )伸縮縫破損的膠條要及時更換,避免雨水及雜物下漏,損壞支座。

2 )支座各部位應保持完整、清潔。及時消除支座周圍的垃圾雜物,冬季清除積雪和冰塊,保證支座正常工作。同時應進場清掃污水、油脂,排除墩、臺帽積水,防止橡膠支座接觸油脂而加速老化、變質而失去作用。

3 )對四氟滑板橡膠支座,若四氟滑板與不銹鋼板接觸面間進入泥沙或硅脂油干涸時,要及時清掃,并注入新的硅脂油。

4 )對于被盜與病害明顯支座及時補足更換,并設置防盜裝置。

綜上所述,造成支座病害的原因很多,涉及到很多方面,如：梁板底模及預制、吊裝、墊石施工、支座選擇、安裝、高程測量控制、施工過程中的相關質量控制和養護管理等。所以,在施工前要選擇合理的支座形式,嚴格按照施工工藝,認真制定支座安裝等質量控制措施,注重過程控制,保證工程質量。同時,要注意支座的定期檢查、養護、維修,發現問題及時處理,延長支座及橋梁使用壽命。

[1] 陳書平,李傳習.新建橋梁橡膠支座的常見病害分析[J].山西建筑,2009,35(4)：328-329.