季凍區(qū)高速公路板梁支座脫空現(xiàn)象分析及防治措施

王文華，趙文丁，王立坡

0 前言

近十幾年來(lái)，隨著大規(guī)模公路建設(shè)的展開(kāi)，吉林省公路橋梁建設(shè)取得了明顯的進(jìn)步，已形成了一套適合吉林省實(shí)際情況的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新工藝，推動(dòng)了吉林省公路橋梁建造水平的不斷提高。但吉林省早期修建的高速公路到目前為止已運(yùn)營(yíng)十幾年，近幾年來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些病害，也發(fā)現(xiàn)了一些新的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)的吉林省已建長(zhǎng)春至四平、長(zhǎng)春至吉林和長(zhǎng)春至營(yíng)城子高速公路橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中小跨徑裝配式板梁橋支座脫空現(xiàn)象較為明顯，是引起橋梁上部結(jié)構(gòu)各種病害的原因之一。本文針對(duì)板梁橋支座脫空現(xiàn)象做統(tǒng)計(jì)、分析和研究工作，并提出有針對(duì)性的解決方法和改進(jìn)措施，供工程設(shè)計(jì)、建設(shè)參考，以確保工程的可靠性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。

1 支座脫空統(tǒng)計(jì)

在高速公路設(shè)計(jì)中，對(duì)于小跨徑橋梁為盡可能地降低橋頭路堤的填筑高度，板梁橋由于其建筑高度小而成為首選的橋型。但在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，為加快施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，板梁多采用集中預(yù)制，再運(yùn)到工地拼裝成橋，板梁的質(zhì)量得到了保證，但由于每個(gè)橋所處的平面和縱斷面各不一致，所以其每片板梁下4個(gè)支座位置處的墊塊或墊石就各不相同，在板梁預(yù)制時(shí)就不宜掌握。在對(duì)長(zhǎng)春至營(yíng)城子高速公路（見(jiàn)圖1）和長(zhǎng)春至四平高速公路（見(jiàn)圖2）及長(zhǎng)春至吉林高速公路（見(jiàn)圖3）的裝配式橋梁調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)占總數(shù)3.1%的裝配式板梁存在支座脫空不受力的狀態(tài)及支座丟失的現(xiàn)象，見(jiàn)表1。

表1 吉林省高速公路情況表

2 支座脫空危害

支座是聯(lián)系橋梁上部和下部結(jié)構(gòu)之間的重要裝置，起到將上部結(jié)構(gòu)所承受的荷載傳遞到下部結(jié)構(gòu)的作用。如果支座有所變化，使橋梁結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生變化，將對(duì)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而會(huì)影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

圖1 長(zhǎng)營(yíng)高速橋臺(tái)支座脫空

圖2 長(zhǎng)平高速橋墩支座脫空

圖3 長(zhǎng)吉高速橋臺(tái)支座脫空

2.1 支座脫空將影響其余支座

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在一片梁一端的一個(gè)支座有脫空現(xiàn)象時(shí)，其另一個(gè)支座的橡膠塊就有較大的變形，并有橡膠老化的跡象。這主要是因?yàn)椋谠O(shè)計(jì)時(shí)每片主梁下設(shè)4個(gè)支座支承，如一個(gè)支座脫空，那荷載及恒載就由其余的3個(gè)支座承擔(dān)，這樣支座所受的壓力就有可能超過(guò)其容許壓應(yīng)力。當(dāng)2個(gè)支座發(fā)生脫空現(xiàn)象時(shí)，所受的壓力將更大。如果支座長(zhǎng)期處于此種工作狀態(tài)，支座內(nèi)的橡膠塊就長(zhǎng)期處于被嚴(yán)重壓縮的狀態(tài)，極易使橡膠老化，逐漸地將對(duì)支座產(chǎn)生破壞，使其失去作用。

2.2 支座脫空將影響鉸縫和鋪裝

支座脫空后，在汽車荷載的不間斷作用下，板梁極易引起翹曲，長(zhǎng)時(shí)間作用下更使早期設(shè)計(jì)板梁之間聯(lián)系的淺鉸縫發(fā)生破壞，進(jìn)而使整個(gè)橋主梁之間的鉸縫發(fā)生破壞，使橋面鋪裝產(chǎn)生損壞，發(fā)生橋面漏水，加重了橋梁結(jié)構(gòu)的凍融腐蝕，降低了橋梁使用的安全性。這一點(diǎn)我們?cè)跇蛄赫{(diào)查中也證實(shí)了這種情況確實(shí)存在，而且發(fā)生的數(shù)量較多。雖然產(chǎn)生橋面鋪裝損壞的原因很多，但支座脫空是其中之一。

2.3 支座脫空將產(chǎn)生單板受力

而且在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分支座脫空嚴(yán)重的板梁，在梁底的中軸線附近還出現(xiàn)了斜裂縫。這主要是因?yàn)?，在發(fā)生鉸縫和鋪裝破壞后，主梁之間的聯(lián)系大大降低，橋梁主梁沒(méi)有形成一個(gè)整體，板梁出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象。在荷載的不間斷作用下，主梁除受彎距影響外，還受扭矩效應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)斜裂縫，極大地影響了橋梁使用的安全性。

3 支座脫空原因分析

結(jié)合調(diào)查情況，我們分析引起支座脫空的原因很多，但主要應(yīng)從2個(gè)方面考慮，即施工和設(shè)計(jì)方面。

3.1 施工原因

3.1.1 梁板底模不符合標(biāo)準(zhǔn)

板梁底模在預(yù)制過(guò)程中，未能做到精心施工，加上有斜角度的影響，造成底模的平整度不精確，從而導(dǎo)致梁底支座處預(yù)留鋼板的標(biāo)高不一，在板梁安裝時(shí)就造成梁底4個(gè)支座不在一個(gè)平面上，從而導(dǎo)致支座脫空的現(xiàn)象。還有一種情況是某些施工單位為節(jié)約資金，在施工過(guò)程中不論跨徑大小均采用同一底模，這樣更難保證梁底預(yù)埋鋼板在同一平面上。

3.1.2 支座墊石在施工中未控制好

蓋梁或臺(tái)帽處支座墊石水平塊標(biāo)高及水平度的施工控制未做好，導(dǎo)致支座安放后，4個(gè)支座不在同一平面上，在安梁時(shí)也易導(dǎo)致支座脫空現(xiàn)象。即便用墊板找平，也難做到在同一平面上。

而根據(jù)JTJ F80/1—2004《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中與支座有關(guān)的要求為：支座頂面高程允許偏差為±5 mm（設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)）。這也說(shuō)明要使4個(gè)支座處于完全同一平面是很難做到的。

3.1.3 梁板架設(shè)時(shí)操作不仔細(xì)

梁板架設(shè)施工時(shí)，在操作上不仔細(xì)，沒(méi)有足夠重視，有隨意性；安好梁板之后還沒(méi)有復(fù)查，或在有空隙的地方為圖方便，在支座底抹一點(diǎn)砂漿、墊一塊薄鋼板了事，這樣在實(shí)際中造成了支座處于未受力狀態(tài)。

3.1.4 未控制好樁基沉降而產(chǎn)生脫空

在采用摩擦樁基礎(chǔ)的橋梁，由于地質(zhì)情況的差異，鉆孔樁施工質(zhì)量有所差異，使各樁的沉降量并不完全一致，這也會(huì)引起支座標(biāo)高的改變，在橋梁調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)了鉆孔樁有不均勻沉降的情況。

3.2 設(shè)計(jì)原因

從橋梁調(diào)查結(jié)果來(lái)看，支座脫空現(xiàn)象并不是每一座橋均有，但支座脫空現(xiàn)象卻有發(fā)生，而且對(duì)橋梁的安全有影響。

3.2.1 鉸縫深度較淺

在理論上講，要求4點(diǎn)處在同一平面上是很難做到的，也即從設(shè)計(jì)角度看，不能保證在板梁安裝好之后，每片板梁下的4個(gè)支座均能均勻地參與受力，若有一個(gè)支座脫空，板梁下只有3個(gè)支承點(diǎn)，則會(huì)改變板梁的受力狀態(tài)。在所調(diào)查高速公路的板梁設(shè)計(jì)中，采用的均是易于施工的淺鉸縫，其不能加強(qiáng)兩板梁之間的聯(lián)系，進(jìn)而不能通過(guò)橋面整體化混凝土使板梁間結(jié)合成一個(gè)整體。如果鋪裝產(chǎn)生破損，則鉸縫易于破壞。

3.2.2 墊石高度較小

在所調(diào)查的高速公路的板梁設(shè)計(jì)中，支座下墊石的高度采用的均較小，還有的不設(shè)凸起支座墊石。由于高度大小，在安裝板梁時(shí)很難檢查支座與梁底是否緊密接觸，進(jìn)而易產(chǎn)生支座脫空。

3.2.3 橋面整體化鋪裝薄弱

在所調(diào)查的高速公路的板梁設(shè)計(jì)中，橋面鋪裝層厚度均較薄，而且橋面鋪裝均有不同程度的破損，影響橋面整體化層，進(jìn)而使鉸縫破壞，減弱了兩板梁之間的聯(lián)系，使梁間不能結(jié)合成一個(gè)整體，產(chǎn)生單板受力，支座脫空。

4 支座脫空防治措施

通過(guò)以上原因分析，可得出引起位于季節(jié)性冰凍地區(qū)的吉林省內(nèi)高速公路板梁橋支座脫空的原因，針對(duì)此原因，應(yīng)在施工和設(shè)計(jì)方面針對(duì)處于季節(jié)性冰凍地區(qū)的橋梁采取如下措施，避免在以后的工程中發(fā)生支座脫空現(xiàn)象。

4.1 施工措施

要預(yù)防支座的脫空現(xiàn)象，在施工上要做到精心化、標(biāo)準(zhǔn)化施工，從梁板底模的制作，蓋梁臺(tái)帽支座墊石水平塊的澆筑、支座的安放及梁板的吊裝到樁基沉降的控制等環(huán)節(jié)，均應(yīng)做到準(zhǔn)確無(wú)誤，無(wú)論哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都將增加支座脫空的隱患。近期國(guó)家在工程施工中推行標(biāo)準(zhǔn)化施工，吉林省也針對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化施工提出了具體詳細(xì)要求，在以后的施工過(guò)程中將會(huì)更加加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化施工控制，杜絕不精細(xì)施工。

4.2 設(shè)計(jì)措施

對(duì)以往的預(yù)制裝配式板梁橋設(shè)計(jì)加以優(yōu)化，使其在結(jié)構(gòu)上更加合理性，避免產(chǎn)生支座脫空現(xiàn)象。板梁間采用深鉸縫形式，能加強(qiáng)兩板梁之間的聯(lián)系，通過(guò)加強(qiáng)的橋面整體化混凝土使板梁間結(jié)合成一個(gè)整體。加大墊石高度，使板梁在安裝時(shí)更易于檢查支座與梁底是否緊密接觸。通過(guò)近幾年我省高速公路（吉琿高速、吉草高速及大廣高速等）使用情況來(lái)看，效果還是很好的。

近期設(shè)計(jì)的小跨徑橋梁還采用了整體性好的現(xiàn)澆板梁（跨徑小于等于8 m的板梁橋），很好地解決了鉸縫深度較淺和橋面整體化鋪裝薄弱這一問(wèn)題。而且8 m現(xiàn)澆板梁的建筑高度比預(yù)制板梁的要小，減少了路基的填土高度，還節(jié)約了造價(jià)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文經(jīng)過(guò)對(duì)位于季節(jié)性冰凍地區(qū)的吉林省內(nèi)早期建設(shè)的高速公路中預(yù)制裝配式板梁橋支座脫空現(xiàn)象的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)和分析，找出了引起該類橋梁支座脫空現(xiàn)象的原因并加以分析，提出了有針對(duì)性的解決方法和改進(jìn)措施，只有在施工中做到精心化、標(biāo)準(zhǔn)化施工，在設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)加以合理優(yōu)化，就能保證支座脫空現(xiàn)象的發(fā)生，并能確保工程的可靠性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性。

［1］JTJ B01—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］趙文丁.公路水毀調(diào)查報(bào)告［R］.長(zhǎng)春：吉林省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2010.

［3］高冬光.公路與橋梁水毀防治［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］陳福斌，丁茂瑞，吳建，等.某鋼箱梁橋支座脫空原因分析及處治［J］.中外公路，2010（4）：149－152.

［5］朱小青，陳準(zhǔn)，于品德.支座脫空對(duì)西張村大橋受力性能的影響［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2010，31（5）：70－73.

［6］方建華，付文峰，李承昌.公路橋梁板式橡膠支座失效判別及更換原則［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2007（6）：120－122.