公路橋梁橡膠支座應(yīng)用及常見病害分析

蘇 南

（福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福州 350007）

1 引言

公路橋梁支座是橋梁結(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。 橋梁支座的作用主要有三個(gè)方面： 一是將上部構(gòu)造恒載和活載可靠地傳遞給墩臺(tái),并同時(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；二是適應(yīng)溫度、濕度等環(huán)境變化引起的結(jié)構(gòu)脹縮變形；三是阻抗風(fēng)力、地震波等引起的結(jié)構(gòu)平移,減輕震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。 使上下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況符合設(shè)計(jì)計(jì)算圖式。

近20 年來(lái)橡膠支座由于具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、 加工方便、節(jié)省鋼材、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)高度小、安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)得以廣泛應(yīng)用,其質(zhì)量?jī)?yōu)劣和工作應(yīng)力直接影響著支座的作用、 功能和橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠度與使用壽命。 目前在橋梁工程使用中橡膠支座已基本取代了剛性支座。

根據(jù)交竣工檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn), 幾乎每條高速公路上的橡膠支座都有不同程度的破壞, 使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命, 目前還發(fā)現(xiàn)未通車的在建橋梁的橡膠支座安裝后就大量損壞。

本文通過分析公路橋梁橡膠支座類型及構(gòu)造特點(diǎn),結(jié)合福建省某條高速公路及若干條二級(jí)公路共計(jì)265 座新建橋梁的檢查結(jié)果, 探討橡膠支座主要病害的成因,提出合理的處治方法。

2 公路橋梁橡膠支座類型及構(gòu)造特點(diǎn)

公路橋梁橡膠支座分為板式橡膠支座、 四氟乙烯板式滑動(dòng)支座、球冠式橡膠支座、盆式橡膠支座和球型橡膠支座等類型。 各類型橡膠支座構(gòu)造特點(diǎn)如下：

2.1 板式橡膠支座

板式橡膠支座有圓形、矩形、四氟板式等幾種類型。它是由多層橡膠片與薄鋼板鑲嵌,經(jīng)粘合、壓制而成,其功能是以橡膠的彈性壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)豎向變位, 以橡膠塊的剪切變形來(lái)實(shí)現(xiàn)水平位移、轉(zhuǎn)角和因溫差而引起的變形,并可吸收部分行車引起的振動(dòng)。

板式橡膠支座不存在活動(dòng)和固定之分, 由于允許水平位移量較小, 這種形式的支座只適用于較小的跨徑,一般不超過20m。

2.2 四氟乙烯板式滑動(dòng)支座

四氟乙烯板式滑動(dòng)支座是在板式支座頂層粘貼一層平面尺寸與板式支座相同、厚度為2～4mm 的四氟乙烯薄膜,同時(shí)在梁底面設(shè)置一層不銹鋼板與其作相對(duì)移動(dòng)。

該類型支座除具有板式支座的功能外, 還能滿足較大水平位移的要求。 這種支座適用于較大跨徑,如簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)梁和多跨連續(xù)梁橋。

2.3 球冠式橡膠支座

球冠式橡膠支座是在板式橡膠支座上頂面形成高4～10mm 高度不等的球面構(gòu)造, 具有平面上保持各向同性,形成均勻傳力性能。

球冠式支座具有安裝方便,適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),同時(shí)也能解決一般板式支座在安裝時(shí)所產(chǎn)生的偏壓和脫空現(xiàn)象。其不僅適用于一般橋梁,更適合于跨徑較大,縱坡較陡的橋梁。

2.4 盆式橡膠支座

盆式橡膠支座是由鋼構(gòu)件與橡膠組成的橋梁支座。其在盆內(nèi)底板放一塊受壓的橡膠板, 密封于鋼盆中的橡膠在三向受力狀態(tài)下產(chǎn)生反力,承受垂直荷載,利用橡膠的彈性滿足橋梁的轉(zhuǎn)動(dòng), 同時(shí)通過上支座板的不銹鋼板與四氟乙烯板的自由滑動(dòng),完成橋梁上部的水平位移。

盆式橡膠支座具有承載力大,水平位移量大,轉(zhuǎn)動(dòng)靈活等特點(diǎn),適宜大跨徑橋梁的要求。

2.5 球型橡膠支座

球型橡膠支座有固定和活動(dòng)支座兩種, 是在盆式橡膠支座基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的。 該支座的轉(zhuǎn)角是通過球冠襯板與球面氟板之間的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

球型支座傳力可靠,轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。 它不僅具備盆式橡膠支座承載能力大,允許位移大等特點(diǎn),而且適應(yīng)支座大轉(zhuǎn)角的需要。 該支座主要適用于彎橋、坡橋和大跨度橋梁。

3 公路橋梁橡膠支座常見病害、 原因分析及整改方法

本次檢查是對(duì)福建省若干條公路的新建橋梁交工驗(yàn)收檢查及竣工后一年的定期檢查, 共檢查橋梁265 座,其中特大橋5 座、大橋75 座、中橋115 座、小橋70 座。主要為裝配式梁橋和連續(xù)箱梁橋, 所有橋梁幾乎都采用板式橡膠支座和盆式橡膠支座, 其中板式橡膠支座主要存在支座脫空和支座開裂現(xiàn)象。 盆式橡膠支座總體狀況良好,部分支座鋼盆處輕微銹蝕,具體病害有以下幾種：

3.1 支座脫空

支座脫空有完全脫空、 局部脫空和支座被壓碎而形成的脫空, 檢查發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部分橋梁的橡膠支座存在局部脫空現(xiàn)象,個(gè)別位置未放置支座,典型病害見圖1,圖2。

圖1 現(xiàn)澆段底用石塊填充

圖2 支座橡膠體脫空

該病害主要是由施工不當(dāng)引起的, 即在安裝支座時(shí)支承墊石或梁底不平整, 或者每片梁兩端墊石面高差過大, 而個(gè)別點(diǎn)未放置支座的情況則是施工中絕對(duì)不允許出現(xiàn)的。

整改上述病害的方法為對(duì)局部脫空30% 以上的支座進(jìn)行調(diào)整,主要采用鋼板進(jìn)行墊實(shí)、墊平。 對(duì)支座缺失的位置應(yīng)盡快安裝合適的支座。

3.2 支座開裂

部分支座出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,有水平裂縫和斜裂縫,以斜裂縫居多,裂縫短而密。 典型病害見圖3,圖4。

該病害主要是由施工不當(dāng)造成支座受力不均, 個(gè)別支座受力過大而產(chǎn)生開裂。支座本身存在缺陷。實(shí)際活載可能超過設(shè)計(jì)荷載。墩臺(tái)頂有殘留混凝土垃圾、砂土等雜物限制了支座的正常變形。 整改上述病害的方法為更換支座。

圖3 支座橡膠體水平裂縫

圖4 支座橡膠體斜裂縫

3.3 支座銹蝕

部分橡膠支座鋼盆表面有銹蝕現(xiàn)象, 板式支座的鋼墊板普遍存在銹蝕現(xiàn)象,典型病害見圖5,圖6。

圖5 板式支座鋼墊板銹蝕

圖6 板式支座上下鋼墊板銹蝕

該病害主要是支座防腐、防銹處理質(zhì)量不高,對(duì)墩臺(tái)處防水裝置的缺陷未及時(shí)處理, 使支座或鋼板受雨水侵蝕而銹蝕。

處治上述病害的方法為及時(shí)對(duì)防水裝置的缺陷進(jìn)行處理；對(duì)橡膠支座應(yīng)經(jīng)常清掃污水,排除墩臺(tái)積水；對(duì)鋼墊板進(jìn)行噴漆以防銹蝕；對(duì)表面銹蝕的盆式支座,應(yīng)進(jìn)行除銹防腐處理；個(gè)別銹蝕特別嚴(yán)重的支座應(yīng)進(jìn)行更換。

3.4 其他病害

除上述常見病害之外, 板式橡膠支座還存在支座墊石破損、鋼墊板錯(cuò)位、支座偏位、支座處雜物堆積等病害；盆式橡膠支座還存在支座螺母松動(dòng)、 支座限位鋼條未解除、防塵罩缺失等病害,典型病害見圖7,圖8。

圖7 支座偏位

圖8 盆式支座限位鋼條未解除

產(chǎn)生這些病害的原因主要有：

(1)砂漿填充不密實(shí),砂漿強(qiáng)度不夠,吊裝時(shí)的碰撞等是造成墊石破損的主要原因。

(2)安裝支座時(shí)定位不準(zhǔn)是造成支座偏位的主要原因。

(3)施工的疏忽是造成支座限位鋼條未解除、防塵罩缺失、鋼墊板錯(cuò)位的主要原因。

(4)日常維護(hù)的疏忽造成了支座處雜物堆積、支座螺母松動(dòng)等諸多病害。

上述病害的整改方法為：墊石破損處加以修補(bǔ),鋼墊板錯(cuò)位、支座偏位嚴(yán)重者應(yīng)重新調(diào)整,支座處雜物予以清除,松動(dòng)螺母重新緊固,限位鋼條未解除的及時(shí)解除,防塵罩缺失的加以修補(bǔ)。

4 公路橋梁橡膠支座工程技術(shù)建議

當(dāng)前的在建項(xiàng)目基本上都使用橡膠支座, 需要重視橡膠支座產(chǎn)品質(zhì)量, 保證橡膠支座有20～30 年的使用壽命。 進(jìn)而提出公路橋梁橡膠支座工程技術(shù)建議如下：

(1)橡膠支座進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后,監(jiān)理部門和施工單位應(yīng)嚴(yán)格抽樣檢驗(yàn),并按規(guī)范要求送檢,收到檢驗(yàn)報(bào)告合格后方可使用。 并利用抗剪粘結(jié)性能與老化后抗剪的交叉試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)支座是否含有再生膠。

(2)在安裝支座過程中,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙逐一對(duì)支座的品種、規(guī)格、質(zhì)量進(jìn)行核對(duì),并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙核對(duì)固定墩和活動(dòng)墩上的固定支座和活動(dòng)支座的數(shù)量和位置。

(3)支座安裝必須保證兩個(gè)面水平、接觸密實(shí)?；顒?dòng)支座表面在安裝前要清洗干凈, 對(duì)四氟乙烯板保護(hù)要嚴(yán)密,不許有灰塵雜質(zhì)進(jìn)入。

(4)支座安裝前應(yīng)先將墊石頂面清理干凈,然后在墊石上采用環(huán)氧樹脂砂漿找平、坐漿,將支座及時(shí)安放在砂漿上,并采用水平尺檢查支座的水平度,確保支座頂面水平。

(5)嚴(yán)格按照養(yǎng)護(hù)規(guī)范對(duì)橋梁進(jìn)行定期檢查,以便及早、及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害,對(duì)出現(xiàn)病害的橋梁支座應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行治理,并針對(duì)不同的病害程度采取不同的維修措施。

(6)加強(qiáng)對(duì)公路橋梁運(yùn)營(yíng)的管理,嚴(yán)禁貨車客車超載超速。

5 結(jié)語(yǔ)

橡膠支座對(duì)于橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展起到很大推動(dòng)作用,但目前橡膠支座應(yīng)用還存在較大質(zhì)量隱患。

公路橋梁橡膠支座質(zhì)量問題發(fā)生在應(yīng)用過程中,還需要支座生產(chǎn)、 橋梁設(shè)計(jì)和施工安裝各過程都要引起高度重視才能確保應(yīng)用質(zhì)量。 同時(shí)還需加大試驗(yàn)檢測(cè)力度,嚴(yán)格控制產(chǎn)品出廠質(zhì)量。