高速公路盆式橡膠支座病害分析與施工方法

張景堂

（河北省高速公路青銀管理處，河北 石家莊 050023）

0 引言

“十一五”期間我國公路通車里程顯著增加，橋梁數量也隨之增多。隨著服務時間的增長，橋梁出現了使用性能變差、耐久性降低、服務壽命縮短等問題，而支座作為橋梁附屬構件的重要組成部分，對橋梁結構的安全性及正常使用起著不可忽視的作用。目前橋梁支座的病害以及由此引起的橋梁主體結構的病害最為常見。盆式橡膠支座作為一種常用支座在高速公路的使用也越來越多，其鋼板銹蝕的問題更是屢見不鮮，病害、損傷的出現嚴重影響了支座的使用性能，從而影響了橋梁的使用壽命。

1 橋梁支座種類及作用

1.1 橋梁支座的種類

橋梁支座按所用材料分為鋼支座、聚四氟乙烯支座、橡膠支座、混凝土支座及鉛支座五種。

1.2 橋梁支座的作用

支座是連接橋梁上部結構與下部結構的重要構件，其主要作用在于：

（1）將橋垮結構的支承反力傳遞給橋梁墩臺；

（2）保證橋梁在汽車荷載、溫度變化及混凝土收縮和徐變作用下能自由變形（位移和轉角）；

（3）使橋梁結構的實際受力情況與計算理論圖式相符合。

1.3 橋梁支座功能要求

橋梁支座對功能要求如下：

（1）具有足夠的承載力，以保證安全可靠地傳遞支座反力；

（2）對橋梁變形（位移及轉角）的約束盡可能小，以適應梁體自由伸縮及轉動的需要；

（3）便于安裝、養(yǎng)護和維修，并在必要時進行更換。

2 盆式支座病害分析

盆式橡膠支座病害的主要形式有鋼板銹蝕、支座錨固螺栓松動、滑動失靈等。

2.1 鋼板銹蝕

鋼構件銹蝕是盆式橡膠支座常見的病害形式之一。為提高盆式橡膠支座使用壽命，其鋼構件在出廠前應做好防腐蝕處理工作。

2.1.1 防腐蝕處理

支座鋼構件防腐蝕處理方案有兩種：一是采用鍍鋅處理，二是進行噴涂防銹蝕。采用鍍鋅處理時，鋅膜厚度應不小于25μm；采用噴涂防銹蝕時，噴涂表面應達到30～75μm，前期防腐蝕處理中的任何缺陷都會降低支座鋼構件后期抗腐蝕能力。

2.1.2 后期養(yǎng)護管理不當

支座安裝過程中勢必會對鍍鋅層或者涂裝漆層造成一定損傷。若對損傷未及時處理或處理方法不當致使損傷部位成為后期抗銹蝕薄弱部位。使用過程中，支座部位由于橋面系漏水而被雨水侵蝕或冬季使用除冰鹽產生大量鹽粒子，冰雪融水滲漏至梁體使支座鋼板遭受電化學腐蝕；灰塵堆積亦會增加銹蝕發(fā)生的幾率。后期檢查未能及時發(fā)現銹蝕部位或未對銹蝕部位及時進行處理造成銹蝕進一步發(fā)展，甚至影響支座使用性能。

2.2 錨栓松動

盆式橡膠支座上支座板與梁體連接，下支座板與墩臺頂部連接，在使用過程中承受巨大的橫向及豎向作用力，作用力的傳遞依靠連接螺栓（栓接形式），在上部荷載反復作用下錨栓容易出現松動，再加上支座安裝過程中的缺陷，錨栓連接部位就更易出現問題。

2.3 滑動失靈

滑動失靈形式有兩種：聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間滑動失靈、盆式橡膠支座及球型支座轉動失靈?；瑒邮ъ`可能是由灰塵進入滑動面造成聚四氟乙烯板嚴重磨損或者由鋼板銹蝕引起的，支座制造過程中下支座鋼盆內徑與中間鋼襯板凸緣外徑公差配合設置不當亦會影響盆式橡膠支座轉動量。

2.4 其他病害

盆式橡膠支座在使用中還可能會出現底盆開裂，造成原因可能是設計選型不正確、底盆鑄造質量差或鋼材使用不當、安裝施工措施不當等。

3 盆式支座病害成因分析

3.1 設計因素

導致盆式支座病害的設計因素有：

（1）設計時對支座材料的性能不夠了解，對支座水平位移量及轉角大小計算不準確，致使支座在使用過程中過早出現破壞；

（2）設計時對支座脫空、梁體縱坡較大等情況考慮不足；

（3）設計驗算未將支座平面尺寸、橡膠體厚度、位移量及支座抗滑性等方面綜合考慮。

3.2 安裝施工因素

導致盆式支座病害的安裝施工因素主要表現在以下幾個方面：

（1）支座墊石表面不平整或者表面標高控制不好，使支座安放后局部出現脫空或者偏壓嚴重，表面受力不均勻；

（2）支座安放時支座中心線與墩臺上的支座中心線不重合，支座就位不準確，使支座處于不利的受力狀態(tài)；

（3）落梁、支座安放過程中，操作不平穩(wěn)，使支座安放后出現偏心受壓或剪切變形；

（4）梁體有縱、橫坡時，支座上承面（梁底調坡楔塊）安放不理想，使支座出現偏壓、初始剪切變形等現象；

（5）支座安裝就位后未將支座附近的雜物清除干凈，使支座表面臟污、支座不能正?；瑒踊騻鬟f荷載，失去支座應有的作用。

3.3 后期使用及養(yǎng)護因素

導致盆式支座病害的后期使用及養(yǎng)護因素有：

（1）實際車載及交通量超出原設計車輛荷載及交通量，支座超負荷使用致使病害過早出現，使用壽命降低；

（2）支座處于橋面系下部，養(yǎng)護檢查一般不太方便，由于空間狹小實現全方位檢查也很困難，因此在養(yǎng)護檢查中容易遺漏病害，致使病害進一步發(fā)展、惡化；

（3）養(yǎng)護管理方案不夠科學，周期太長或者遺漏檢查項目。

3.4 環(huán)境作用

導致盆式支座病害的環(huán)境因素有：

（1）嚴寒或高溫、光及空氣中的臭氧對橡膠熱老化、臭氧老化的不利影響；塵土在支座周圍堆積產生有氧細菌環(huán)境，使支座橡膠發(fā)生生物老化；

（2）大氣中酸性氣體、沿海環(huán)境中的濕氣及鹽離子在支座表面附著，使支座鋼板遭受電化學侵蝕，不斷銹蝕；

（3）意外事故對支座的影響，如火災、地震等偶然作用一旦發(fā)生往往對支座產生破壞性損壞。

4 橋梁支座更換方法

支座失效后如不及時更換，在溫度變化的影響下梁端局部可能產生較大的水平力，導致梁體出現裂縫，嚴重時甚至可能導致梁體斷裂。目前支座更換施工方法主要有枕木滿布式支架法、整體頂升法、鞍型支架法及吊籃式施工四種，其中前三種方法較早開始使用，在支座更換中采用較多，一般稱為傳統(tǒng)方法；吊籃式施工為最近幾年發(fā)展起來的，但在國內幾座大橋支座更換的應用中均取得了良好的效果，值得推廣。

4.1 枕木滿布式支架法

該法是在橋跨下的地面設置枕木，以枕木為基礎設置滿布式或部分木支架至橋梁梁體處，在支架上安置千斤頂頂升梁體。適用于寬淺河枯水季，橋下凈空高度不大于3～4m，橋梁跨徑不大于4m的情況。

該法的優(yōu)點是工作設備和施工方法簡單；缺點是不適用于橋墩過高的橋梁。若橋墩過高，為保證頂升過程的安全，支架穩(wěn)定性和承載力都要提高，導致支架過于高大、工序長而不經濟，此外橋下有水或地基過于松軟的情況亦不適用，故對橋梁及環(huán)境狀況依賴較大。

4.2 整體頂升法

該法的工作原理與枕木法相似。在墩臺兩側建立頂升基礎，然后用貝雷架、槽鋼、螺栓連接成受力鋼梁，在其上安裝千斤頂。梁兩端同步整體頂升，待梁體抬升到施工高度后更換支座。適用于橋梁下部結構附近無水，橋下凈空不大于4～5m的情況。

該法對橋下通車影響不大，能滿足橋面下不中斷交通的要求。與采用大噸位千斤頂相比，無須設置過大的傳力桿及橫梁。該法的缺點是只適用于非通行河流、河水流量較小可做圍堰處理的橋梁，且對橋跨下的地基基礎要求較高，工期較長。

4.3 鞍型支架法

以上兩種頂升法均以地面為支撐基礎，用支架頂升，鞍型支架直接搭設在蓋梁上，用蓋梁本身作為支承設計成 “鞍型支架”，在其上用千斤頂頂升梁體。其施工步驟如下：先將鋼梁穿過蓋梁，兩側懸掛預先焊接好的L型掛架，在其上放置千斤頂，同時在兩側梁上加吊籃，然后在吊籃上控制千斤頂抬升梁體。該法對橋下地質、水文狀況無特殊要求，且基本不改變蓋梁的受力狀態(tài)，無需大型架設設備或桿件。

該法與傳統(tǒng)的枕木支架法和整體頂升法相比具有以下優(yōu)點：受環(huán)境限制小，不受河床地質、橋下水深和橋梁高度的限制；縮短中斷交通時間，整個操作過程都在橋下進行，起升梁時影響車輛行駛的時間短；效益較好，支架可多次重復使用，且省工省時。

4.4 吊籃式施工法

吊籃式施工方法以橋梁上部結構為支撐基礎，在梁端搭設工作平臺，千斤頂置于墩臺或蓋梁頂部，整體同步頂升。工作平臺設計計算基于杠桿原理，施工簡單方便。吊籃平面、立面及側面布置如圖1所示。

圖1 支座更換吊籃式施工吊籃布置圖

吊籃式施工方法與前三種施工方法相比，具有以下優(yōu)點。

（1）施工簡單方便。該法完全不受河床地質、橋下水深和橋梁高度的限制，且施工現場集中，便于管理。比起傳統(tǒng)的枕木滿布式支架法、整體提升法，有不受環(huán)境地域條件限制的優(yōu)越性。與鞍型支架法相比，基本不受蓋梁影響，在橋梁跨度大或跨越山谷河流時更能體現其優(yōu)越性。

（2）對道路交通影響小。吊籃在橋面上只占用路肩，施工全部在橋下進行，只需在梁體頂升時對車輛進行短暫的限速。

（3）移動拆裝方便。吊籃與橋面及防撞墻之間安裝移動腳輪，移動方便，安裝一次可完成一跨梁兩端支座的更換。拆裝順序與安裝順序相反。

（4） 提高施工工效，經濟效益好。該法對橋梁整體及各部位無任何損傷，支架可多次利用，由于縮短對交通的影響時間，因而與其他方法相比可增加社會效益。

5 支座養(yǎng)護

支座在使用期間應每年定期進行檢查?，F行《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》（JTJ 073－96）對橋梁橡膠支座日常養(yǎng)護和維修與更換有如下相關規(guī)定。

5.1 日常養(yǎng)護

日常養(yǎng)護要做到以下幾點：

（1）支座各部位應保持完整、清潔，每半年至少清掃一次，清除支座周圍的油污、垃圾，防止積水、積雪，保證支座正常工作；

（2）對鋼支座要進行除銹防腐，除鉸軸和滾動面外，其余部分均應涂刷防銹油漆；

（3）及時擰緊鋼支座各部位接合螺栓，使支承墊板平整、牢固；

（4）防止橡膠支座接觸油污引起老化、變質；

（5）滑板支座、盆式橡膠支座的防塵罩應保持完好，防止塵埃落入或雨、雪滲入支座內。

5.2 維修與更換

支座如有缺陷或產生故障不能正常工作時，應及時予以修整或更換，具體如下：

（1）當支座錨固螺栓剪斷，座板翹起、變形、斷裂時應予更換，焊縫開裂時應予整修；

（2）支座出現脫空或不均勻壓縮變形時應進行調整；

（3）支座發(fā)生過大剪切變形、中間鋼板外露、橡膠開裂、老化時應及時更換。

6 結語

本文對盆式支座病害及其成因進行了深入分析，對支座運營期間的養(yǎng)護管理有很好的借鑒使用，使養(yǎng)護人員在橋梁檢查時，對支座病害有了更加深入的認識，檢查更具有針對性。在支座更換施工中，詳細比較分析了枕木滿布式支架法、整體頂升法、鞍型支架法及吊籃式施工法四種更換施工法，并重點討論了吊籃式施工法，對支座更換施工方案進行了分析，對支座更換施工均有一定的參考作用。

[1]夏娟，奚勇，劉洪濤.橋梁支座典型病害分析及對策[J].華東公路，2008，（3）：32-34.

[2]曹蔚枝.橋梁支座更換施工及控制技術[J].山西交通科技，2007，（4）：59-61.

[3]劉靜.支頂法更換橋梁支座的施工技術[J].黑龍江交通科技，2008，（3）：62-64.