浙江省公路橋梁支座更換情況調查研究

周 攀 ，傅長榮 ，郭 輝

（1.麗水學院工學院，浙江麗水323000；2.浙江省公路與運輸管理中心，浙江杭州310009）

0 引言

橋梁支座作為橋梁結構中重要的傳力裝置，發揮著將橋梁上部結構承受的荷載和變形（位移和轉角）可靠地傳遞給橋梁下部結構的關鍵作用，直接關系到橋梁運行安全和服役壽命。但由于自身老化和安裝不規范等問題的存在，橋梁支座會受到不同程度的損傷，有的甚至危及橋梁整體安全，必須進行更換[1]。

浙江省路網發達，加之河流縱橫交錯、湖泊星羅棋布，各等級公路線上分布著數量眾多、形式多樣的橋梁，截至2019年底全省公路橋梁總數已達51 106座，累計360.32萬延米，橋梁更換支座情況十分普遍。因此，做好相關研究提高橋梁支座更換技術水平和質量，對于浙江省橋梁運行管理乃至全省交通事業發展具有重要意義。

本文通過對浙江各地區近10年完成支座更換的公路橋梁進行系統調查研究，總結了浙江省公路橋梁支座更換的基本現狀，分析了常用支座更換后的病害產生原因、病害發展規律和質量管控重難點，并以此為基礎提出加快不停車更換支座標準出臺、嚴把支座原材料質量等針對性建議，旨在為相關研究提供調研基礎和技術支持，進而推動浙江省公路橋梁支座更換技術發展。

1 調查研究方式

此次調研從工作開展實際出發，結合橋梁支座更換基礎理論，圍繞橋梁規模、線形、上部結構形式，支座更換時間（數量）、支座類型、更換過程是否中斷交通、更換前后病害情況以及支座更換建議等19項重點內容，以向全省各地區（縣市）公路局、高速公路管理處（公司）等公路管養部門和企業進行問卷調查、專題座談以及實地考察等形式展開。最終，收集整理基礎調查資料20余份，內含各類橋梁243座。

2 數據統計分析

經初步分類統計，該批243座樣本橋梁均為2010—2019年（近10年來）完成支座更換的或正在進行支座更換施工的橋梁，基本涵蓋浙江各個地區，在橋梁所屬公路等級、規模、線形、上部結構形式以及支座更換時間、類型等方面也相對多樣和典型，作為調查樣本具備代表性。

2.1 分類統計

2.1.1 橋梁支座更換基本情況

總體來說，從樣本橋梁更換支座的橋梁數量和更換支座數量兩項指標看，2016年后增長較為明顯，以2017年為拐點，呈現爆發性增長的特點，如圖1所示。這說明：一是2000年后安裝的大量橋梁橡膠支座其使用年限已到更換的時間點；二是近年來支座檢查更換的技術手段趨于成熟；三是當前行業對支座的使用要求不斷提高。

在地區分布上，近10年來更換支座的橋梁遍布全省，其中杭州市45座、湖州市77座、嘉興市53座、衢州市21座、臺州市22座、麗水市13座，其他地區12座。總體來看，杭嘉湖地區橋梁更換支座數量占比70%左右（與杭嘉湖地區橋梁總量占全省比例基本一致），如圖2所示。

圖1 歷年更換橋梁數及支座數

圖2 橋梁地區占比圖

在公路等級上主要有3種類型，分別為高速公路（164座）、國省道（57座）、縣鄉道及其他專用道路（22座）。由此可見，高速公路和普通國省道橋梁是目前浙江橋梁更換支座的主體，分別占比67.49%和23.46%，如圖3所示。其一方面表明了更換支座與交通量具有相關性，另一方面表明高等級公路對支座運營監管相對規范。

圖3 橋梁公路等級占比圖

在上部結構類型上共有4種類型，分別為空心板梁（132座）、T梁（12座）、箱梁（83座）、組合梁（16座）。空心板梁（占54.32%）和箱形梁（占34.16%）是目前浙江省更換支座橋梁的主體梁型，如圖4所示。這與該兩種橋型在過去20年中占全部橋梁絕對比重的情況相匹配。

在規模上涵蓋大中小（特大）各種類型：單跨最長120 m（杭州余杭京杭運河2號橋），最短5 m（舟山定海區X119王家橋）；全長最長近14 km（S14杭長（宜）高速特長高架橋），最短8 m（G56杭徽高速K67+830橋）；寬度最寬40 m（S14杭長（宜）高速安吉服務區1#橋），最窄7 m（嘉興秀洲區G320國道匝道橋）。

圖4 橋梁上部結構占比圖

在橋梁線形上有3種類型，分別為直線型（178座）、曲線型（61座）、其他型（有斜交情況的直線橋梁，4座），其中直線橋有縱坡的59座，曲線橋有縱坡的47座，最大縱坡為3.5%，如圖5所示。這表明浙江在各種線形上的橋梁均已開展過支座更換的實踐。

圖5 橋梁線形及縱坡占比圖

2.1.2 支座基本情況

此次調研的243座橋梁涉及更換3種類型的支座共43 014個，其中板式橡膠支座42 948個（占比達99.7%）、盆式橡膠支座112個、球型鋼支座2個。這表明目前更換支座的類型絕大多數是板式橡膠支座，其應作為首要的目標加以研究。

在支座更換作業過程中，未中斷交通的橋梁218座，中斷交通的25座。這表明不中斷交通已成為浙江最普遍的施工形式，如圖6所示。

在更換支座前，該批橋梁均出現不同類型、不同程度的支座病害，部分橋梁（支座）同時存在多種病害，其中出現支座變形的橋梁161座、支座開裂的100座、支座脫空的88座、支座老化的82座、支座位移的5座。此外，有5座橋梁因拆除、突發災害等其他原因進行支座更換，如圖7所示。這表明支座變形、開裂、脫空、老化是支座的典型病害[2]，應予以重點關注。

在支座更換后，歷年橋檢報告顯示出現各類病害的或調查時現場發現病害的支座共64座（占樣本總數的26.34%），即該批樣本總體上在支座更換后的病害發生率為26.34%（以下稱“總體病害發生率”）。這說明支座在更換后的病害復發問題不容忽視。

圖6 是否中斷交通情況占比圖

圖7 橋梁支座更換前病害（原因）占比圖

在發現支座病害的64座橋梁中，出現支座老化的橋梁13座、支座變形的26座、支座開裂的17座、支座脫空的36座、支座位移的9座、銹蝕的1座（部分支座同時存在多種病害）。這表明，脫空和變形已成為支座更換中的主要質量問題[3]。如圖8所示。

圖8 橋梁支座更換后病害（原因）占比圖

2.1.3 收集建議情況

此次調查共回收對更換橋梁支座的建議173條，其中150條建議涉及加強質量管理、149條建議涉及加強施工管控、19條建議涉及加強巡查與養護，另有其他建議及意見5條（如建議變形、老化支座較多時可考慮更換，以及反映脫空支座更換的效果不好、少量支座更換后仍存在脫空現象、部分盆式支座較難更換、更換費用較高等意見），具體如圖9所示。綜上，我們可以看出，支座更換過程的質量問題受到強烈關注。

2.2 對比分析

為進一步分析該批橋梁的支座病害產生情況，結合上述統計，本文對支座產生的幾類主要病害及不同橋梁對支座病害產生的影響進行對比研究，具體如下。

圖9 支座更換建議占比圖

2.2.1 支座病害的對比分析

2.2.1.1 更換前后病害情況對比

對比圖7和圖8可知，支座更換后開裂和老化兩項病害的占比都較支座更換前有所下降，而脫空、變形、位移3項病害的占比均有所上升，具體如表1所示。

表1 支座更換前后病害情況對比表

初步推斷，支座質量隨著技術發展有了較大提高，使得開裂、老化、變形3項主要因為支座質量問題出現的病害逐步減少（變形病害雖有所下降，但仍然是主要病害之一）。而由于更換支座時工作空間小，操作比較困難，因此，更換后產生支座定位不準確、脫空現象比較普遍。支座位移是由于支座放置不準確、脫空導致的。

2.2.1.2 病害復發率對比

（1）總體病害復發率。

總體上分析支座病害復發的情況，發現243座樣本橋梁中有56座橋梁在支座更換后出現了與支座更換前相同的病害，即該批橋梁的總體支座病害復發率為56/243=23.05%。

（2）單項病害復發率。

單獨分析某一單項病害的復發情況，發現部分為單項單一復發，部分為多項同時復發，具體的單項病害復發率如下：開裂復發率為8.00%、老化復發率為9.76%、脫空復發率為37.50%、變形復發率為12.80%、位移復發率為60.00%，見表2。可見，位移和脫空兩項病害的復發率相對較高（大于總體病害復發率23.05%），這與反映的“反映脫空支座更換的效果不好、少量支座更換后仍存在脫空現象”意見一致。

表2 單項病害復發情況表

2.2.2 不同橋梁對支座病害產生影響的對比分析

為分析支座病害產生的影響因素（主要分析橋梁因素，即橋梁自身屬性和外在屬性的影響），基于該批橋梁樣本實際，分別對比了不同所屬公路等級、不同線形、不同上部結構類型以及更換作業中是否中斷交通的橋梁支座病害情況，具體如下。

2.2.2.1 所屬公路等級影響對比

該批樣本主要有高速公路、國省道和縣鄉道及其他專用道3種所屬公路等級，具體的支座病害對比情況如表3所示。

表3 所屬公路等級影響對比表

橫向對比，縣鄉道及其他專用道橋梁的病害占比較樣本占比有較大幅下降，由原來的7.40%下降至3.13%，而國省道橋梁和高速公路橋梁則基本保持不變。縱向對比，縣鄉道及其他專用道橋梁的病害發生率僅有11.11%，而國省道橋梁和高速公路橋梁的病害發生率相差不大，且均接近總體病害發生率26.34%。

由此初步推斷，國省道橋梁和高速公路橋由于交通量均較大，支座復發病害產生的影響基本一致，而縣鄉道及其他專用道由于交通量小，橋梁相對國省道橋梁和高速公路橋梁不易發生支座復發病害。

2.2.2.2 橋梁線形影響對比

該批樣本有直線和曲線兩種線形，具體的支座病害對比情況如表4所示。

表4 橋梁線形影響對比表

橫向對比，直線橋梁和曲線橋梁的病害占比較樣本占比幾乎保持不變。縱向對比，直線橋梁和曲線橋梁的病害發生率十分接近，且均約等于總體病害發生率26.34%。

由此初步推斷，直線橋梁和曲線橋梁對支座病害產生的影響并無明顯區別，基本一致。

2.2.2.3 橋梁上部結構類型影響對比

該批樣本有空心板梁、T型梁、箱型梁和組合梁4種上部結構類型，具體的支座病害對比情況如表5所示。

表5 橋梁上部結構類型影響對比表

橫向對比，就病害占比較樣本占比的變化而言，空心板梁橋和組合梁橋有較大幅度下降，T型梁橋幾乎保持未變，而箱型梁橋則有較大幅度上升。縱向對比，空心板梁橋和組合梁橋的病害發生率相對較小，均低于總體病害發生率，T型梁橋的病害發生率接近總體病害發生率，而箱型梁橋的病害發生率則高出總體病害發生率較多。

由此初步推斷，箱型梁橋相對其他3種更容易產生支座病害，而組合梁橋對支座病害的不利影響最小。

2.2.2.4 更換時是否中斷交通影響對比

支座更換時中斷交通與不中斷交通的支座病害對比情況如表6所示。

表6 是否中斷交通影響對比表

橫向對比，支座更換時中斷交通的橋梁的病害占比較樣本占比有較大幅度下降，而不中斷交通的則有所上升。縱向對比，中斷交通的橋梁病害發生率明顯低于總體病害發生率，而不中斷交通的橋梁病害發生率則小幅高于總體病害發生率。

由此初步推斷，支座更換時不中斷交通的橋梁相對中斷交通的橋梁，其支座更容易發生病害。

3 結論

3.1 浙江橋梁支座更換基本情況

通過此次調查研究發現，更換橋梁支座在浙江已越來越普遍，不同地區、不同所屬公路等級、不同線形、不同上部結構類型、不同規模的橋梁均有支座更換情況，且不論是歷年支座更換的橋梁數還是更換支座數，總體上都呈快速上升趨勢（尤其2017年有明顯上升），這表明支座更換已經越來越普遍，亟待開展進一步研究。

總體上看，浙江橋梁的支座病害發生率約為20%～30%（樣本橋梁總體病害率為26.34%），產生的病害主要為變形、老化、開裂和脫空，少數為位移、銹蝕等（部分支座同時存在多種病害）。更換病害支座時，絕大多數（約90%）采用不中斷交通方式進行，這表明加強對公路橋梁不中斷交通更換支座技術的研究具有現實的必要性。更換的支座主要有板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形鋼支座3種類型，其中板式橡膠支座占絕大多數，建議在相關研究中將板式橡膠支座和盆式橡膠支座作為重點內容。

3.2 常用支座更換后病害產生及發展規律

3.2.1 病害存在復發風險

橋梁在更換支座后病害復發率仍然較高，預測橋梁支座更換后的病害復發率約為20%～30%（樣本橋梁支座病害復發率為23.05%）。脫空、位移兩項支座病害的復發率高出平均水平較多，成為支座更換中的主要質量問題，需在支座更換時著重加強把控，在相關研究中也應該把這兩項病害的防控作為重點內容。而由于支座更換成本較高，且多次更換后對橋梁結構的微變形影響不容忽視，因此加強支座更換質量管理顯得非常緊迫和必要。

3.2.2 支座病害逐步轉移

在橋梁的幾種主要病害中，開裂、老化、變形等因為支座本身質量問題出現的病害正隨著支座質量的不斷提升而大幅減少，特別是開裂、老化病害已不再是主要病害，變形占比雖有下降卻仍發生較多，而位移和脫空的占比則相對有所提高。可見橋梁支座產生的主要病害正在逐步轉移，在相關研究中應有側重。

3.2.3 橋梁因素影響病害產生

不同的橋梁因素（即橋梁所屬公路等級、線形、上部結構類型以及更換作業時是否中斷交通等自身屬性和外在屬性）對支座病害產生有著不同的影響，如：

（1）縣鄉道及其他專用道橋梁相對國省道和高速公路橋梁不易發生支座病害（或因不同所屬公路等級造成不同的結構受力工況）。

（2）箱型梁橋相對其他上部結構類型橋梁更容易產生支座病害（或因不同上部結構類型造成不同的結構受力形式），在支座更換過程中應著重關注。

（3）支座更換時不中斷交通的橋梁相對中斷交通的橋梁，其支座更容易發生病害（或因不中斷交通更換支座對技術要求較高，支座施工質量相對較難把控）；從另一個側面反映，更換過程中交通流對更換質量有著比較大的影響，施工中要格外注意。

（4）不同線形（直線或曲線）橋梁的支座病害產生情況暫未發現明顯區別，后期有待進一步拓展調研范圍，進行細化研究。

3.3 相關建議

結合以上調查研究，就浙江省公路橋梁支座更換提出以下建議[4]：

（1）加快不停車更換支座研究。不論從更換支座的數量、質量方面看，都必須加強橋梁不停車更換支座相關研究，特別是加快出臺相應規范進行標準化管理，以適應目前工程應用需求。

（2）嚴格把控支座原材料質量。雖然支座原材料質量有所提高，但仍較容易出現變形病害。支座更換前，必須對支座原材料從詢價、采購、運輸、檢測到進場等各個環節進行嚴格把關，確保支座安全可靠、質量過硬。

（3）規范開展支座更換。橋梁支座不滿足使用要求時，應進行更換。更換支座時，應分析支座病害產生的原因，并對相應病害進行處理[5]。科學合理制定專項施工方案，并在支座更換施工現場嚴格監管，確保每一項施工操作嚴格按照專項方案規范開展。

（4）抓住重點開展針對性管理。著重加強對高等級公路橋梁、復雜結構橋梁、不中斷交通更換支座橋梁的質量監督，并重點針對變形、脫空、位移3項支座病害，制訂專項措施予以防治。

（5）加強支座日常巡查養護。支座更換后，按要求做好日常養護，并有序開展好日常檢查和橋梁定期檢測，做到支座病害的“及時發現、及時修復”，延長支座使用壽命。