淺談減隔震支座在某國南北高速公路中的應用

胡 雷，張龍應，曹 陽

（中建五局阿爾及利亞公司，湖南　長沙 410004）

0　引言

阿爾及利亞地區地處地中海～喜馬拉雅山火山地震帶，面對頻發的地震災害，該國的基礎設施建設便不得不需要達到更高的要求。因此，在南北高速53 km項目橋梁施工時，綜合考慮當地實際的自然地理情況，使用減隔震橡膠支座來提高橋梁的抗震能力，從而保證橋梁的使用壽命。

減隔震橡膠支座最早應用在房建抗震領域，隨著道橋結構物抗震要求的日益提高，也逐漸成為道橋基建設施減震、抗震的重要手段。根據歐洲規范EN1337，橡膠支座是指由一組硫化橡膠組成，并可由一張或多張鋼板增強的支座。本項目所使用的減隔震橡膠支座均依據歐洲規范設計，其中JBZC型支座除去硫化橡膠內部增設加勁鋼板外，支座外部由兩塊3 cm厚鋼板通過螺栓進行連接，與普通的板式橡膠支座有所區別。

1　JBZC型減隔震橡膠支座簡介

南北高速53 km項目主要使用JBZC和JBZD兩組型號的橡膠支座。JBZD型支座為聚四氟乙烯支座，其表面的聚四氟乙烯板能降低與梁底鋼板的摩擦系數，增大橋梁上部結構的水平位移。現主要介紹JBZC型減隔震橡膠支座（后簡稱C型支座）。如圖1所示，由柳州歐維姆公司生產的C型支座有多種規格，不同規格的C型支座在承載能力、位移量大小上都有不同表現。以500 mm×500 mm×110 mm規格支座為例，橫橋向尺寸為500 mm，縱橋向尺寸為500 mm，支座高度為110 mm，標準溫度下設計剪切模量為0.9 MPa。C型支座主要由外部連接鋼板（2塊），套筒螺栓，保護橡膠層，內部橡膠層，封板以及橡膠內部多塊加勁鋼板組成。

圖1　C型支座的縱橫向剖面圖

2　C型減隔震橡膠支座的性能分析

C型支座設計增加了2塊連接板，該鋼板的屈服強度和抗拉強度分別為420 MPa和560 MPa左右，相比普通板式橡膠支座，承載能力和豎向剛度方面都得到了極大提高。在地震作用下，支座本身不僅受到上部梁體的荷載作用，而且在水平方向上也發生形變和位移。現對比中歐規范要求，淺析C型支座的抗剪能力及其他各項相關性能。

抗剪模量是水平荷載作用下剪應力差值與剪應變差值的比值，其計算方法見式（1）。式（1）中：τ為在力Fx作用下的剪應力，A為支座實際受壓面積；εq為支座產生位移Vx后的剪應變，Tq為橡膠厚度；Gg為抗剪模量。

由式（1）可知，抗剪模量反映了橡膠支座在單位剪應力作用下產生的剪應變大小，即在單位剪應力作用下，抗剪模量越大，支座產生的剪應變越小。中歐規范對于抗剪模量的計算和檢測方法基本一致，但在標準溫度下的設計抗剪模量大小存在差別。中國規范在標準溫度下的設計抗剪模量要大于歐洲規范的規定。《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2004）[1]以及《橡膠支座 第 2 部分:橋梁隔震橡膠支座》（GB20688.2-2006）[2]中規定：標準溫度為23℃時，抗剪模量G取1 MPa（見表1）。根據設計抗剪模量大小要求，實測抗剪模量要符合表1中所示公差，才能滿足實際使用要求。

表1　中歐規范標準溫度下實測抗剪模量大小范圍

C型支座是按照歐洲規范標準制定。盡管中外規范對橡膠支座的技術要求有一定差異，但通過實際檢測，C型支座各項技術指標完全滿足中外不同規范的要求，證明其性能優良，能推廣到中外不同地區，具有較好的適用性。

3　減隔震橡膠支座的安裝和安裝精度控制

南北高速53 km項目專項技術條款CCTP對橋梁支座的安裝精度提出了具體要求，支座墊石的平整度誤差要在±1 mm內，而平面位置要在±1 cm內，高程要在±5 mm內。

CCTP條款對于同一帽梁上支座墊石的高度誤差也做了要求，其允許誤差在±1 mm以內。在架梁過程中為保證落梁順利，支座墊石頂部預留的錨栓孔直徑，取支座底部連接錨桿直徑的3倍為宜。支座安裝的立面和平面圖如圖2所示，C型支座下部鋼板通過四根錨固螺栓桿與支座墊石相連接。

支座安裝前，在現場需對墊石表面進行高程和位置復測。對于錨栓孔偏移較大的墊石需要重新開鑿，對于高程與設計圖紙不符的需要重新打磨，保證支座墊石表面平整、清潔、呈水平狀態。由于支座頂部連接鋼板是與預制T梁一起澆筑在T梁底部，架梁前需保證頂部連接鋼板預留孔位置正確，鉆孔大小合適。

支座安裝流程如下：

（1）在梁底預先埋好預埋鋼板及上套筒，鋼板表面平整度不大于最大尺寸的1‰。

（2）將墊石頂按標高打好，在墊石側面預留壓漿孔，墊石頂面要求平整，安裝支座下預埋組件。

（3）吊裝預制梁體（先將支座臨時安裝在梁底），適當挪動墊石頂面預埋組件，確保支座位置及高程后就位梁體及支座，擰入錨固螺栓，留10～15 mm。

（4）仔細檢查支座位置及標高后，用無收縮高強度環氧樹脂砂漿由壓漿嘴灌漿，砂漿應灌滿并從透氣孔中漫出，以確保壓漿密實。

（5）待灌漿達到設計強度后，擰緊上、下錨固螺栓，完成支座安裝。

圖2　支座安裝立面圖與平面圖（單位：cm）

環氧樹脂砂漿的灌注有兩種方法。一種是壓漿法，其具體操作已在支座安裝流程中詳述；另一種方法是注漿法，即不在支座墊石內部預留壓漿嘴，而是通過直接向預留錨栓孔灌注環氧樹脂砂漿，同時在墊石頂面適當均勻涂抹一層，使支座下落后底部鋼板與支座墊石頂面無縫隙連接。壓漿法的優點是不浪費樹脂砂漿，壓漿后支座底部沒有空氣縫隙存在，結合較為緊密；缺點在于預留壓漿嘴增加了施工工序，壓漿步驟較為繁瑣。相比之下注漿法則較為浪費砂漿，但是減少了施工工序。53 km項目考慮到工期緊張和架梁設備緊缺的情況，多使用注漿法施工。經現場實際驗證，注漿法完全能滿足CCTP支座安裝要求。

4　減隔震橡膠支座的維護和更換

在中歐規范以及CCTP條款中，對板式減隔震橡膠支座的維護和更換方法都有涉及，但較為零碎。現結合工程實例，介紹減隔震橡膠支座的維護和更換方法。

4.1　減隔震橡膠支座的維護

南北高速53 km項目PK16.4橋位于M édéa省以北約4 km處，橋梁里程PK16+283.65～PK16+536.35，跨越溝壑，交角90.0°，橋梁長度252.70 m，使用預制T梁規格為7×36.1 m。

在該橋T梁架設過程中，靠近大里程處右幅8號臺支座下落后出現前傾現象。盡管傾角較小，但考慮到后續橋面鋪裝和行車荷載作用下，該支座前傾角度以及水平位移可能會繼續增大，因此應對該橋臺支座進行維護處理。經核實，該橡膠支座本身性能合格，出現傾角原因為落梁時氣溫較高，落梁動作過快，導致橡膠支座剪切形成傾角。由于橡膠本身具有良好的恢復性能，對于落梁時支座產生微量傾斜的情況，其維護辦法有兩種。其一是在預埋錨栓孔徑足夠的情況下，將T梁吊起1～2 cm，在橡膠支座恢復后通過前后微調梁端兩支座的相對位置，重新架設T梁；其二是將整個T梁吊起，旋轉支座180°，保證方向仍為順橋向，將該支座前后對調，再進行梁體重新架設。

根據實際施工經驗總結，減隔震橡膠支座的維護可以通過以下途徑實現：

（1）T梁架設最好避開當地極端氣溫條件，架設時需落梁平穩，必要時在涂抹環氧砂漿前，進行T梁預落，確保支座能平穩貼合在支座墊石上，從而控制其初始形變。

（2）橡膠支座安裝完成后，需定期進行檢查，確保支座沒有出現明顯剪切變形、位移、壓縮老化等情況。

（3）對支座鋼板、螺栓進行重新涂刷油漆，防止鋼板、螺栓銹蝕。在寒冷降雪天氣里，定期上橋清理支座上附近冰雪，避免支座長期處在極端溫度環境。

4.2　減隔震支座的更換

橡膠支座的使用壽命是工程界較為關心的問題。由于橡膠容易老化，在出現支座損害嚴重的情況時，需及時進行更換。現參考《公路橋涵養護規范》（JTGH 11-2004）[3]，結合53 km項目工程實際，對橋梁橡膠支座的更換提出以下建議：

（1）當板式支座發生過大剪切變形、中間鋼板外露、橡膠開裂、老化時應及時更換。在支座更換前，應在橋梁兩端設立觀測點，同時測量支座墊石的高程、平面位置。

（2）對于支座墊石損壞嚴重的，需重新澆筑。頂升所用液壓千斤頂必須使用同一系統，保證千斤頂數量和梁兩端支座數量相當。在頂升過程中兩端千斤頂同步操作，并且在橋面設立監控，實時監控橋面變化。千斤頂頂升梁底高度3～5 mm為宜，保證支座—梁頂分離，能自由挪移。

（3）千斤頂自動回鎖，保持梁體高度不變，抽出需要更換的支座，將預先設置好剪應變的支座安裝在梁底。將梁體緩慢放下后，檢查新支座受力情況，并對整個橋面高度重新測量[4-5]。

5　結語

綜上所述，文章通過對中歐規范以及CCTP特殊合同條款的對比和研究，探討了JBZC型減隔震橡膠支座的性能，確定該型支座各項實測性能指標優良，完全符合中外技術要求。同時結合阿爾及利亞地區工程實例，對支座的安裝、維護和更換方法進行了總結分析和建議，希望能為海外工程施工提供一定的經驗和參考，為國家“一帶一路”建設事業助力。