高速公路盆式橡膠支座病害分析與施工方法

張景堂

（河北省高速公路青銀管理處，河北 石家莊 050023）

0 引言

“十一五”期間我國(guó)公路通車?yán)锍田@著增加，橋梁數(shù)量也隨之增多。隨著服務(wù)時(shí)間的增長(zhǎng)，橋梁出現(xiàn)了使用性能變差、耐久性降低、服務(wù)壽命縮短等問題，而支座作為橋梁附屬構(gòu)件的重要組成部分，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性及正常使用起著不可忽視的作用。目前橋梁支座的病害以及由此引起的橋梁主體結(jié)構(gòu)的病害最為常見。盆式橡膠支座作為一種常用支座在高速公路的使用也越來越多，其鋼板銹蝕的問題更是屢見不鮮，病害、損傷的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了支座的使用性能，從而影響了橋梁的使用壽命。

1 橋梁支座種類及作用

1.1 橋梁支座的種類

橋梁支座按所用材料分為鋼支座、聚四氟乙烯支座、橡膠支座、混凝土支座及鉛支座五種。

1.2 橋梁支座的作用

支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，其主要作用在于：

（1）將橋垮結(jié)構(gòu)的支承反力傳遞給橋梁墩臺(tái)；

（2）保證橋梁在汽車荷載、溫度變化及混凝土收縮和徐變作用下能自由變形（位移和轉(zhuǎn)角）；

（3）使橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與計(jì)算理論圖式相符合。

1.3 橋梁支座功能要求

橋梁支座對(duì)功能要求如下：

（1）具有足夠的承載力，以保證安全可靠地傳遞支座反力；

（2）對(duì)橋梁變形（位移及轉(zhuǎn)角）的約束盡可能小，以適應(yīng)梁體自由伸縮及轉(zhuǎn)動(dòng)的需要；

（3）便于安裝、養(yǎng)護(hù)和維修，并在必要時(shí)進(jìn)行更換。

2 盆式支座病害分析

盆式橡膠支座病害的主要形式有鋼板銹蝕、支座錨固螺栓松動(dòng)、滑動(dòng)失靈等。

2.1 鋼板銹蝕

鋼構(gòu)件銹蝕是盆式橡膠支座常見的病害形式之一。為提高盆式橡膠支座使用壽命，其鋼構(gòu)件在出廠前應(yīng)做好防腐蝕處理工作。

2.1.1 防腐蝕處理

支座鋼構(gòu)件防腐蝕處理方案有兩種：一是采用鍍鋅處理，二是進(jìn)行噴涂防銹蝕。采用鍍鋅處理時(shí)，鋅膜厚度應(yīng)不小于25μm；采用噴涂防銹蝕時(shí)，噴涂表面應(yīng)達(dá)到30～75μm，前期防腐蝕處理中的任何缺陷都會(huì)降低支座鋼構(gòu)件后期抗腐蝕能力。

2.1.2 后期養(yǎng)護(hù)管理不當(dāng)

支座安裝過程中勢(shì)必會(huì)對(duì)鍍鋅層或者涂裝漆層造成一定損傷。若對(duì)損傷未及時(shí)處理或處理方法不當(dāng)致使損傷部位成為后期抗銹蝕薄弱部位。使用過程中，支座部位由于橋面系漏水而被雨水侵蝕或冬季使用除冰鹽產(chǎn)生大量鹽粒子，冰雪融水滲漏至梁體使支座鋼板遭受電化學(xué)腐蝕；灰塵堆積亦會(huì)增加銹蝕發(fā)生的幾率。后期檢查未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)銹蝕部位或未對(duì)銹蝕部位及時(shí)進(jìn)行處理造成銹蝕進(jìn)一步發(fā)展，甚至影響支座使用性能。

2.2 錨栓松動(dòng)

盆式橡膠支座上支座板與梁體連接，下支座板與墩臺(tái)頂部連接，在使用過程中承受巨大的橫向及豎向作用力，作用力的傳遞依靠連接螺栓（栓接形式），在上部荷載反復(fù)作用下錨栓容易出現(xiàn)松動(dòng)，再加上支座安裝過程中的缺陷，錨栓連接部位就更易出現(xiàn)問題。

2.3 滑動(dòng)失靈

滑動(dòng)失靈形式有兩種：聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間滑動(dòng)失靈、盆式橡膠支座及球型支座轉(zhuǎn)動(dòng)失靈。滑動(dòng)失靈可能是由灰塵進(jìn)入滑動(dòng)面造成聚四氟乙烯板嚴(yán)重磨損或者由鋼板銹蝕引起的，支座制造過程中下支座鋼盆內(nèi)徑與中間鋼襯板凸緣外徑公差配合設(shè)置不當(dāng)亦會(huì)影響盆式橡膠支座轉(zhuǎn)動(dòng)量。

2.4 其他病害

盆式橡膠支座在使用中還可能會(huì)出現(xiàn)底盆開裂，造成原因可能是設(shè)計(jì)選型不正確、底盆鑄造質(zhì)量差或鋼材使用不當(dāng)、安裝施工措施不當(dāng)?shù)取?/p>

3 盆式支座病害成因分析

3.1 設(shè)計(jì)因素

導(dǎo)致盆式支座病害的設(shè)計(jì)因素有：

（1）設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)支座材料的性能不夠了解，對(duì)支座水平位移量及轉(zhuǎn)角大小計(jì)算不準(zhǔn)確，致使支座在使用過程中過早出現(xiàn)破壞；

（2）設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)支座脫空、梁體縱坡較大等情況考慮不足；

（3）設(shè)計(jì)驗(yàn)算未將支座平面尺寸、橡膠體厚度、位移量及支座抗滑性等方面綜合考慮。

3.2 安裝施工因素

導(dǎo)致盆式支座病害的安裝施工因素主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）支座墊石表面不平整或者表面標(biāo)高控制不好，使支座安放后局部出現(xiàn)脫空或者偏壓嚴(yán)重，表面受力不均勻；

（2）支座安放時(shí)支座中心線與墩臺(tái)上的支座中心線不重合，支座就位不準(zhǔn)確，使支座處于不利的受力狀態(tài)；

（3）落梁、支座安放過程中，操作不平穩(wěn)，使支座安放后出現(xiàn)偏心受壓或剪切變形；

（4）梁體有縱、橫坡時(shí)，支座上承面（梁底調(diào)坡楔塊）安放不理想，使支座出現(xiàn)偏壓、初始剪切變形等現(xiàn)象；

（5）支座安裝就位后未將支座附近的雜物清除干凈，使支座表面臟污、支座不能正常滑動(dòng)或傳遞荷載，失去支座應(yīng)有的作用。

3.3 后期使用及養(yǎng)護(hù)因素

導(dǎo)致盆式支座病害的后期使用及養(yǎng)護(hù)因素有：

（1）實(shí)際車載及交通量超出原設(shè)計(jì)車輛荷載及交通量，支座超負(fù)荷使用致使病害過早出現(xiàn)，使用壽命降低；

（2）支座處于橋面系下部，養(yǎng)護(hù)檢查一般不太方便，由于空間狹小實(shí)現(xiàn)全方位檢查也很困難，因此在養(yǎng)護(hù)檢查中容易遺漏病害，致使病害進(jìn)一步發(fā)展、惡化；

（3）養(yǎng)護(hù)管理方案不夠科學(xué)，周期太長(zhǎng)或者遺漏檢查項(xiàng)目。

3.4 環(huán)境作用

導(dǎo)致盆式支座病害的環(huán)境因素有：

（1）嚴(yán)寒或高溫、光及空氣中的臭氧對(duì)橡膠熱老化、臭氧老化的不利影響；塵土在支座周圍堆積產(chǎn)生有氧細(xì)菌環(huán)境，使支座橡膠發(fā)生生物老化；

（2）大氣中酸性氣體、沿海環(huán)境中的濕氣及鹽離子在支座表面附著，使支座鋼板遭受電化學(xué)侵蝕，不斷銹蝕；

（3）意外事故對(duì)支座的影響，如火災(zāi)、地震等偶然作用一旦發(fā)生往往對(duì)支座產(chǎn)生破壞性損壞。

4 橋梁支座更換方法

支座失效后如不及時(shí)更換，在溫度變化的影響下梁端局部可能產(chǎn)生較大的水平力，導(dǎo)致梁體出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致梁體斷裂。目前支座更換施工方法主要有枕木滿布式支架法、整體頂升法、鞍型支架法及吊籃式施工四種，其中前三種方法較早開始使用，在支座更換中采用較多，一般稱為傳統(tǒng)方法；吊籃式施工為最近幾年發(fā)展起來的，但在國(guó)內(nèi)幾座大橋支座更換的應(yīng)用中均取得了良好的效果，值得推廣。

4.1 枕木滿布式支架法

該法是在橋跨下的地面設(shè)置枕木，以枕木為基礎(chǔ)設(shè)置滿布式或部分木支架至橋梁梁體處，在支架上安置千斤頂頂升梁體。適用于寬淺河枯水季，橋下凈空高度不大于3～4m，橋梁跨徑不大于4m的情況。

該法的優(yōu)點(diǎn)是工作設(shè)備和施工方法簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是不適用于橋墩過高的橋梁。若橋墩過高，為保證頂升過程的安全，支架穩(wěn)定性和承載力都要提高，導(dǎo)致支架過于高大、工序長(zhǎng)而不經(jīng)濟(jì)，此外橋下有水或地基過于松軟的情況亦不適用，故對(duì)橋梁及環(huán)境狀況依賴較大。

4.2 整體頂升法

該法的工作原理與枕木法相似。在墩臺(tái)兩側(cè)建立頂升基礎(chǔ)，然后用貝雷架、槽鋼、螺栓連接成受力鋼梁，在其上安裝千斤頂。梁兩端同步整體頂升，待梁體抬升到施工高度后更換支座。適用于橋梁下部結(jié)構(gòu)附近無水，橋下凈空不大于4～5m的情況。

該法對(duì)橋下通車影響不大，能滿足橋面下不中斷交通的要求。與采用大噸位千斤頂相比，無須設(shè)置過大的傳力桿及橫梁。該法的缺點(diǎn)是只適用于非通行河流、河水流量較小可做圍堰處理的橋梁，且對(duì)橋跨下的地基基礎(chǔ)要求較高，工期較長(zhǎng)。

4.3 鞍型支架法

以上兩種頂升法均以地面為支撐基礎(chǔ)，用支架頂升，鞍型支架直接搭設(shè)在蓋梁上，用蓋梁本身作為支承設(shè)計(jì)成 “鞍型支架”，在其上用千斤頂頂升梁體。其施工步驟如下：先將鋼梁穿過蓋梁，兩側(cè)懸掛預(yù)先焊接好的L型掛架，在其上放置千斤頂，同時(shí)在兩側(cè)梁上加吊籃，然后在吊籃上控制千斤頂抬升梁體。該法對(duì)橋下地質(zhì)、水文狀況無特殊要求，且基本不改變蓋梁的受力狀態(tài)，無需大型架設(shè)設(shè)備或桿件。

該法與傳統(tǒng)的枕木支架法和整體頂升法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：受環(huán)境限制小，不受河床地質(zhì)、橋下水深和橋梁高度的限制；縮短中斷交通時(shí)間，整個(gè)操作過程都在橋下進(jìn)行，起升梁時(shí)影響車輛行駛的時(shí)間短；效益較好，支架可多次重復(fù)使用，且省工省時(shí)。

4.4 吊籃式施工法

吊籃式施工方法以橋梁上部結(jié)構(gòu)為支撐基礎(chǔ)，在梁端搭設(shè)工作平臺(tái)，千斤頂置于墩臺(tái)或蓋梁頂部，整體同步頂升。工作平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算基于杠桿原理，施工簡(jiǎn)單方便。吊籃平面、立面及側(cè)面布置如圖1所示。

圖1 支座更換吊籃式施工吊籃布置圖

吊籃式施工方法與前三種施工方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）施工簡(jiǎn)單方便。該法完全不受河床地質(zhì)、橋下水深和橋梁高度的限制，且施工現(xiàn)場(chǎng)集中，便于管理。比起傳統(tǒng)的枕木滿布式支架法、整體提升法，有不受環(huán)境地域條件限制的優(yōu)越性。與鞍型支架法相比，基本不受蓋梁影響，在橋梁跨度大或跨越山谷河流時(shí)更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

（2）對(duì)道路交通影響小。吊籃在橋面上只占用路肩，施工全部在橋下進(jìn)行，只需在梁體頂升時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行短暫的限速。

（3）移動(dòng)拆裝方便。吊籃與橋面及防撞墻之間安裝移動(dòng)腳輪，移動(dòng)方便，安裝一次可完成一跨梁兩端支座的更換。拆裝順序與安裝順序相反。

（4） 提高施工工效，經(jīng)濟(jì)效益好。該法對(duì)橋梁整體及各部位無任何損傷，支架可多次利用，由于縮短對(duì)交通的影響時(shí)間，因而與其他方法相比可增加社會(huì)效益。

5 支座養(yǎng)護(hù)

支座在使用期間應(yīng)每年定期進(jìn)行檢查。現(xiàn)行《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073－96）對(duì)橋梁橡膠支座日常養(yǎng)護(hù)和維修與更換有如下相關(guān)規(guī)定。

5.1 日常養(yǎng)護(hù)

日常養(yǎng)護(hù)要做到以下幾點(diǎn)：

（1）支座各部位應(yīng)保持完整、清潔，每半年至少清掃一次，清除支座周圍的油污、垃圾，防止積水、積雪，保證支座正常工作；

（2）對(duì)鋼支座要進(jìn)行除銹防腐，除鉸軸和滾動(dòng)面外，其余部分均應(yīng)涂刷防銹油漆；

（3）及時(shí)擰緊鋼支座各部位接合螺栓，使支承墊板平整、牢固；

（4）防止橡膠支座接觸油污引起老化、變質(zhì)；

（5）滑板支座、盆式橡膠支座的防塵罩應(yīng)保持完好，防止塵埃落入或雨、雪滲入支座內(nèi)。

5.2 維修與更換

支座如有缺陷或產(chǎn)生故障不能正常工作時(shí)，應(yīng)及時(shí)予以修整或更換，具體如下：

（1）當(dāng)支座錨固螺栓剪斷，座板翹起、變形、斷裂時(shí)應(yīng)予更換，焊縫開裂時(shí)應(yīng)予整修；

（2）支座出現(xiàn)脫空或不均勻壓縮變形時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；

（3）支座發(fā)生過大剪切變形、中間鋼板外露、橡膠開裂、老化時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

6 結(jié)語

本文對(duì)盆式支座病害及其成因進(jìn)行了深入分析，對(duì)支座運(yùn)營(yíng)期間的養(yǎng)護(hù)管理有很好的借鑒使用，使養(yǎng)護(hù)人員在橋梁檢查時(shí)，對(duì)支座病害有了更加深入的認(rèn)識(shí)，檢查更具有針對(duì)性。在支座更換施工中，詳細(xì)比較分析了枕木滿布式支架法、整體頂升法、鞍型支架法及吊籃式施工法四種更換施工法，并重點(diǎn)討論了吊籃式施工法，對(duì)支座更換施工方案進(jìn)行了分析，對(duì)支座更換施工均有一定的參考作用。

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