橋梁支座病害及處置措施研究

李昌輝 李鵬

摘要：支座被越來越廣泛地應(yīng)用在橋梁中，其安全性和耐久性越來越受到重視，本文通過介紹公路橋梁支座類型及常見病害，分析了病害產(chǎn)生原因，同時(shí)對病害處置措施進(jìn)行了初步研究。

關(guān)鍵詞：支座；脫空；偏位；處置措施

中圖分類號(hào)：U446.1文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

支座主要是將上部構(gòu)造恒載和活載傳遞給墩臺(tái)，同時(shí)承受由荷載引起的結(jié)構(gòu)端部水平位移、轉(zhuǎn)角等變形，適應(yīng)溫度、濕度等環(huán)境變化引起的結(jié)構(gòu)脹縮變形，及阻抗風(fēng)力、地震波等引起的結(jié)構(gòu)平移，減輕震動(dòng)對結(jié)構(gòu)的不利影響，是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全，需給予足夠重視。

1 橋梁支座類型及適用范圍

橋梁支座按其使用功能的不同，可分為固定支座和滑動(dòng)支座兩大類，固定支座是將橋梁結(jié)構(gòu)固定在墩臺(tái)上并傳遞豎向應(yīng)力和水平力，允許橋跨轉(zhuǎn)動(dòng)但限制位移；活動(dòng)支座只傳遞豎向應(yīng)力，保證在溫差、混凝土收縮以及荷載作用于橋跨時(shí)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)和平移。按支座材料和構(gòu)造又分為鋼制作、橡膠支座、其他類型支座等。

鋼支座使用過程中由于鑄件銹蝕容易導(dǎo)致支座銹死，從而影響其使用性能，應(yīng)用范圍較小；橡膠支座由于其性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、安裝和更換方便，使用壽命長、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用較為廣泛。主要有：

(1)板式橡膠支座。構(gòu)造簡單、加工制作容易、用鋼量少、成本低廉，安裝方便，適用于標(biāo)準(zhǔn)跨徑20m以內(nèi)的中小跨徑梁、板橋，適用反力一般2000kn以下。

(2) 盆式橡膠支座。由鋼構(gòu)件與橡膠組合而成的新型橋梁支座，具有承載能力大、水平位移量大、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，適用于支座承載力為1000KN以上的大跨徑橋梁，也適用于城市、林區(qū)、礦區(qū)的橋梁。

(3)球型橡膠支座。傳力可靠、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活既具備盆式橡膠支座承載能力大、容許支座位移大等優(yōu)點(diǎn)，又能適應(yīng)支座大轉(zhuǎn)角的需要。目前廣泛應(yīng)用于國內(nèi)獨(dú)柱支承的連續(xù)彎板結(jié)構(gòu)、獨(dú)柱支承的連續(xù)彎箱梁結(jié)構(gòu)、雙柱支承的連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)及大跨度斜拉橋中。

2 支座病害及成因分析

2.1支座脫空

支座脫空主要表現(xiàn)為底面局部脫空、頂部完全脫空、局部脫空及支座的缺失。多數(shù)是由于墩臺(tái)頂支座墊石標(biāo)高控制不當(dāng)或梁體預(yù)制時(shí)梁端三角楔型塊不平或墊石強(qiáng)度過低，受壓后墊石破碎或施工過程中溫度選擇不當(dāng)，安裝時(shí)氣溫過高或過低，后期梁體伸縮過大導(dǎo)致支座出現(xiàn)難以恢復(fù)的縱向一側(cè)較明顯的半脫空等因素造成。支座脫空后失去支撐作用，將直接改變上部結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，最直接表現(xiàn)為上部構(gòu)造受力不均，從而造成其他支座受力過大，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，影響支座的耐久性。

2.2 支座偏位

支座偏位分為縱向偏位和橫向偏位，嚴(yán)重的支座偏位將引起支座不均勻受力，引起梁體受力附加內(nèi)力過大等病害。產(chǎn)生的原因主要是支座或墊石放樣不精確。

2.3 支座變形異常

在使用過程中，橡膠支座依靠橡膠的壓縮變形來承受上部豎向荷載，以橡膠的剪切變形來承受上部水平荷載影響，以橡膠的不均勻壓縮變形來適應(yīng)上部梁體轉(zhuǎn)動(dòng)，變形過大可對連續(xù)梁等上部構(gòu)造產(chǎn)生附加內(nèi)力，與下部構(gòu)造豎向位移疊加后總位移可能超出設(shè)計(jì)控制范圍，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，長時(shí)間過大變形將加速橡膠老化，降低支座使用壽命。過大的變形產(chǎn)生原因主要有：

(1) 同一梁體個(gè)別支座完全脫空導(dǎo)致其他支座受力過大而引起初始變形過大；

(2) 安裝溫差較大，隨環(huán)境溫度變化、混凝土脹縮、徐變和汽車制動(dòng)力的作用引起過大剪切變形；

(3) 橋梁縱坡設(shè)計(jì)過大導(dǎo)致縱向剪切變形過大。

2.4 支座開裂

支座橡膠開裂通常以斜裂縫居多，并伴有水平裂縫，裂縫一般短而嚴(yán)密，并直接影響著支座的支承效果。產(chǎn)生開裂的原因主要包括施工中支座受力不均勻，橋梁通行后車輛長期嚴(yán)重超載使實(shí)際荷載大大超出設(shè)計(jì)量，墩臺(tái)頂有混凝土或砂土等雜物殘留，限制了支座的正常變形，此外，支座本身的質(zhì)量問題也常導(dǎo)致開裂的發(fā)生。

2.5 其他病害

(1)支座極限抗壓強(qiáng)度不夠安裝質(zhì)量較差引起支座破裂和側(cè)面波紋狀凹凸；

(2)施工過程處理不當(dāng)造成支座非正常約束。

(3) 設(shè)計(jì)方面：支座設(shè)計(jì)原則上應(yīng)考慮支座的過早損壞和使用壽命，保證梁體縱橫向的變形要求，減少附加內(nèi)力。就支座承載能力而言，支座反力大于200 kN的基本都選擇采用盆式支座，在設(shè)計(jì)上保證了支座受力范圍的合理性。

5 支座病害處置措施

支座病害處置對應(yīng)不同病害有不同處置方法，但應(yīng)綜合考慮病害情況、結(jié)構(gòu)形式和處理?xiàng)l件等因素合理選擇處理方案，主要可以從施工、設(shè)計(jì)、后期運(yùn)營管理三方面來進(jìn)行：

5.1 施工方面

施工前認(rèn)真制定防治支座脫空問題的技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施，嚴(yán)格工序，認(rèn)真做好技術(shù)交底工作，施工過程中嚴(yán)格檢查發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，主要做到：

(1)嚴(yán)格墊石施工精度，除達(dá)到強(qiáng)度要求外頂面標(biāo)高嚴(yán)格控制，確保頂面平整密實(shí)無偏斜；

(2)支座墊石調(diào)平，如梁底空間高度滿足支座厚度，只需調(diào)平墊石，超出支座厚度部分加塞鋼板調(diào)整，鋼板層數(shù)不應(yīng)超過2層；如梁底空間高度不滿足支座厚度，要將墊石鑿除至所需高速，墊石頂面勇環(huán)氧樹脂砂漿抹平；

(3)梁底鋼板調(diào)平，如梁底預(yù)埋鋼板底面不水平，要根據(jù)預(yù)埋鋼板傾斜度制作楔形鋼板，保證梁底鋼板水平。

5.2 設(shè)計(jì)方面

支座在使用一定時(shí)間后，均存在著不同程度的損傷與變形，主要表現(xiàn)為橡膠老化、抗壓彈性模量降低和剪切變形等，嚴(yán)重影響了橋梁的正常使用，而許多橋梁設(shè)計(jì)圖紙中，通常僅僅對支座的規(guī)格提出了要求，而對所選支座內(nèi)部結(jié)構(gòu)和承載力和形狀系數(shù)沒有具體要求；另外許多橋梁設(shè)計(jì)圖紙中，橡膠支座的布置存在問題，橋梁支座有固定支座和活動(dòng)支座，活動(dòng)支座有單向活動(dòng)支座和雙向活動(dòng)支座之分，實(shí)際中橋梁的縱坡和橫坡沒有進(jìn)行調(diào)整，讓支座直接放置，這將造成落梁后橡膠支座初始變形過大，造成支座局部超載，影響支座使用功能的發(fā)揮和承載能力的下降。因此設(shè)計(jì)中可考慮支座的材料特性和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，提高支座耐久性；優(yōu)化支點(diǎn)位置的構(gòu)造尺寸，充分考慮支座更換的可操作性。

5.3 后期運(yùn)營管理方面

加強(qiáng)對橋梁橡膠支座病害的檢查，對支座病害做到早發(fā)現(xiàn)、早處置，把握橡膠支座病害處置的最佳時(shí)間；加強(qiáng)橡膠支座的日常養(yǎng)護(hù)工作，及時(shí)涂油保養(yǎng)，延緩支座橡膠的老化和鋼板的銹蝕，對于較輕微的病害加強(qiáng)后期維護(hù)，對于嚴(yán)重病害采取更換支座方式，支座更換通常需要頂梁，工程量較大，有時(shí)受施工空間、結(jié)構(gòu)等條件限制，根據(jù)現(xiàn)場條件一般可采取設(shè)置臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)作為平臺(tái)；利用原有墩臺(tái)作為基礎(chǔ)加設(shè)支撐作為平臺(tái)；超薄千斤頂；利用相鄰跨作為支撐在橋面起吊T梁等方式實(shí)施橋梁支座跟換；對于脫空病害，可采用灌注環(huán)氧砂漿等進(jìn)行填充密實(shí)，提高支座受力的均勻性；對于橋梁個(gè)別支座出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題，但又難以實(shí)施更換時(shí)，可以考慮與上述方法結(jié)合，在原支座邊增設(shè)所需規(guī)格支座，改善梁體和原支座的受力性能。

6 結(jié) 語

橋梁支座是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，直接影響橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全，隨著我國高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多的支座應(yīng)用于橋梁建設(shè)，由于對公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理不善、大型重型車輛與日俱增、原有橋梁設(shè)計(jì)荷載偏低等原因，致使橋梁產(chǎn)生各種早期病害，為確保橋梁支座能夠安全、有效正常使用，加強(qiáng)橋梁支座病害分析及養(yǎng)護(hù)維修加固顯得尤為重要，作為管養(yǎng)單位在日常工作中應(yīng)嚴(yán)格按照“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，積極探索先進(jìn)養(yǎng)護(hù)技術(shù)和科學(xué)管理手段，有效確保橋梁安全，延長橋梁使用壽命。

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