鉛心隔震橡膠支座施工技術探討

孟曉明

（中鐵大橋局集團第四工程有限公司 南京 210031）

我國是一個強震多發國家，地震發生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡多、災害嚴重。為了減小地震引起橋梁結構的破壞，各國學者對橋梁結構的減震、隔震進行了廣泛、深入的研究，并取得了大量的研究成果。研究成果表明：對于橋梁結構比較容易實現和有效的減隔震方法主要是采用減隔震支座。在日本、美國、新西蘭等國家的許多橋梁都安裝了減隔震支座，并取得了較好的減隔震效果。

由于橡膠支座能通過剪切變形使上、下部地震運動隔離，且具有構造簡單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉、安裝方便等優點，因而成為最常用的一種隔震支座。目前，國內常用的橡膠類隔震支座主要有天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座和鉛心橡膠支座。

鉛心橡膠支座是在一般板式橡膠支座基礎上，在支座中心放入鉛心，以改善橡膠支座的阻尼性能的一種減隔震支座，其具有減隔震效果顯著、適用范圍廣等特點，目前，鉛心橡膠支座已在我國廣泛應用。本文就港珠澳大橋淺水區非通航孔橋用LRB10000J－KF和LRB19000J－KF鉛心隔震橡膠抗風支座安裝方法進行研究，并提出施工工法。

1 鉛心隔震橡膠支座簡介

1.1 鉛心支座主要原材料

（1）支座橡膠本體滿足《橋梁隔震橡膠支座》［1］表10要求。

（2）內連接鋼板采用Q345A鋼材，加勁鋼板采用Q235A鋼材。滿足《碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》［2］，強度滿足《橋梁隔震橡膠支座》第6.6條表12的要求，支座外連接鋼板選用不低于Q235NH耐候鋼。

（3）鉛心采用純度不小99.99%的鉛錠，經加工而成鉛心，鉛錠符合《鉛錠》［3］的規定。

（4）不銹鋼板采用00Cr17Ni14Mo2不銹鋼。

（5）硅脂采用5201－2硅脂潤滑油，其技術條件符合《5201硅脂》［4］的有關規定。

1.2 鉛心支座設計要求

（1）抗剪力裝置原理：①在正常荷載及風力荷載作用下，縱橋向位移不小于支座設計位移，橫橋向位移≥5mm；②在設防地震力作用下，抗剪裝置的剪力銷被剪斷，支座發生屈服，提供較大的橫向位移，同時產生耗能減震作用；③抗剪裝置的橫向抗剪力滿足支座抗風設計要求，誤差±15%。

（2）支座設計使用壽命為60年。

（3）支座的適用溫度范圍－25～＋60℃。

1.3 鉛心支座結構特點

鉛心隔震橡膠支座由支座上下連接板、橡膠層、鉛錠和抗風擋塊等構件組成，通過M36螺栓錨固于支承墊石。

1.4 鉛心支座布置特點

港珠澳大橋淺水區非通航孔橋上部結構采用85m組合梁先簡支后連續結構形式，分為6跨一聯和5跨一聯2種孔跨布置。中間墩布置LRB19000J－KF支座，邊墩布置 LRB10000J－KF支座。

2 鉛心隔震橡膠支座預偏置

根據港珠澳大橋項目對支座安裝時應考慮預偏量的要求，主要考慮的是橋梁設計合龍溫差引起梁體伸縮造成初始支座剪切，通過預偏置減少支座的初始剪切變形量。預偏方法由支座設計和生產時考慮可實施性，同時要求可根據實際橋梁合龍時的溫度進行調整。

2.1 支座預偏量

支座縱向預偏量為支座上座板偏移與支座理論中心線間預設的縱向偏移量，支座預偏量Δ＝－（Δ1＋Δ2），計算結果見表1。式中：Δ1為組合梁彈性壓縮變形及收縮徐變引起的各支點處縱向偏移量（設計圖紙給定）；Δ2為各支點由于體系溫差引起的縱向偏移量。支座預埋位置縱向預偏量理論值按照20℃考慮，本橋預計合龍溫度為18～23℃。

式中：α為為梁體線膨脹系數；Δt為實際合龍溫度與設計合龍溫度的溫差；L為計算位置至橋梁固定支座位置的梁體長度。

實際預偏量應結合主梁縱向長度制造及安裝誤差、實際合龍溫度及合龍順序等因素的影響，根據實際監控檢測的成果確定。

2.2 工裝動力設計

采用2組穿心式千斤頂和1臺油泵，頂推圓桿以及相應的緊固標準件等，施工時分左右兩邊同步施加力推動支座上連接鋼板；千斤頂吊裝到位后通過頂推圓桿穿過擋塊，施加預緊后定位。

2.3 工裝結構設計

基本方法與流程：將工裝安裝于支座，用液壓千斤頂牽拉頂推圓桿到需要的預偏量，再上緊專用夾具，可使支座保持在預偏位置，然后進行支座安裝，最后再次用千斤頂卸下專用夾具，拆除工裝即完成支座的偏置與安裝，見圖1。

圖1 鉛心隔震橡膠支座預偏置工裝

實現預偏過程的水平反力不會傳到支座墩臺或外部結構上，橫向擋塊安裝在支座下外鏈接鋼板上，千斤頂的反力座架安裝在支座上外鏈接鋼板上，橫向擋塊在厚度中心方向鉆通孔，以便頂推圓桿穿過，同時千斤頂的反力座架通過螺栓連接緊固在支座上外鏈接鋼板，鉆通孔。在安裝時，將頂推圓桿穿過穿心式千斤頂、反力座架、橫向擋塊，最后用螺母把頂推圓鋼鎖死在橫向擋塊上，即通過千斤頂對整個工裝施加壓力，實現預偏置，見圖2、圖3。

圖2 橫向擋塊結構示意圖

圖3 反力座架結構示意圖

3 鉛心隔震橡膠支座安裝

3.1 支座總體安裝順序

（1）每聯85m組合梁架設完成后，將支座底板與支座墊石進行“十字線”對中，根據組合梁彈性壓縮變形及收縮徐變引起的各支點處縱向偏移量，結合合龍時溫差引起的縱向偏移量調整支座預偏量。

（2）連接支座與鋼梁間固定螺栓。

（3）采用重力灌漿法完成支座墊石錨栓孔無收縮砂漿填充。

（4）待漿體達到強度后拆除預偏量調整裝置。支座安裝順序見圖4～7。

圖4 支座預偏量調整

圖5 鋼梁與支座連接

圖6 支座灌漿

圖7 拆除預偏置工裝

3.2 支座墊石驗收

支座安裝前，按港珠澳大橋技術規范相關要求，對墩頂墊石進行驗收，驗收合格并做好交接手續后，方可進行支座安裝。

墊石在支座底面范圍內的頂面需進行鑿毛處理，并清除預留孔的雜物，做到無泥土、無浮砂、無積水、無油污。

3.3 支座精確就位

（1）測放支座墊石縱橫向中心線，并用墨線彈出十字線。

（2）測放出支座下支承板四邊中心點。

（3）用鋼楔塊楔入支座四角，將支座底面調整至設計標高，在支座底面與墊石頂面之間留有20～30mm空隙，安裝灌漿用模板，見圖8。

圖8 灌漿模板布置圖（單位：mm）

3.4 支座灌漿工藝

（1）支座灌漿流程。準備工作→漿體攪拌→支座灌漿→漿體層養護→拆模。

（2）灌漿材料選擇。支座灌漿料采用西卡無收縮自流平灌漿料，是一種無收縮、自流平、高性能的預拌型水泥基灌漿材料。該產品具有很好的施工性能，能自動流平，凝固后，早期強度發展快，具有早強、高強、無收縮等特點。

（3）模板安裝。模板采用木模。安裝時，在模板底部加一層橡膠條用來密封，調整模板與支座的相對位置，使模板與支座的距離為50mm，見圖9。

圖9 重力灌漿示意圖

（4）灌漿料稱重。拌和用水采用淡水，稱量需精確至0.1kg。

（5）漿體攪拌根據每個支座需要的灌漿料體積計算粉料及用水量，每次拌和量應保證漿體在失去平流性前全部施工完成。

水料比宜按m（水）∶m（料）＝0.15∶1控制。

先將水加入攪拌桶中，開動攪拌機，然后逐漸加入計量好的西卡灌漿料，同時進行攪拌，直至所需物料全部加完，再繼續攪拌2～5min，使漿料均勻，靜止1min左右即可灌注。

施工時間視環境溫度而定，在20℃時為攪拌后30min內灌漿完畢。

（6）支座灌漿。采用重力式灌漿方法。將漏斗置于梁面，高度約在4.3m，通過直徑50mm連接管將漿體流至待灌注部位，施工中做到即拌即灌。

（7）砂漿層養護。支座灌漿材料表面初凝后即采用土工布覆蓋其表面并灑水養護保持濕潤，養護期7d。

3.5 灌漿材料性能要求［5］

灌漿材料性能要求見表2。

表2 灌漿材料性能要求表

3.6 支座安裝技術要求

（1）支座安裝前，檢查橋梁跨距、支座位置及預留錨栓孔位置、尺寸以及支座墊石頂面高程、平整度，均應符合設計要求。

（2）仔細檢查支座中心位置及標高后用無收縮高強度灌注材料灌注。灌漿材料抗壓強度要求不低于50MPa。

（3）灌漿前，應初步計算所需的漿體體積，灌注實用漿體數量不應與計算值產生過大誤差，應防止中間缺漿。

（4）采用重力灌漿方式，灌注支座下部及錨栓孔間歇處，灌漿過程應從支座底部中心向四周注漿，直至從模板與支座底板周邊間隙觀察到灌漿材料全部灌滿為止。

（5）灌漿材料終凝后，拆除模板及四角混凝土楔塊，檢查是否有漏漿處，必要時對漏漿處進行補漿，并用砂漿填堵楔塊抽出后的空隙。

（6）支座安裝驗收標準見表3。

表3 支座安裝實測項目

4 結語

（1）支座是橋梁上部結構與下部結構連接的關鍵點，其安裝質量直接決定支座的使用壽命和橋梁上部結構的安全度。

（2）本橋采用特制動力裝置施加外力克服支座內力完成預偏量。實際施工中，應根據預偏量的大小和支座材料力學性能進行動力裝置設計。

（3）支座安裝質量控制的關鍵點在于填充料的密實度，特別是大型支座安裝時，底座承壓面與填充料間易產生氣泡或局部空洞，導致支座底座承壓面不均勻受力，影響其使用壽命和結構安全。支座安裝前建議通過試驗來論證灌漿料的類別選擇和灌漿方法，使支座底座承壓面與灌漿料全面密切接觸。

［1］GB 20688.2－2006橋梁隔震橡膠支座［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］GB／T3274－2007碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［3］GB／T469－2005鉛錠［S］.北京：中國標準出版社，2005.

［4］HG／T2502－1993 5201硅脂［S］.北京：化學工業出版社，1993.

［5］JTG／T F50－2011公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2011.