橋梁結(jié)構(gòu)不同類型支座的現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)分析

馬 蘭

（青海民族大學(xué)，青海 西寧 810007）

支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵受力構(gòu)件，將上部結(jié)構(gòu)荷載平穩(wěn)安全地傳遞給下部墩柱和索塔，使得荷載進(jìn)一步傳遞到橋梁地基基礎(chǔ)中。橋梁結(jié)構(gòu)支座類型眾多，根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式主要分為板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形支座等主要類型，這些支座的構(gòu)造方式不同，其力學(xué)機(jī)理和連接上下部結(jié)構(gòu)的主要方式也不同[1-2]，所應(yīng)用的橋梁跨徑也有所差異，同時(shí)其施工技術(shù)方法和要點(diǎn)也不同[3]。

為了明確不同支座在建設(shè)過(guò)程中的施工建造技術(shù)，需要掌握支座類型的力學(xué)機(jī)理和構(gòu)造特點(diǎn)，本文將系統(tǒng)研究板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形支座等主要支座類型，歸納其工作機(jī)理和施工技術(shù)要點(diǎn)，為這些支座的應(yīng)用提供參考。

1 橋梁支座類型及其工作機(jī)理

橋梁應(yīng)用廣泛的支座類型是板式橡膠支座、盆式橡膠支座和球形支座，這幾種支座類型基本涵蓋了所有跨徑和所有橋型的應(yīng)用，以下也主要對(duì)這3種支座類型的構(gòu)造特點(diǎn)及工作機(jī)理進(jìn)行分析，從而掌握這些支座在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的難點(diǎn)與要點(diǎn)。

1.1 板式橡膠支座

板式橡膠支座是由數(shù)層橡膠薄片與薄層鋼板進(jìn)行鑲嵌、黏合及壓制制造而成，如圖1所示，板式橡膠支座顯然有足夠的豎向剛度和承受豎向荷載的能力，將上部結(jié)構(gòu)荷載可靠安全地傳遞給下部墩柱結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于橡膠的存在，支座又有很好的豎向彈性變形能力，能夠適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載作用下梁體在支座處的轉(zhuǎn)角變形；分層壓制的鋼板與橡膠具有很好的剪切變形以滿足上部結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的水平變形能力。

圖1 板式橡膠支座的構(gòu)造示意圖

通過(guò)對(duì)板式橡膠支座的構(gòu)造特點(diǎn)與工作機(jī)理的分析，可知該結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，橡膠與薄鋼板之間的鑲嵌、黏合與壓制等工藝簡(jiǎn)單，加工制造方便，同時(shí)用鋼量較少，成本較好，且該支座結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的安裝工藝不復(fù)雜。板式橡膠支座由于其體量和豎向承載力，主要還是適用于中小跨徑橋梁，包含公路、鐵路和城市道路橋梁結(jié)構(gòu)，我國(guó)公路橋梁規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)跨徑20 m以內(nèi)的梁橋和板橋，主要采用板式橡膠支座，因其適用的支座反力大小主要在2 MN以下，大于該數(shù)值采用板式橡膠支座則不經(jīng)濟(jì)。

板式橡膠支座的工作性能與其所采用的橡膠材料高度相關(guān)，目前板式橡膠支座所采用的橡膠材料主要有氯丁橡膠、天然橡膠和三元乙丙丁橡膠，其中氯丁橡膠的耐老化性能好且耐熱性、耐油性相對(duì)天然橡膠均較好，因而其使用壽命比天然橡膠高，重要的橋梁結(jié)構(gòu)都建議采用氯丁橡膠類型的支座。然而，氯丁橡膠的低溫性能較差，一般只能應(yīng)用于最低溫度大于-25℃的環(huán)境，而天然橡膠的低溫下限是-40℃，因此，在上述溫度范圍內(nèi)的橋梁建設(shè)，采用天然橡膠較為合適。三元乙丙丁橡膠則同樣具有優(yōu)異的耐低溫和耐老化特性，但其與鋼板的黏結(jié)性能相對(duì)較差，這也是限制其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵難題。

為了提高板式橡膠支座相應(yīng)的變形能力，很多新型板式橡膠支座子類開(kāi)始研發(fā)應(yīng)用，其中聚四氟乙烯板式橡膠支座可以極大改善板式橡膠支座在平面內(nèi)的移動(dòng)性能，圓型板式橡膠支座則可以改善其轉(zhuǎn)動(dòng)性能并方便維修，球形板式橡膠支座則改善支座受力不均勻及偏壓受力問(wèn)題，這些新開(kāi)發(fā)的支座類型都是在原有的板式橡膠支座基礎(chǔ)上進(jìn)行某一方面的改良與完善，適用具體情況下的橋梁支座受力與變形性能。

1.2 盆式橡膠支座

盆式橡膠支座由上下支座板及支座錨栓、中間襯板及不銹鋼板、聚四氟乙烯板、橡膠板和橡膠密封圈等構(gòu)造形成，其中上下支座板提供盆式橡膠支座的平面接觸受力，例如梁體底板為斜面和曲面時(shí)，可以通過(guò)支座板調(diào)整為平面；橡膠密封圈等為橡膠板提供密封功能，防止水汽傾入影響橡膠的工作性能；聚四氟乙烯板提供橡膠與支座之間的釋放變形，由于聚四氟乙烯板良好的滑動(dòng)性能，當(dāng)要釋放某一方向的約束時(shí)，采用聚四氟乙烯板可以很好地達(dá)到上述效果；橡膠板是支座中承載與變形受力的主體，通過(guò)橡膠板的變形，使得梁段轉(zhuǎn)動(dòng)釋放。

圖2 盆式橡膠支座的構(gòu)造示意圖

盆式橡膠支座構(gòu)造簡(jiǎn)單，采用聚四氟乙烯板后支座的滑動(dòng)摩擦系數(shù)小、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。相對(duì)于一般的鑄鋼支座具有重量輕、建筑高度低以及加工制作方便等優(yōu)勢(shì)；相對(duì)于板式橡膠支座，其具有承載能力更大，允許支座的變形更大等優(yōu)勢(shì)，因此其能夠用于大跨徑橋梁中。一般而言，盆式橡膠支座能夠適應(yīng)1 MN以上的大跨徑橋梁，并可以制作成單向、多向和固定的支座類型。

1.3 球形支座

球形支座是在盆式支座上發(fā)展而來(lái)的新型支座類型，主要是面向更大轉(zhuǎn)角要求的支座類型，同時(shí)也是目前板式和盆式橡膠支座的補(bǔ)充和完善。球形支座一般設(shè)計(jì)能夠達(dá)到0.01～0.02 rad的轉(zhuǎn)角，甚至可以達(dá)到0.05 rad，且其設(shè)計(jì)支座反力也可達(dá)1～30 MN，應(yīng)用非常廣泛。球形支座良好的變形能力特別適用于彎橋和寬橋的設(shè)計(jì)與施工中。

圖3 球形支座的構(gòu)造示意圖

球形支座由下支座凹形鋼板、密封板、球面板、聚四氟乙烯板和上支座鋼板組成，其中上下支座鋼板與盆式橡膠支座的上下層鋼板功能相同，都是提供支座的平面受力承載基礎(chǔ)；密封板則是保護(hù)球面連接體，防止水汽和油滲入影響支座的工作性能；聚四氟乙烯板則是提供變形性能的基礎(chǔ)，因其摩擦系數(shù)很小，變位容易；球面板提供了支座的各向轉(zhuǎn)動(dòng)性能，因此其轉(zhuǎn)角范圍顯著高于普通的板式和盆式橡膠支座。通過(guò)對(duì)球形支座的構(gòu)造約束，可以將其制造形成單向、多向和固定活動(dòng)支座類型。

球形支座通過(guò)球面進(jìn)行傳力，因此上部結(jié)構(gòu)荷載作用到球面支撐混凝土上的反力分布較為均勻，不會(huì)出現(xiàn)作用集中問(wèn)題；球形支座的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩很小，特別適用于大轉(zhuǎn)角要求的橋梁結(jié)構(gòu)，而且球面的各向轉(zhuǎn)動(dòng)性能一致，適用于曲線橋和寬幅橋梁，且可以通過(guò)約束某一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)該方向變位的約束效應(yīng)。球形支座內(nèi)部不采用橡膠，因此不存在橡膠老化、變硬等問(wèn)題，可以適用于低溫和高溫環(huán)境等。球形支座在我國(guó)的應(yīng)用主要在上述提及的曲線橋梁、連續(xù)彎板結(jié)構(gòu)和大跨徑斜拉橋等結(jié)構(gòu)型式。

2 橋梁支座的施工技術(shù)與要點(diǎn)分析

橋梁支座都需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝完整后的支座提供了支座的承載和變形受力性能。根據(jù)上述3種主要支座類型，其施工技術(shù)與要點(diǎn)的分析詳述如下。

2.1 板式橡膠支座的施工

板式橡膠支座的安裝包含安裝準(zhǔn)備工作、支座安裝兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2.1.1 安裝準(zhǔn)備工作

支座安裝前需要對(duì)支座產(chǎn)品的性能進(jìn)行檢查，確保達(dá)到支座出廠的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，因此需要掌握支座的出廠指標(biāo)和檢查標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品不能安裝采用。

支座安裝前需要對(duì)支撐墊石施工完畢，墊石性能直接影響支座的工作性能，支撐墊石的混凝土強(qiáng)度應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)的要求，特別是支撐墊石的頂面標(biāo)高和平整度等都要嚴(yán)格要求，一般要求誤差不超過(guò)3 mm，避免安裝支座發(fā)生傾斜、不均勻受力和脫空等問(wèn)題。

支座安裝前需要對(duì)橋墩、支座墊石和梁底面進(jìn)行清理，并且采用水泥砂漿進(jìn)行抹平，確保支座的平整性。涂抹用的水泥砂漿水灰比小于1∶2，且水泥和砂的比例要求為1∶3，抹漿后頂面標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。

2.1.2 支座安裝環(huán)節(jié)

根據(jù)設(shè)計(jì)給定的支座中心位置，在支撐墊石上安裝支座各個(gè)部件，板式橡膠支座的準(zhǔn)確安裝需要確保支座中心線與支撐墊石的中心線重合在一起，考慮到橡膠受到溫度影響的收縮變形問(wèn)題，支座的安裝應(yīng)該盡可能在年平均氣溫的季節(jié)里，且在一天中溫度變化不敏感的時(shí)間點(diǎn)，降低因?yàn)闇囟茸兓鸬南鹉z變形以及支座的剪切變形問(wèn)題。支座安裝過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)墩臺(tái)兩側(cè)的標(biāo)高不相同，或者順橋向與橫橋向有明顯縱坡時(shí)，應(yīng)該按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行處理，使得支座的受力和變形在平面內(nèi)。一般要求支座的間隙偏差在0.3 mm以內(nèi)，支座的軸線偏差在2 mm以內(nèi)。

支座安裝完成以后需要對(duì)支座內(nèi)部預(yù)設(shè)的間隙進(jìn)行灌漿處理，固定支座的位置，使得后期的運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中支座性能良好，不出現(xiàn)位置偏差引起受力集中和橡膠破壞等系列問(wèn)題。

2.2 盆式橡膠支座的施工

盆式橡膠支座的施工大部分情況下與板式橡膠支座的施工內(nèi)容相同，在此基礎(chǔ)上，還需要對(duì)以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量把控，保證盆式橡膠支座的安裝質(zhì)量。

首先，墩臺(tái)上設(shè)置的支座支撐墊石，其標(biāo)高需要考慮預(yù)埋的支座下鋼板的厚度，或者在支撐墊石上預(yù)留一定的厚度安裝下支撐板，并將支撐下鋼板采用環(huán)氧砂漿黏結(jié)于支撐墊石內(nèi)。

其次，支座下鋼板與球面板、聚四氟乙烯板等均應(yīng)該中心線重合放置，為了防止施工中中心線的偏移，需要設(shè)置臨時(shí)固定措施，確保施工建設(shè)的質(zhì)量。

再則，梁底預(yù)埋的支座上鋼板應(yīng)該與聚四氟乙烯板連接緊密，特別是在安裝過(guò)程中需要確保表面清潔，同時(shí)需要在四氟板表面上涂抹硅脂油。注意應(yīng)該將不銹鋼板嵌入梁底的上鋼板內(nèi)部，或者采用不銹鋼螺釘直接固定在上鋼板上。

最后，在梁體預(yù)應(yīng)力施工完成，二期鋪裝之前，拆除支座的臨時(shí)固定裝置，并安裝支座的防塵防污染裝置。

2.3 球形支座的施工

球形支座相對(duì)于前述的板式和盆式橡膠支座，其施工中需要注意以下關(guān)鍵要點(diǎn)：

a）支座出廠前需要提出球形支座的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角和位移，為方便廠家的施工制造，并預(yù)先調(diào)配好。

b）球形支座所涉及的連接螺栓較多，在支座安裝前應(yīng)該確保不能任意轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)連接螺栓及拆卸支座部件。

c）如果支座安裝采用螺栓連接，應(yīng)該在下支座底板采用鋼楔塊調(diào)整水平，使得支座底面高出橋墩頂面2～5 cm；如果采用焊接連接，應(yīng)該將支座對(duì)準(zhǔn)定位后采用對(duì)接間斷焊接，焊接中應(yīng)防止燒傷支座和混凝土。

球形支座的安裝應(yīng)該確保水平和平整，一般要求支撐面的4個(gè)角高差不大于2 mm。為了使得預(yù)應(yīng)力施加效果，應(yīng)該在張拉預(yù)應(yīng)力前將球形支座的上下連接鋼板拆除，以防其約束梁段轉(zhuǎn)動(dòng)；在拆除連接鋼板后及時(shí)安裝防塵等裝置。

3 結(jié)論

橋梁支座類型眾多，不同支座的工作原理、應(yīng)用范圍和施工技術(shù)都存在差異。論文主要探討了板式橡膠支座、盆式橡膠支座和球形支座的工作特點(diǎn)與機(jī)理，并對(duì)其施工技術(shù)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)探討分析，為這些支座類型的正確應(yīng)用和安全使用提供參考。