浙江省公路橋梁支座更換情況調(diào)查研究

周 攀 ，傅長(zhǎng)榮 ，郭 輝

（1.麗水學(xué)院工學(xué)院，浙江麗水323000；2.浙江省公路與運(yùn)輸管理中心，浙江杭州310009）

0 引言

橋梁支座作為橋梁結(jié)構(gòu)中重要的傳力裝置，發(fā)揮著將橋梁上部結(jié)構(gòu)承受的荷載和變形（位移和轉(zhuǎn)角）可靠地傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用，直接關(guān)系到橋梁運(yùn)行安全和服役壽命。但由于自身老化和安裝不規(guī)范等問題的存在，橋梁支座會(huì)受到不同程度的損傷，有的甚至危及橋梁整體安全，必須進(jìn)行更換[1]。

浙江省路網(wǎng)發(fā)達(dá)，加之河流縱橫交錯(cuò)、湖泊星羅棋布，各等級(jí)公路線上分布著數(shù)量眾多、形式多樣的橋梁，截至2019年底全省公路橋梁總數(shù)已達(dá)51 106座，累計(jì)360.32萬延米，橋梁更換支座情況十分普遍。因此，做好相關(guān)研究提高橋梁支座更換技術(shù)水平和質(zhì)量，對(duì)于浙江省橋梁運(yùn)行管理乃至全省交通事業(yè)發(fā)展具有重要意義。

本文通過對(duì)浙江各地區(qū)近10年完成支座更換的公路橋梁進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查研究，總結(jié)了浙江省公路橋梁支座更換的基本現(xiàn)狀，分析了常用支座更換后的病害產(chǎn)生原因、病害發(fā)展規(guī)律和質(zhì)量管控重難點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)提出加快不停車更換支座標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)、嚴(yán)把支座原材料質(zhì)量等針對(duì)性建議，旨在為相關(guān)研究提供調(diào)研基礎(chǔ)和技術(shù)支持，進(jìn)而推動(dòng)浙江省公路橋梁支座更換技術(shù)發(fā)展。

1 調(diào)查研究方式

此次調(diào)研從工作開展實(shí)際出發(fā)，結(jié)合橋梁支座更換基礎(chǔ)理論，圍繞橋梁規(guī)模、線形、上部結(jié)構(gòu)形式，支座更換時(shí)間（數(shù)量）、支座類型、更換過程是否中斷交通、更換前后病害情況以及支座更換建議等19項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，以向全省各地區(qū)（縣市）公路局、高速公路管理處（公司）等公路管養(yǎng)部門和企業(yè)進(jìn)行問卷調(diào)查、專題座談以及實(shí)地考察等形式展開。最終，收集整理基礎(chǔ)調(diào)查資料20余份，內(nèi)含各類橋梁243座。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)初步分類統(tǒng)計(jì)，該批243座樣本橋梁均為2010—2019年（近10年來）完成支座更換的或正在進(jìn)行支座更換施工的橋梁，基本涵蓋浙江各個(gè)地區(qū)，在橋梁所屬公路等級(jí)、規(guī)模、線形、上部結(jié)構(gòu)形式以及支座更換時(shí)間、類型等方面也相對(duì)多樣和典型，作為調(diào)查樣本具備代表性。

2.1 分類統(tǒng)計(jì)

2.1.1 橋梁支座更換基本情況

總體來說，從樣本橋梁更換支座的橋梁數(shù)量和更換支座數(shù)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)看，2016年后增長(zhǎng)較為明顯，以2017年為拐點(diǎn)，呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)的特點(diǎn)，如圖1所示。這說明：一是2000年后安裝的大量橋梁橡膠支座其使用年限已到更換的時(shí)間點(diǎn)；二是近年來支座檢查更換的技術(shù)手段趨于成熟；三是當(dāng)前行業(yè)對(duì)支座的使用要求不斷提高。

在地區(qū)分布上，近10年來更換支座的橋梁遍布全省，其中杭州市45座、湖州市77座、嘉興市53座、衢州市21座、臺(tái)州市22座、麗水市13座，其他地區(qū)12座。總體來看，杭嘉湖地區(qū)橋梁更換支座數(shù)量占比70%左右（與杭嘉湖地區(qū)橋梁總量占全省比例基本一致），如圖2所示。

圖1 歷年更換橋梁數(shù)及支座數(shù)

圖2 橋梁地區(qū)占比圖

在公路等級(jí)上主要有3種類型，分別為高速公路（164座）、國(guó)省道（57座）、縣鄉(xiāng)道及其他專用道路（22座）。由此可見，高速公路和普通國(guó)省道橋梁是目前浙江橋梁更換支座的主體，分別占比67.49%和23.46%，如圖3所示。其一方面表明了更換支座與交通量具有相關(guān)性，另一方面表明高等級(jí)公路對(duì)支座運(yùn)營(yíng)監(jiān)管相對(duì)規(guī)范。

圖3 橋梁公路等級(jí)占比圖

在上部結(jié)構(gòu)類型上共有4種類型，分別為空心板梁（132座）、T梁（12座）、箱梁（83座）、組合梁（16座）。空心板梁（占54.32%）和箱形梁（占34.16%）是目前浙江省更換支座橋梁的主體梁型，如圖4所示。這與該兩種橋型在過去20年中占全部橋梁絕對(duì)比重的情況相匹配。

在規(guī)模上涵蓋大中小（特大）各種類型：?jiǎn)慰缱铋L(zhǎng)120 m（杭州余杭京杭運(yùn)河2號(hào)橋），最短5 m（舟山定海區(qū)X119王家橋）；全長(zhǎng)最長(zhǎng)近14 km（S14杭長(zhǎng)（宜）高速特長(zhǎng)高架橋），最短8 m（G56杭徽高速K67+830橋）；寬度最寬40 m（S14杭長(zhǎng)（宜）高速安吉服務(wù)區(qū)1#橋），最窄7 m（嘉興秀洲區(qū)G320國(guó)道匝道橋）。

圖4 橋梁上部結(jié)構(gòu)占比圖

在橋梁線形上有3種類型，分別為直線型（178座）、曲線型（61座）、其他型（有斜交情況的直線橋梁，4座），其中直線橋有縱坡的59座，曲線橋有縱坡的47座，最大縱坡為3.5%，如圖5所示。這表明浙江在各種線形上的橋梁均已開展過支座更換的實(shí)踐。

圖5 橋梁線形及縱坡占比圖

2.1.2 支座基本情況

此次調(diào)研的243座橋梁涉及更換3種類型的支座共43 014個(gè)，其中板式橡膠支座42 948個(gè)（占比達(dá)99.7%）、盆式橡膠支座112個(gè)、球型鋼支座2個(gè)。這表明目前更換支座的類型絕大多數(shù)是板式橡膠支座，其應(yīng)作為首要的目標(biāo)加以研究。

在支座更換作業(yè)過程中，未中斷交通的橋梁218座，中斷交通的25座。這表明不中斷交通已成為浙江最普遍的施工形式，如圖6所示。

在更換支座前，該批橋梁均出現(xiàn)不同類型、不同程度的支座病害，部分橋梁（支座）同時(shí)存在多種病害，其中出現(xiàn)支座變形的橋梁161座、支座開裂的100座、支座脫空的88座、支座老化的82座、支座位移的5座。此外，有5座橋梁因拆除、突發(fā)災(zāi)害等其他原因進(jìn)行支座更換，如圖7所示。這表明支座變形、開裂、脫空、老化是支座的典型病害[2]，應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

在支座更換后，歷年橋檢報(bào)告顯示出現(xiàn)各類病害的或調(diào)查時(shí)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)病害的支座共64座（占樣本總數(shù)的26.34%），即該批樣本總體上在支座更換后的病害發(fā)生率為26.34%（以下稱“總體病害發(fā)生率”）。這說明支座在更換后的病害復(fù)發(fā)問題不容忽視。

圖6 是否中斷交通情況占比圖

圖7 橋梁支座更換前病害（原因）占比圖

在發(fā)現(xiàn)支座病害的64座橋梁中，出現(xiàn)支座老化的橋梁13座、支座變形的26座、支座開裂的17座、支座脫空的36座、支座位移的9座、銹蝕的1座（部分支座同時(shí)存在多種病害）。這表明，脫空和變形已成為支座更換中的主要質(zhì)量問題[3]。如圖8所示。

圖8 橋梁支座更換后病害（原因）占比圖

2.1.3 收集建議情況

此次調(diào)查共回收對(duì)更換橋梁支座的建議173條，其中150條建議涉及加強(qiáng)質(zhì)量管理、149條建議涉及加強(qiáng)施工管控、19條建議涉及加強(qiáng)巡查與養(yǎng)護(hù)，另有其他建議及意見5條（如建議變形、老化支座較多時(shí)可考慮更換，以及反映脫空支座更換的效果不好、少量支座更換后仍存在脫空現(xiàn)象、部分盆式支座較難更換、更換費(fèi)用較高等意見），具體如圖9所示。綜上，我們可以看出，支座更換過程的質(zhì)量問題受到強(qiáng)烈關(guān)注。

2.2 對(duì)比分析

為進(jìn)一步分析該批橋梁的支座病害產(chǎn)生情況，結(jié)合上述統(tǒng)計(jì)，本文對(duì)支座產(chǎn)生的幾類主要病害及不同橋梁對(duì)支座病害產(chǎn)生的影響進(jìn)行對(duì)比研究，具體如下。

圖9 支座更換建議占比圖

2.2.1 支座病害的對(duì)比分析

2.2.1.1 更換前后病害情況對(duì)比

對(duì)比圖7和圖8可知，支座更換后開裂和老化兩項(xiàng)病害的占比都較支座更換前有所下降，而脫空、變形、位移3項(xiàng)病害的占比均有所上升，具體如表1所示。

表1 支座更換前后病害情況對(duì)比表

初步推斷，支座質(zhì)量隨著技術(shù)發(fā)展有了較大提高，使得開裂、老化、變形3項(xiàng)主要因?yàn)橹ё|(zhì)量問題出現(xiàn)的病害逐步減少（變形病害雖有所下降，但仍然是主要病害之一）。而由于更換支座時(shí)工作空間小，操作比較困難，因此，更換后產(chǎn)生支座定位不準(zhǔn)確、脫空現(xiàn)象比較普遍。支座位移是由于支座放置不準(zhǔn)確、脫空導(dǎo)致的。

2.2.1.2 病害復(fù)發(fā)率對(duì)比

（1）總體病害復(fù)發(fā)率。

總體上分析支座病害復(fù)發(fā)的情況，發(fā)現(xiàn)243座樣本橋梁中有56座橋梁在支座更換后出現(xiàn)了與支座更換前相同的病害，即該批橋梁的總體支座病害復(fù)發(fā)率為56/243=23.05%。

（2）單項(xiàng)病害復(fù)發(fā)率。

單獨(dú)分析某一單項(xiàng)病害的復(fù)發(fā)情況，發(fā)現(xiàn)部分為單項(xiàng)單一復(fù)發(fā)，部分為多項(xiàng)同時(shí)復(fù)發(fā)，具體的單項(xiàng)病害復(fù)發(fā)率如下：開裂復(fù)發(fā)率為8.00%、老化復(fù)發(fā)率為9.76%、脫空復(fù)發(fā)率為37.50%、變形復(fù)發(fā)率為12.80%、位移復(fù)發(fā)率為60.00%，見表2。可見，位移和脫空兩項(xiàng)病害的復(fù)發(fā)率相對(duì)較高（大于總體病害復(fù)發(fā)率23.05%），這與反映的“反映脫空支座更換的效果不好、少量支座更換后仍存在脫空現(xiàn)象”意見一致。

表2 單項(xiàng)病害復(fù)發(fā)情況表

2.2.2 不同橋梁對(duì)支座病害產(chǎn)生影響的對(duì)比分析

為分析支座病害產(chǎn)生的影響因素（主要分析橋梁因素，即橋梁自身屬性和外在屬性的影響），基于該批橋梁樣本實(shí)際，分別對(duì)比了不同所屬公路等級(jí)、不同線形、不同上部結(jié)構(gòu)類型以及更換作業(yè)中是否中斷交通的橋梁支座病害情況，具體如下。

2.2.2.1 所屬公路等級(jí)影響對(duì)比

該批樣本主要有高速公路、國(guó)省道和縣鄉(xiāng)道及其他專用道3種所屬公路等級(jí)，具體的支座病害對(duì)比情況如表3所示。

表3 所屬公路等級(jí)影響對(duì)比表

橫向?qū)Ρ?，縣鄉(xiāng)道及其他專用道橋梁的病害占比較樣本占比有較大幅下降，由原來的7.40%下降至3.13%，而國(guó)省道橋梁和高速公路橋梁則基本保持不變?？v向?qū)Ρ?，縣鄉(xiāng)道及其他專用道橋梁的病害發(fā)生率僅有11.11%，而國(guó)省道橋梁和高速公路橋梁的病害發(fā)生率相差不大，且均接近總體病害發(fā)生率26.34%。

由此初步推斷，國(guó)省道橋梁和高速公路橋由于交通量均較大，支座復(fù)發(fā)病害產(chǎn)生的影響基本一致，而縣鄉(xiāng)道及其他專用道由于交通量小，橋梁相對(duì)國(guó)省道橋梁和高速公路橋梁不易發(fā)生支座復(fù)發(fā)病害。

2.2.2.2 橋梁線形影響對(duì)比

該批樣本有直線和曲線兩種線形，具體的支座病害對(duì)比情況如表4所示。

表4 橋梁線形影響對(duì)比表

橫向?qū)Ρ?，直線橋梁和曲線橋梁的病害占比較樣本占比幾乎保持不變?？v向?qū)Ρ龋本€橋梁和曲線橋梁的病害發(fā)生率十分接近，且均約等于總體病害發(fā)生率26.34%。

由此初步推斷，直線橋梁和曲線橋梁對(duì)支座病害產(chǎn)生的影響并無明顯區(qū)別，基本一致。

2.2.2.3 橋梁上部結(jié)構(gòu)類型影響對(duì)比

該批樣本有空心板梁、T型梁、箱型梁和組合梁4種上部結(jié)構(gòu)類型，具體的支座病害對(duì)比情況如表5所示。

表5 橋梁上部結(jié)構(gòu)類型影響對(duì)比表

橫向?qū)Ρ?，就病害占比較樣本占比的變化而言，空心板梁橋和組合梁橋有較大幅度下降，T型梁橋幾乎保持未變，而箱型梁橋則有較大幅度上升?？v向?qū)Ρ?，空心板梁橋和組合梁橋的病害發(fā)生率相對(duì)較小，均低于總體病害發(fā)生率，T型梁橋的病害發(fā)生率接近總體病害發(fā)生率，而箱型梁橋的病害發(fā)生率則高出總體病害發(fā)生率較多。

由此初步推斷，箱型梁橋相對(duì)其他3種更容易產(chǎn)生支座病害，而組合梁橋?qū)χё『Φ牟焕绊懽钚　?/p>

2.2.2.4 更換時(shí)是否中斷交通影響對(duì)比

支座更換時(shí)中斷交通與不中斷交通的支座病害對(duì)比情況如表6所示。

表6 是否中斷交通影響對(duì)比表

橫向?qū)Ρ龋ё鼡Q時(shí)中斷交通的橋梁的病害占比較樣本占比有較大幅度下降，而不中斷交通的則有所上升?？v向?qū)Ρ龋袛嘟煌ǖ臉蛄翰『Πl(fā)生率明顯低于總體病害發(fā)生率，而不中斷交通的橋梁病害發(fā)生率則小幅高于總體病害發(fā)生率。

由此初步推斷，支座更換時(shí)不中斷交通的橋梁相對(duì)中斷交通的橋梁，其支座更容易發(fā)生病害。

3 結(jié)論

3.1 浙江橋梁支座更換基本情況

通過此次調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，更換橋梁支座在浙江已越來越普遍，不同地區(qū)、不同所屬公路等級(jí)、不同線形、不同上部結(jié)構(gòu)類型、不同規(guī)模的橋梁均有支座更換情況，且不論是歷年支座更換的橋梁數(shù)還是更換支座數(shù)，總體上都呈快速上升趨勢(shì)（尤其2017年有明顯上升），這表明支座更換已經(jīng)越來越普遍，亟待開展進(jìn)一步研究。

總體上看，浙江橋梁的支座病害發(fā)生率約為20%～30%（樣本橋梁總體病害率為26.34%），產(chǎn)生的病害主要為變形、老化、開裂和脫空，少數(shù)為位移、銹蝕等（部分支座同時(shí)存在多種病害）。更換病害支座時(shí)，絕大多數(shù)（約90%）采用不中斷交通方式進(jìn)行，這表明加強(qiáng)對(duì)公路橋梁不中斷交通更換支座技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)的必要性。更換的支座主要有板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形鋼支座3種類型，其中板式橡膠支座占絕大多數(shù)，建議在相關(guān)研究中將板式橡膠支座和盆式橡膠支座作為重點(diǎn)內(nèi)容。

3.2 常用支座更換后病害產(chǎn)生及發(fā)展規(guī)律

3.2.1 病害存在復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

橋梁在更換支座后病害復(fù)發(fā)率仍然較高，預(yù)測(cè)橋梁支座更換后的病害復(fù)發(fā)率約為20%～30%（樣本橋梁支座病害復(fù)發(fā)率為23.05%）。脫空、位移兩項(xiàng)支座病害的復(fù)發(fā)率高出平均水平較多，成為支座更換中的主要質(zhì)量問題，需在支座更換時(shí)著重加強(qiáng)把控，在相關(guān)研究中也應(yīng)該把這兩項(xiàng)病害的防控作為重點(diǎn)內(nèi)容。而由于支座更換成本較高，且多次更換后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的微變形影響不容忽視，因此加強(qiáng)支座更換質(zhì)量管理顯得非常緊迫和必要。

3.2.2 支座病害逐步轉(zhuǎn)移

在橋梁的幾種主要病害中，開裂、老化、變形等因?yàn)橹ё旧碣|(zhì)量問題出現(xiàn)的病害正隨著支座質(zhì)量的不斷提升而大幅減少，特別是開裂、老化病害已不再是主要病害，變形占比雖有下降卻仍發(fā)生較多，而位移和脫空的占比則相對(duì)有所提高?？梢姌蛄褐ёa(chǎn)生的主要病害正在逐步轉(zhuǎn)移，在相關(guān)研究中應(yīng)有側(cè)重。

3.2.3 橋梁因素影響病害產(chǎn)生

不同的橋梁因素（即橋梁所屬公路等級(jí)、線形、上部結(jié)構(gòu)類型以及更換作業(yè)時(shí)是否中斷交通等自身屬性和外在屬性）對(duì)支座病害產(chǎn)生有著不同的影響，如：

（1）縣鄉(xiāng)道及其他專用道橋梁相對(duì)國(guó)省道和高速公路橋梁不易發(fā)生支座病害（或因不同所屬公路等級(jí)造成不同的結(jié)構(gòu)受力工況）。

（2）箱型梁橋相對(duì)其他上部結(jié)構(gòu)類型橋梁更容易產(chǎn)生支座病害（或因不同上部結(jié)構(gòu)類型造成不同的結(jié)構(gòu)受力形式），在支座更換過程中應(yīng)著重關(guān)注。

（3）支座更換時(shí)不中斷交通的橋梁相對(duì)中斷交通的橋梁，其支座更容易發(fā)生病害（或因不中斷交通更換支座對(duì)技術(shù)要求較高，支座施工質(zhì)量相對(duì)較難把控）；從另一個(gè)側(cè)面反映，更換過程中交通流對(duì)更換質(zhì)量有著比較大的影響，施工中要格外注意。

（4）不同線形（直線或曲線）橋梁的支座病害產(chǎn)生情況暫未發(fā)現(xiàn)明顯區(qū)別，后期有待進(jìn)一步拓展調(diào)研范圍，進(jìn)行細(xì)化研究。

3.3 相關(guān)建議

結(jié)合以上調(diào)查研究，就浙江省公路橋梁支座更換提出以下建議[4]：

（1）加快不停車更換支座研究。不論從更換支座的數(shù)量、質(zhì)量方面看，都必須加強(qiáng)橋梁不停車更換支座相關(guān)研究，特別是加快出臺(tái)相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，以適應(yīng)目前工程應(yīng)用需求。

（2）嚴(yán)格把控支座原材料質(zhì)量。雖然支座原材料質(zhì)量有所提高，但仍較容易出現(xiàn)變形病害。支座更換前，必須對(duì)支座原材料從詢價(jià)、采購(gòu)、運(yùn)輸、檢測(cè)到進(jìn)場(chǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保支座安全可靠、質(zhì)量過硬。

（3）規(guī)范開展支座更換。橋梁支座不滿足使用要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行更換。更換支座時(shí)，應(yīng)分析支座病害產(chǎn)生的原因，并對(duì)相應(yīng)病害進(jìn)行處理[5]。科學(xué)合理制定專項(xiàng)施工方案，并在支座更換施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格監(jiān)管，確保每一項(xiàng)施工操作嚴(yán)格按照專項(xiàng)方案規(guī)范開展。

（4）抓住重點(diǎn)開展針對(duì)性管理。著重加強(qiáng)對(duì)高等級(jí)公路橋梁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁、不中斷交通更換支座橋梁的質(zhì)量監(jiān)督，并重點(diǎn)針對(duì)變形、脫空、位移3項(xiàng)支座病害，制訂專項(xiàng)措施予以防治。

（5）加強(qiáng)支座日常巡查養(yǎng)護(hù)。支座更換后，按要求做好日常養(yǎng)護(hù)，并有序開展好日常檢查和橋梁定期檢測(cè)，做到支座病害的“及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)修復(fù)”，延長(zhǎng)支座使用壽命。