高速鐵路簡(jiǎn)支梁支座開(kāi)裂原因分析及處理措施研究

汪志飛

摘 要：支座和支座墊石在橋梁結(jié)構(gòu)中起到“承上啟下”的作用，在均勻地傳遞載荷延長(zhǎng)橋梁使用壽命方面起到了至關(guān)重要的作用。本文根據(jù)宿遷特大橋277號(hào)墩支座開(kāi)裂修補(bǔ)的工程對(duì)支座開(kāi)裂的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況詳細(xì)闡述的具體施工方案和注意事項(xiàng)，對(duì)類(lèi)似工程有一定的借鑒和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：宿遷特大橋;支座;墊石;開(kāi)裂原因;處理措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U443.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0098-02

0 引言

由橋墩支撐的橋面板易受車(chē)輛運(yùn)動(dòng)和熱膨脹的損壞。而為了延長(zhǎng)橋面的使用壽命，需要橋梁支座均勻地傳遞來(lái)自于橋面的負(fù)載和物體運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的載荷。橋梁支座是橋梁的一個(gè)部件，通常在橋墩和橋面之間提供一個(gè)支撐面。橋梁支座的目的是允許受控運(yùn)動(dòng)，從而減少所涉及的應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)可以是熱膨脹或收縮，或其他來(lái)源的運(yùn)動(dòng)，例如地震活動(dòng)。根據(jù)包括橋梁跨度在內(nèi)的許多不同因素，使用了幾種不同類(lèi)型的橋梁支座。最古老的橋梁支撐形式只是兩個(gè)彼此疊置的板?，F(xiàn)代橋梁支座的一種常見(jiàn)形式是彈性支座。其具有足夠的豎向剛度以承受來(lái)自垂直方向上的巨大荷載，能將上部結(jié)構(gòu)的反力有效地傳遞給墩臺(tái);有良好的彈性以適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng);由較大的剪切變形以滿足上部結(jié)構(gòu)的水平位移;還具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便、易于更換、建筑高度低、有隔振作用等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。

在橋面和支座之間常常設(shè)置有支座墊石，支座墊石隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)日益追求完善的趨勢(shì)下得到了越來(lái)越多的重視，其設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等方面全面得到了發(fā)展。依據(jù)《公路工程質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTJF801-2012中的規(guī)定，將支座墊石列為橋梁工程中單元工程的基礎(chǔ)以及下部結(jié)構(gòu)，并且支座墊石還是分部工程中一個(gè)重要的單獨(dú)分項(xiàng)工程，由此可見(jiàn)其重要性。支座墊石屬于連接部分，其作用是連接橋臺(tái)、墩頂部以及支座，支座墊石一般都是使用混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑得到。因此支座墊石擁有混凝土的獨(dú)特之處，其體積較小，受力較大，并且應(yīng)力相對(duì)集中，分布的鋼筋密集，同時(shí)對(duì)施工精度要求較高。支座墊石有著十分重要的作用，主要原因有三點(diǎn)：首先，如支座受外界影響發(fā)生變形或破壞時(shí)，需對(duì)彈性支座進(jìn)行更換，支座墊石的存在可以在定期更換支座時(shí)提供必要的空間，以便放置千斤頂從而進(jìn)行支座的更換。其次，橋梁支座連接著橋梁組成的各個(gè)構(gòu)件，起到傳遞載荷的作用，在各個(gè)構(gòu)件連接處，應(yīng)力組成十分復(fù)雜，會(huì)存在應(yīng)力集中的地方，容易造成損壞，形成危險(xiǎn)源。而支座墊石可以作為過(guò)渡構(gòu)件可以平緩均勻地傳遞載荷，從而降低危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)。最后，由于支座墊石以上的作用使其成為了支撐橋面板的主要載體，位于橋梁上下部結(jié)構(gòu)銜接的重要位置，屬于橋梁不可或缺的組成部分，并且支座墊石在施工階段可以起到調(diào)整橋墩和橋面板之間因種種原因引起的誤差和偏差，即支座墊石可以起到調(diào)整橫坡的作用[3-4]。

因此，當(dāng)支座及其墊石出現(xiàn)損壞時(shí)需要分析破損原因及處理措施，本文通過(guò)工程實(shí)例對(duì)支座墊石破損原因和處理措施進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 工程概況和原因分析

1.1 工程概況

新建徐鹽鐵路站前工程XYZQ-Ⅳ標(biāo)宿遷特大橋起止樁號(hào)DK119+213.850-DK133+105.100，全長(zhǎng)13891.25m，含6座連續(xù)梁，簡(jiǎn)支梁399榀，宿遷特大橋277號(hào)墩墊石在架梁過(guò)程中發(fā)現(xiàn)破裂現(xiàn)象，需對(duì)墊石進(jìn)行修補(bǔ)。277號(hào)墩支座采用TJQZ球型鋼支座，支座噸位5000 kN，墩頂小里程側(cè)布置2個(gè)固定支座，大里程側(cè)布置2個(gè)縱向活動(dòng)支座。墊石混凝土標(biāo)號(hào)為C40，墊石設(shè)計(jì)尺寸240×120×35cm。鋼筋直徑φ12mm鋼筋采用HRB400，直徑φ8mm鋼筋采用HPB300。

1.2 支座墊石損壞情況及原因分析

支座墊石損壞情況如圖1所示。該支座墊石有一個(gè)拐角部位混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂脫落，局部開(kāi)裂進(jìn)入支座鋼板錨栓處。

支座墊石出現(xiàn)損壞的原因有很多，主要有以下幾個(gè)方面：支座墊石在施工過(guò)程中出現(xiàn)了軸線上的偏移;支座墊石與臺(tái)帽之間，以及支座墊石與蓋梁之間結(jié)合得不夠緊密，產(chǎn)生了水平上的滑動(dòng);支座墊石上鋪設(shè)的鋼板與支座墊石之間結(jié)合不緊密，存在空洞或者氣泡;支座墊石強(qiáng)度不夠，支座混凝土出現(xiàn)了開(kāi)裂或者裂縫，以及蜂窩和麻面等情況;支座墊石尺寸不合適，即支座墊石頂面高程存在較大誤差，導(dǎo)致支座呈現(xiàn)懸空。除以上幾點(diǎn)外，支座墊石厚度、保護(hù)層厚度偏大以及預(yù)留錨栓孔深度不足，頂面四角高差超過(guò)1cm，支座墊石存在表面不平整，棱角線不平直以及支座墊石露筋和鋼筋加工不達(dá)標(biāo)，以及現(xiàn)場(chǎng)管理不善，技術(shù)人員責(zé)任心不強(qiáng)等。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的具體分析，本次支座墊石破損的主要由于現(xiàn)場(chǎng)管理不善和技術(shù)人員的懈怠導(dǎo)致支座混凝土保護(hù)層偏大，混凝土的強(qiáng)度不夠。

2 修補(bǔ)方案的實(shí)施

2.1 準(zhǔn)備工作

將277號(hào)墩墩頂處箱梁防落梁擋塊拆除，與277號(hào)墩相鄰的276號(hào)墩和278號(hào)墩處箱梁防落梁擋塊現(xiàn)場(chǎng)已安裝完成，不需進(jìn)行拆除。在箱梁端部每個(gè)橫向防落梁擋塊預(yù)埋件下設(shè)置2臺(tái)千斤頂（每個(gè)千斤頂噸位為200t），每臺(tái)千斤頂頂部設(shè)置2cm厚的鋼板與箱梁底部防落梁擋塊預(yù)埋鋼板緊密貼合。277號(hào)墩大、小里程和左、右側(cè)一共布置8臺(tái)千斤頂。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工人員與技術(shù)人員及時(shí)溝通，建立起高效及時(shí)的溝通反饋機(jī)制。

2.2 具體施工

在頂升作業(yè)之前，為了方便觀察整個(gè)頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)，需要進(jìn)行試頂升試驗(yàn)。在頂升之前應(yīng)將千斤頂進(jìn)行校核并將支座下鋼板地腳螺栓解除。在頂升期間需要安排測(cè)試人員進(jìn)行箱梁頂面高程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，觀測(cè)高程變化情況并及時(shí)反饋。首先試頂升升高3mm，再將其他千斤頂同步提升3mm，千斤頂?shù)纳咚俣炔荒艹^(guò)1mm/min，鎖緊液壓閥，測(cè)試人員檢查系統(tǒng)有無(wú)漏油等異常情況，如有異常情況應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行反饋。最后收回千斤頂，測(cè)試人員檢測(cè)箱梁回落的情況，如發(fā)現(xiàn)異樣也應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行反饋。

試頂升順利完成后進(jìn)行正式的頂升，整個(gè)頂升過(guò)程應(yīng)當(dāng)保持位移同步誤差小于1mm并且任何一缸的壓力誤差必須小于平均值的5%，一旦超過(guò)限值，應(yīng)當(dāng)立即關(guān)閉控制系統(tǒng)中的液控單向閥，以確保梁體安全，起頂高度高出設(shè)計(jì)標(biāo)高3mm-5mm后鎖定千斤頂，具體高度視現(xiàn)場(chǎng)施工需求而定。根據(jù)支座設(shè)計(jì)技術(shù)的參數(shù)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.02rad，支座設(shè)計(jì)調(diào)高量為20mm，千斤頂起頂高度高出設(shè)計(jì)標(biāo)高3mm-5mm即認(rèn)為符合設(shè)計(jì)要求。正式頂升過(guò)程中，支座下鋼板采用臨時(shí)約束與支座上鋼板連接，與梁體同時(shí)頂升。頂升完成后，使用鋼板及鋼楔子進(jìn)行臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐放置在千斤頂旁。

修補(bǔ)工作首先需要將墊石混凝土鑿除，鑿除采用風(fēng)鎬逐步鑿除。鑿除時(shí)要注意保護(hù)原有墊石鋼筋，不得隨意切割。之后再進(jìn)行鋼筋綁扎，按照墊石鋼筋加固圖紙要求綁扎焊接墊石鋼筋，由于現(xiàn)有墊石鋼筋保護(hù)層厚度偏厚，在現(xiàn)有墊石鋼筋基礎(chǔ)上進(jìn)行綁扎安裝墊石補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，確保墊石鋼筋保護(hù)層厚度在60mm。

將破損的墊石混凝土鑿出后，進(jìn)行墊石混凝土的澆筑，即在墊石外側(cè)制安墊石側(cè)模，混凝土用輸送車(chē)送至橋下后，放入小料斗，人工用麻繩起吊混凝土入模，振搗采用30型振動(dòng)棒振搗，澆筑C40混凝土并覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)不少于7天，養(yǎng)護(hù)時(shí)在墩頂設(shè)置養(yǎng)護(hù)水桶進(jìn)行滴灌養(yǎng)護(hù)。待墊石混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行支座的安裝，支座的安裝采用重力灌漿法進(jìn)行安裝。在支座安裝前對(duì)支座墊石頂面進(jìn)行鑿毛清理，清除浮漿，使其露出75%以上新鮮混凝土面，發(fā)現(xiàn)混凝土質(zhì)地均勻，漿體飽滿并且表面無(wú)氣泡，外觀上也可以判斷出混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求。然后將支座墊石預(yù)留錨栓孔清理干凈，用水將支座墊石表面濕潤(rùn)，灌漿模板采用鋼模，固定在支座墊石頂面，灌漿模板布置如圖2所示。

支座就位后，將277號(hào)墩墩頂千斤頂回落，使梁頂達(dá)到設(shè)計(jì)高程后鎖定千斤頂。支座下座板與支座墊石頂面之間留有20-30mm的空隙，以便灌注無(wú)收縮高強(qiáng)度灌注材料，灌漿材料采用抗壓強(qiáng)度不低于50MPa的灌漿料，灌漿材料施工質(zhì)量符合《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010）第9.9.6條至第9.9.13條的規(guī)定。施工采用重力灌漿方式，灌漿過(guò)程從支座中心部位向四周注漿，直至從模板與支座底板周邊間隙觀察到灌漿料全部灌滿為止。最后待灌漿料強(qiáng)度達(dá)到20 MPa后，拆除千斤頂。

3 施工注意事項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)有一些注意事項(xiàng)對(duì)于施工效果和現(xiàn)場(chǎng)施工的安全起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)總結(jié)如下：

（1）在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)主管必須全程在場(chǎng)把控，協(xié)調(diào)調(diào)度;（2）施工時(shí)不得造成支座和防落梁擋塊外觀的破損;（3）施工時(shí)不得污染現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物;（4）現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)材料需提前準(zhǔn)備，混凝土初凝后應(yīng)當(dāng)及時(shí)養(yǎng)護(hù);（5）現(xiàn)在作業(yè)人員需佩戴安全帽、安全帶;（6）現(xiàn)場(chǎng)用電采用發(fā)電機(jī)發(fā)電，需加強(qiáng)用電安全管理，避免觸電事故的發(fā)生;（7）鑿除混凝土塊，應(yīng)清理至指定區(qū)域，注意高空墜物管理，防止傷人;（8）為防止千斤頂出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有備用千斤頂，備用千斤頂不得少于3個(gè);（9）施工時(shí)應(yīng)有專(zhuān)職安全員進(jìn)行防護(hù)，確保施工安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)新建徐鹽鐵路站前工程XYZQ-Ⅳ標(biāo)宿遷特大橋277號(hào)架梁過(guò)程中發(fā)現(xiàn)墊石存在的破裂現(xiàn)象，進(jìn)行了詳細(xì)地分析，從材料到施工逐一排查，最后結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)本次支座墊石破損的主要原因是保護(hù)層太厚導(dǎo)致的強(qiáng)度不足，現(xiàn)場(chǎng)管理不善和技術(shù)人員的懈怠導(dǎo)致支座混凝土的強(qiáng)度不夠。然后詳細(xì)地介紹了對(duì)破損支座墊石的現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)方案及措施。最后對(duì)施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了介紹。

本文結(jié)合實(shí)際工程施工對(duì)支座墊石的破損原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，介紹了具體施工的方案和注意事項(xiàng)，對(duì)其他類(lèi)似支座及支座墊石的修補(bǔ)防護(hù)工程起到了一定的參考作用。

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