公路橋梁板式橡膠支座早期病害成因分析與質(zhì)量控制

陳華明，溫偉標(biāo)

(廣東交科檢測(cè)有限公司,廣州 510550)

0 引言

支座是連接橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的重要部件，它在將上部結(jié)構(gòu)作用力傳遞給下部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，保證了活載、溫度和混凝土收縮和徐變等因素作用下結(jié)構(gòu)受力變形與理論計(jì)算圖式相符，支座質(zhì)量直接影響橋梁的適用性和耐久性[1]。

板式橡膠支座具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于制造、造價(jià)低廉、節(jié)省鋼材等特點(diǎn)，材料來(lái)源充足，在我國(guó)公路橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于板式橡膠支座部件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝費(fèi)用占比并不大，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工質(zhì)量控制容易成為工程技術(shù)人員忽視的薄弱環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的大力發(fā)展，板式橡膠支座的生產(chǎn)廠家日益增多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，不少?gòu)S家為了占領(lǐng)市場(chǎng)，增加利潤(rùn)，盲目降低成本，板式橡膠支座產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。板式橡膠支座施工措施不到位，某些施工技術(shù)人員支座安裝技術(shù)能力欠缺，板式橡膠支座出現(xiàn)早期病害等現(xiàn)象也越來(lái)越普遍。

本文根椐近年來(lái)廣東省100余座新建橋梁定期檢查的結(jié)果，對(duì)公路橋梁板式橡膠支座的早期主要病害成因及危害進(jìn)行了分析，并從現(xiàn)有板式橡膠支座設(shè)計(jì)選型、質(zhì)量檢測(cè)、施工質(zhì)量控制和廠家信用評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行研討，提出板式橡膠支座的質(zhì)量控制措施，為防治橋梁板式橡膠支座早期病害提供借鑒。

1 板式橡膠支座早期病害成因及危害

導(dǎo)致橋梁板式橡膠支座早期病害的因素多樣而復(fù)雜，其可能來(lái)自于支座設(shè)計(jì)選型、產(chǎn)品生產(chǎn)、安裝、維護(hù)等過(guò)程。經(jīng)過(guò)分析廣東省100余座新建橋梁板式橡膠支座的病害情況，早期病害形式主要表現(xiàn)為：膠體開(kāi)裂、剪切變形超限、偏位和滑移、脫空等。病害成因及危害分析見(jiàn)表1。

表1 板式橡膠支座早期病害成因及危害分析

(續(xù)表1)

2 橡膠支座質(zhì)量控制措施

2.1 設(shè)計(jì)選型

我國(guó)板式橡膠支座的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有：

(1)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG 3362-2018)。

(2)公路橋梁板式橡膠支座(JT/T 4-2019)。

(3)鐵路橋梁板式橡膠支座(TB/T 1893-2006)。

(4)普通橡膠支座(GB 20688.4-2007)。

(5)公路橋梁板式橡膠支座病害評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(DB32/T 2172-2012)。

其中，第(1)和(2)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)用于板式橡膠支座的選型設(shè)計(jì)，第(2)～(4)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)用于板式橡膠支座產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，第(5)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)主要用于營(yíng)運(yùn)中板式橡膠支座病害狀況的技術(shù)評(píng)定。

目前我國(guó)在橋梁板式橡膠支座的選型設(shè)計(jì)中主要依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)和《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)，其中《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)以表格的形式給出了矩形和圓形狀板式橡膠支座的規(guī)格系列參數(shù)，我國(guó)橋梁工程主要參照該規(guī)格參數(shù)進(jìn)行板式橡膠支座的設(shè)計(jì)。《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)中板式橡膠支座抗壓彈性模量E不是固定值，而是與支座形狀系數(shù)S相關(guān)的，其換算關(guān)系如下：

E=5.4G·S2

(1)

式中：E—支座抗壓彈性模量；

G—支座抗剪彈性模量，一般取值 1.0；

S—支座形狀系數(shù)。

由于板式橡膠支座抗壓彈性模量是隨著形狀系數(shù)線性變化的，形狀系數(shù)越小抗壓彈性模量越小。應(yīng)力一樣時(shí)，變形越大支座橡膠層鼓起就越大，在應(yīng)力持續(xù)作用下，容易引起早期開(kāi)裂，特別是在支座總厚度較小的情況下，這一現(xiàn)象尤為突出，這也在橋梁支座檢查中得到驗(yàn)證。結(jié)合廣東省多條高速公路常用的板式橡膠支座形狀系數(shù)及設(shè)計(jì)荷載變形的計(jì)算結(jié)果(表2)，大部分形狀系數(shù)在8～10之間，避免了板式橡膠支座變形過(guò)大的問(wèn)題，其實(shí)際使用的效果較好，因此建議在設(shè)計(jì)上優(yōu)先選用形狀系數(shù)相對(duì)較大的支座。

表2 高速公路板式橡膠支座形狀系數(shù)

2.2 質(zhì)量檢測(cè)

目前公路行業(yè)板式橡膠支座產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要為《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)。該標(biāo)準(zhǔn)圍繞其基本組成—鋼板和橡膠材料使用性能、支座結(jié)構(gòu)成品是否合理兩方面作出了具體規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)中將板式橡膠支座的質(zhì)量檢驗(yàn)分為出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)，其與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通橡膠支座》(GB 20688.4-2007)和鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋梁板式橡膠規(guī)范》(TB/T 1893-2006)相比，在板式橡膠支座的基本力學(xué)性能規(guī)定方面相對(duì)嚴(yán)格(表3)。

表3 板式橡膠支座基本力學(xué)性能各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值對(duì)比

采用《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)出廠檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，雖然一定程度上使其基本力學(xué)性能滿足短期檢驗(yàn)荷載作用的要求，卻難以實(shí)現(xiàn)板式支座產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。其存在的不足：(1)單一的進(jìn)行板式橡膠支座基本力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)，并不能完整和全面反映板式橡膠支座的實(shí)際質(zhì)量狀況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)板式橡膠支座長(zhǎng)期使用性能老化性能檢驗(yàn)；(2)現(xiàn)有公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中雖對(duì)影響板式橡膠支座長(zhǎng)期使用性能的抗剪切老化試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定，但在進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)中并未作強(qiáng)制性要求，導(dǎo)致在工程建設(shè)中某些建設(shè)單位在板式橡膠支座進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)，未對(duì)其進(jìn)行抗剪切老化試驗(yàn)，給耐老化能力較差的板式橡膠支座流入橋梁工程建設(shè)提供了漏洞。

基于上述情況，為保證橡膠支座的產(chǎn)品質(zhì)量，建議：(1)定期抽檢橡膠的物理性能，并增加對(duì)橡膠類型的鑒定；優(yōu)先對(duì)成品樣檢測(cè)，當(dāng)成品無(wú)法制樣時(shí)到廠家抽原檢材料。建議進(jìn)場(chǎng)前到廠家抽檢采用的橡膠進(jìn)行全套物理性能檢測(cè)，進(jìn)場(chǎng)后每個(gè)品牌每季度抽檢一次橡膠物理性能，每個(gè)項(xiàng)目每個(gè)品牌不少于3次。檢測(cè)指標(biāo)采用《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)中的表2。(2)嚴(yán)格執(zhí)行《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4-2019)的相關(guān)規(guī)定，并進(jìn)行極限抗壓強(qiáng)度、抗剪切粘結(jié)性與抗剪切老化交叉檢驗(yàn)，保證板式橡膠支座的產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 施工質(zhì)量控制

從目前橋梁板式橡膠支座安裝現(xiàn)狀來(lái)看，主要存在部分施工人員素質(zhì)低、支座安裝方法不正確及操作不規(guī)范等問(wèn)題，導(dǎo)致橋梁支座安裝中經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問(wèn)題，因此應(yīng)采取行之有效的措施，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。

(1)制定科學(xué)合理的施工組織方案。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分考慮橋梁支座安裝的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)施工人員、施工機(jī)械、施工材料等進(jìn)行合理安排，合理選擇施工技術(shù)。

(2)加強(qiáng)施工管理，做好技術(shù)交底，跟蹤工序檢查。

(3)做好施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)督。在橋梁支座施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，對(duì)梁的安裝、支座墊石等方面進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)督，保證施工質(zhì)量。

2.4 生產(chǎn)廠家信用評(píng)價(jià)

鑒于目前國(guó)內(nèi)板式橡膠支座的生產(chǎn)廠家眾多，而各廠家板式橡膠支座的生產(chǎn)管理水平差異性較大，為了保證橋梁工程建設(shè)中所采用的板式橡膠支座均來(lái)自生產(chǎn)技術(shù)水平較高的板式橡膠支座廠家，可以對(duì)生產(chǎn)廠家建立信用評(píng)價(jià)，擇優(yōu)選擇生產(chǎn)廠家。

2.4.1 建立生產(chǎn)廠家的初始信用等級(jí)

根據(jù)以往板式橡膠支座的使用情況和近年來(lái)的檢測(cè)數(shù)據(jù)資料，依據(jù)一定的分類評(píng)價(jià)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出初始信用等級(jí)。

2.4.2 驗(yàn)證試驗(yàn)評(píng)價(jià)

對(duì)板式橡膠支座產(chǎn)品依據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T4-2019)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行抽檢試驗(yàn)，并按不合格和合格兩個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)。

2.4.3 在建項(xiàng)目抽檢評(píng)價(jià)

分優(yōu)秀、合格、不合格三個(gè)等級(jí)，根據(jù)抽檢的力學(xué)性能和橡膠物理性能的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于抽檢支座檢測(cè)結(jié)果全部符合招標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，且無(wú)出現(xiàn)復(fù)檢現(xiàn)象的品牌給予優(yōu)秀評(píng)價(jià)；對(duì)于經(jīng)過(guò)復(fù)檢合格的品牌給予合格評(píng)價(jià);對(duì)出現(xiàn)不符合招標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的支座給予不合格評(píng)價(jià)，按不合格率扣分。對(duì)半年內(nèi)同時(shí)在不同的在建項(xiàng)目出現(xiàn)不合格項(xiàng)的品牌進(jìn)行通報(bào)處理，并降低信用等級(jí)。

2.4.4 營(yíng)運(yùn)項(xiàng)目質(zhì)量抽檢評(píng)價(jià)

分優(yōu)秀、合格、不合格三個(gè)等級(jí)，根據(jù)橋梁支座定期檢測(cè)的病害率進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)所有檢測(cè)項(xiàng)目使用年限和交通量等情況，病害率平均值上下15%波動(dòng)者給予合格評(píng)價(jià)；病害率小于平均值15%以下者給予優(yōu)秀評(píng)價(jià)；病害率大于平均值15%以上者給予不合格評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論與建議

板式橡膠支座早期病害的原因是多方面的，既有板式橡膠支座自身質(zhì)量方面的缺陷，也包括板式橡膠支座設(shè)計(jì)、施工、產(chǎn)品質(zhì)量等方面的不足。因此，早期病害防治應(yīng)從支座設(shè)計(jì)選型、支座質(zhì)量檢測(cè)、施工質(zhì)量控制和廠家信用評(píng)價(jià)等方面建立板式橡膠支座質(zhì)量控制體系。

(1)在板式橡膠支座的選型設(shè)計(jì)中，除了嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的規(guī)定外，建議盡量選擇形狀系數(shù)相對(duì)較大的支座，避免板式橡膠支座變形過(guò)大的問(wèn)題，確保橡膠支座使用性能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)定期抽檢板式橡膠支座橡膠的物理性能，并增加對(duì)橡膠類型的鑒定；優(yōu)先對(duì)成品樣檢測(cè)，當(dāng)成品無(wú)法制樣時(shí)到廠家抽檢原材料。建議進(jìn)場(chǎng)前到廠家抽檢采用的橡膠，進(jìn)行全套物理性能檢測(cè)，進(jìn)場(chǎng)后每個(gè)品牌每季度抽檢一次橡膠物理性能，確保支座組成材料的質(zhì)量。

(3)在板式橡膠支座的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)上，應(yīng)進(jìn)行抗剪切粘結(jié)性與抗剪切老化檢驗(yàn)。

(4)嚴(yán)格控制板式橡膠支座的施工安裝質(zhì)量，制定科學(xué)合理的施工組織方案，做好施工過(guò)程的監(jiān)督檢查。

(5) 建立生產(chǎn)廠家的信用評(píng)價(jià)體系，擇優(yōu)選擇優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。