山區高速公路橋梁球型支座的應用

蒙明俊，陳文強，龔文劍

(1.貴州高速公路集團有限公司,貴州 貴陽 550000；2.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

山區地形起伏大、橋梁多、墩柱高，通常使用的橡膠支座因維修和更換難度大、費用高，極大增加營運困難。球型支座因其大跨度、大位移、大轉角、大承載力的特性，且理論上講可與橋梁壽命相同，在使用壽命期內無需進行支座更換，可大大節省后期養護維護費用，減低營運難度。為改善橋梁支座全壽命周期的使用狀況，以都勻至香格里拉高速公路六盤水～威寧K1+175～K32+700段工程為依托，針對橋梁球型支座的病害分析、設置原則、設計改進和施工控制等進行深入研究，為山區高速公路橋梁球型支座的工程應用提供理論和實踐支撐。

1 球型支座病害成因分析

球型支座由上(下)支座板、球形板、聚四氟乙烯滑板和防塵(水)系統等部件組成，其轉角和位移分別通過球型板與球面四氟板及上支座板與平面四氟板之間的滑動來完成，可分為多向、固定、單向等三種基本形式。通過對橋梁球型支座的使用現狀進行調研發現，因球型支座的設計、制造、施工等環節控制不當，造成的典型病害主要包括位移滑動失效；支座污染；支座銹蝕；支座傾斜、脫空；灌漿層開裂或不密實；位移滑動方向安裝錯誤；固定約束未解除等。

2 球型支座的設置原則

通過對球型支座病害的調查，依據病害的分析研究，制定球型支座的設置原則。首先，支座必須水平設置，根據橋梁變位和力的傳遞方向，在無約束的工況下能將橋梁上部結構的反力順利傳遞到下部結構；其次，有利于可靠傳遞水平和垂直反力，并能抵消拉應力。最后，確保橋臺承受水平力，使橋臺頂部受壓，并平衡部分臺后土壓力。

3 球型支座的設計優化

為改善山區高速公路橋梁球型支座全壽命周期的使用狀況，根據球型支座的病害分析和設置原則，從滑板材料、支座尺寸、防塵裝置、涂裝防腐等方面對支座進行設計優化。

(1)優化球型支座滑板材料的選擇。支座滑板性能的可靠性對支座位移影響很大，嚴重時甚至會導致支座位移滑動失效，因此支座滑板材料的選擇關系到支座的耐久性。由于改性超高分子量聚乙烯具有超強的自潤滑性，即使在無潤滑劑的情況下，滑動也不會引起發熱粘著現象。同時，改性超高分子量聚乙烯耐磨性能好，尤其適合于在滑移速度較快的條件下使用。故選擇改性超高分子量聚乙烯進行試驗，其試驗結果表明：改性超高分子量聚乙烯在磨耗過程中，摩擦力平穩變化，未發現明顯的材料磨損現象，長距離磨耗率極低，初始靜摩擦系數小，動摩擦系數穩定，耐久性優良，完全符合山區高速公路梁橋球型支座的使用要求。因此，將球型支座滑板材料由純聚四氟乙烯滑板及填充聚四氟乙烯復合夾層滑板替換為改性超高分子量聚乙烯材料滑板。

(2)優化的支座尺寸。球型支座因其大跨度、大位移、大轉角、大承載力的特性，大多應用于大跨徑、大曲線、大寬度的大型橋梁，支座尺寸均較大，而山區高速公路除特殊結構的大型橋梁外，大多為20 m、30 m和40 m的預應力T梁，無需大尺寸的支座，因此需要根據山區高速公路橋梁的結構尺寸對球型支座的尺寸進行相應調整，以減小支座尺寸和減輕支座重量。

(3)優化支座防塵裝置。支座應設置可靠、有效的防塵設施，但在實際工程應用中，對防塵設施不重視，導致防塵設施較粗糙未能起到防塵的作用。故而，對支座的防塵設施進行改進，選用不老化的聚四氟乙烯浸漬玻璃布進行密封，當中座板發生轉動時，聚四氟乙烯浸漬玻璃布也隨之伸展或收縮，使支座球面處密封嚴密，始終嚴密處于無污染環境。

(4)優化涂裝防腐方案。因山區酸雨、多雨、濕度大等影響，普通的涂裝防腐方案極易導致支座的銹蝕，進而影響其耐久性。因此，必須采用可靠的涂裝防腐方案，改進采用富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+氟碳面漆組成的表面防護方案，并按照《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》(GB/T 1771-2007)的要求進行鹽霧試驗，試驗結果顯示，此涂裝防腐方案可以滿足山區特殊環境的涂裝防腐要求。

4 球型支座的施工工藝控制

(1)支座下板傾斜的工藝控制。因支座墊石不平整引起支座下板的傾斜，進而影響支座的位移和轉角。因此在施工中應加強支座墊石的精細化施工控制。首先，應加強測量控制，特別是螺栓預留孔的預埋，確保螺栓預留孔平面偏差不大于5 mm；其次，為確保支座墊石混凝土的密實度，在混凝土澆筑時，機械振搗以混凝土停止下沉、不出氣泡為宜；最后，為避免支座墊石的不平整造成支座下板的傾斜，在支座安裝前，應對支座墊石頂面進行打磨處理，并用水平尺反復測量，控制支座頂面的高差在±2 mm以內。

(2)支座上板傾斜的工藝控制。山區高速公路的橋梁大多位于豎曲線段落，存在一定的縱坡，而在預制梁板時未嚴格按照縱坡坡度進行設置，導致梁板底部與支座上板之間的接觸面存在縫隙引起支座的傾斜。針對此問題，在預制梁板時，在預制臺座設置螺母調節式或活動鉸座式坡度調節器，保證梁板底部縱坡坡度準確。

(3)灌漿層開裂或不密實的工藝控制。因灌漿層過厚造成應力過大出現開裂；灌漿層不密實形成空洞，引起受力不均，進而導致支座的損壞。因此，首先應通過測量控制灌漿層厚度；其次，灌漿料采用機械攪拌約3 min，并摻入適量的膨脹劑，灌漿料采用"自重法灌漿"法進行灌漿；最后，在灌漿過程中不得進行機械振搗，為確保灌漿層的密實，可適當進行人工插搗。

(4)固定約束解除的工藝控制。在安裝球型支座時，未將支座的臨時固定螺栓拆除，造成球型支座約束未解除，導致支座的變形或損壞。因此，首先在支座施工前應進行技術交底，讓技術管理人員和操作工人均知曉支座的安裝工藝和控制要點。其次，在支座安裝就位后，立即采用氣割或擰下固定螺栓解除約束，并安排專人進行復查。

(5)位移方向安裝的工藝控制。球型支座可分為多向、固定、單向等三種基本形式。在支座安裝前應進行技術交底，嚴格安裝設計要求，核對支座位移方向后方可安裝。否則，位移方向安裝錯誤將造成梁體混凝土徐變和溫度應力無法釋放，進而影響梁體混凝土和支座的耐久性。因此在支座安裝完成后，應安裝專人進行核查。

5 結 語

通過球型支座的應用研究發現，針對球型支座的設計優化和施工工藝控制，使山區高速公路橋梁支座全壽命周期的使用狀況得到顯著改善，為球型支座在山區高速公路橋梁建設中的廣泛使用提供了有益的理論研究和應用實踐。