公路橋梁橡膠支座應用及常見病害分析

蘇 南

（福建省交通建設工程試驗檢測有限公司，福州 350007）

1 引言

公路橋梁支座是橋梁結構的重要組成部分, 直接影響橋梁的使用壽命和結構安全。 橋梁支座的作用主要有三個方面： 一是將上部構造恒載和活載可靠地傳遞給墩臺,并同時承受由荷載引起的結構端部水平位移、轉角等變形；二是適應溫度、濕度等環境變化引起的結構脹縮變形；三是阻抗風力、地震波等引起的結構平移,減輕震動對結構的不利影響。 使上下部結構的實際受力情況符合設計計算圖式。

近20 年來橡膠支座由于具有構造簡單、 加工方便、節省鋼材、造價低、結構高度小、安裝方便等諸多優點,在我國得以廣泛應用,其質量優劣和工作應力直接影響著支座的作用、 功能和橋梁結構的安全可靠度與使用壽命。 目前在橋梁工程使用中橡膠支座已基本取代了剛性支座。

根據交竣工檢測時發現, 幾乎每條高速公路上的橡膠支座都有不同程度的破壞, 使用壽命遠遠低于設計壽命, 目前還發現未通車的在建橋梁的橡膠支座安裝后就大量損壞。

本文通過分析公路橋梁橡膠支座類型及構造特點,結合福建省某條高速公路及若干條二級公路共計265 座新建橋梁的檢查結果, 探討橡膠支座主要病害的成因,提出合理的處治方法。

2 公路橋梁橡膠支座類型及構造特點

公路橋梁橡膠支座分為板式橡膠支座、 四氟乙烯板式滑動支座、球冠式橡膠支座、盆式橡膠支座和球型橡膠支座等類型。 各類型橡膠支座構造特點如下：

2.1 板式橡膠支座

板式橡膠支座有圓形、矩形、四氟板式等幾種類型。它是由多層橡膠片與薄鋼板鑲嵌,經粘合、壓制而成,其功能是以橡膠的彈性壓縮來實現豎向變位, 以橡膠塊的剪切變形來實現水平位移、轉角和因溫差而引起的變形,并可吸收部分行車引起的振動。

板式橡膠支座不存在活動和固定之分, 由于允許水平位移量較小, 這種形式的支座只適用于較小的跨徑,一般不超過20m。

2.2 四氟乙烯板式滑動支座

四氟乙烯板式滑動支座是在板式支座頂層粘貼一層平面尺寸與板式支座相同、厚度為2～4mm 的四氟乙烯薄膜,同時在梁底面設置一層不銹鋼板與其作相對移動。

該類型支座除具有板式支座的功能外, 還能滿足較大水平位移的要求。 這種支座適用于較大跨徑,如簡支轉連續梁和多跨連續梁橋。

2.3 球冠式橡膠支座

球冠式橡膠支座是在板式橡膠支座上頂面形成高4～10mm 高度不等的球面構造, 具有平面上保持各向同性,形成均勻傳力性能。

球冠式支座具有安裝方便,適應性強等特點,同時也能解決一般板式支座在安裝時所產生的偏壓和脫空現象。其不僅適用于一般橋梁,更適合于跨徑較大,縱坡較陡的橋梁。

2.4 盆式橡膠支座

盆式橡膠支座是由鋼構件與橡膠組成的橋梁支座。其在盆內底板放一塊受壓的橡膠板, 密封于鋼盆中的橡膠在三向受力狀態下產生反力,承受垂直荷載,利用橡膠的彈性滿足橋梁的轉動, 同時通過上支座板的不銹鋼板與四氟乙烯板的自由滑動,完成橋梁上部的水平位移。

盆式橡膠支座具有承載力大,水平位移量大,轉動靈活等特點,適宜大跨徑橋梁的要求。

2.5 球型橡膠支座

球型橡膠支座有固定和活動支座兩種, 是在盆式橡膠支座基礎上經過改進發展起來的。 該支座的轉角是通過球冠襯板與球面氟板之間的轉動來實現的。

球型支座傳力可靠,轉動靈活。 它不僅具備盆式橡膠支座承載能力大,允許位移大等特點,而且適應支座大轉角的需要。 該支座主要適用于彎橋、坡橋和大跨度橋梁。

3 公路橋梁橡膠支座常見病害、 原因分析及整改方法

本次檢查是對福建省若干條公路的新建橋梁交工驗收檢查及竣工后一年的定期檢查, 共檢查橋梁265 座,其中特大橋5 座、大橋75 座、中橋115 座、小橋70 座。主要為裝配式梁橋和連續箱梁橋, 所有橋梁幾乎都采用板式橡膠支座和盆式橡膠支座, 其中板式橡膠支座主要存在支座脫空和支座開裂現象。 盆式橡膠支座總體狀況良好,部分支座鋼盆處輕微銹蝕,具體病害有以下幾種：

3.1 支座脫空

支座脫空有完全脫空、 局部脫空和支座被壓碎而形成的脫空, 檢查發現相當部分橋梁的橡膠支座存在局部脫空現象,個別位置未放置支座,典型病害見圖1,圖2。

圖1 現澆段底用石塊填充

圖2 支座橡膠體脫空

該病害主要是由施工不當引起的, 即在安裝支座時支承墊石或梁底不平整, 或者每片梁兩端墊石面高差過大, 而個別點未放置支座的情況則是施工中絕對不允許出現的。

整改上述病害的方法為對局部脫空30% 以上的支座進行調整,主要采用鋼板進行墊實、墊平。 對支座缺失的位置應盡快安裝合適的支座。

3.2 支座開裂

部分支座出現開裂現象,有水平裂縫和斜裂縫,以斜裂縫居多,裂縫短而密。 典型病害見圖3,圖4。

該病害主要是由施工不當造成支座受力不均, 個別支座受力過大而產生開裂。支座本身存在缺陷。實際活載可能超過設計荷載。墩臺頂有殘留混凝土垃圾、砂土等雜物限制了支座的正常變形。 整改上述病害的方法為更換支座。

圖3 支座橡膠體水平裂縫

圖4 支座橡膠體斜裂縫

3.3 支座銹蝕

部分橡膠支座鋼盆表面有銹蝕現象, 板式支座的鋼墊板普遍存在銹蝕現象,典型病害見圖5,圖6。

圖5 板式支座鋼墊板銹蝕

圖6 板式支座上下鋼墊板銹蝕

該病害主要是支座防腐、防銹處理質量不高,對墩臺處防水裝置的缺陷未及時處理, 使支座或鋼板受雨水侵蝕而銹蝕。

處治上述病害的方法為及時對防水裝置的缺陷進行處理；對橡膠支座應經常清掃污水,排除墩臺積水；對鋼墊板進行噴漆以防銹蝕；對表面銹蝕的盆式支座,應進行除銹防腐處理；個別銹蝕特別嚴重的支座應進行更換。

3.4 其他病害

除上述常見病害之外, 板式橡膠支座還存在支座墊石破損、鋼墊板錯位、支座偏位、支座處雜物堆積等病害；盆式橡膠支座還存在支座螺母松動、 支座限位鋼條未解除、防塵罩缺失等病害,典型病害見圖7,圖8。

圖7 支座偏位

圖8 盆式支座限位鋼條未解除

產生這些病害的原因主要有：

(1)砂漿填充不密實,砂漿強度不夠,吊裝時的碰撞等是造成墊石破損的主要原因。

(2)安裝支座時定位不準是造成支座偏位的主要原因。

(3)施工的疏忽是造成支座限位鋼條未解除、防塵罩缺失、鋼墊板錯位的主要原因。

(4)日常維護的疏忽造成了支座處雜物堆積、支座螺母松動等諸多病害。

上述病害的整改方法為：墊石破損處加以修補,鋼墊板錯位、支座偏位嚴重者應重新調整,支座處雜物予以清除,松動螺母重新緊固,限位鋼條未解除的及時解除,防塵罩缺失的加以修補。

4 公路橋梁橡膠支座工程技術建議

當前的在建項目基本上都使用橡膠支座, 需要重視橡膠支座產品質量, 保證橡膠支座有20～30 年的使用壽命。 進而提出公路橋梁橡膠支座工程技術建議如下：

(1)橡膠支座進入施工現場后,監理部門和施工單位應嚴格抽樣檢驗,并按規范要求送檢,收到檢驗報告合格后方可使用。 并利用抗剪粘結性能與老化后抗剪的交叉試驗來檢測支座是否含有再生膠。

(2)在安裝支座過程中,應根據設計圖紙逐一對支座的品種、規格、質量進行核對,并根據設計圖紙核對固定墩和活動墩上的固定支座和活動支座的數量和位置。

(3)支座安裝必須保證兩個面水平、接觸密實。活動支座表面在安裝前要清洗干凈, 對四氟乙烯板保護要嚴密,不許有灰塵雜質進入。

(4)支座安裝前應先將墊石頂面清理干凈,然后在墊石上采用環氧樹脂砂漿找平、坐漿,將支座及時安放在砂漿上,并采用水平尺檢查支座的水平度,確保支座頂面水平。

(5)嚴格按照養護規范對橋梁進行定期檢查,以便及早、及時發現病害,對出現病害的橋梁支座應當及時進行治理,并針對不同的病害程度采取不同的維修措施。

(6)加強對公路橋梁運營的管理,嚴禁貨車客車超載超速。

5 結語

橡膠支座對于橋梁建設技術的發展起到很大推動作用,但目前橡膠支座應用還存在較大質量隱患。

公路橋梁橡膠支座質量問題發生在應用過程中,還需要支座生產、 橋梁設計和施工安裝各過程都要引起高度重視才能確保應用質量。 同時還需加大試驗檢測力度,嚴格控制產品出廠質量。