板式橡膠支座病害成因與處理方法

魯俊波，侯文龍

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310)

1 工程概況

某高速公路項目位于廣西中部地區(qū)，是廣西高速公路網(wǎng)布局中“6橫7縱8支線”中重要的組成部分。項目共設(shè)15座橋梁，其中13座橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制組合小箱梁。由于該地區(qū)地震基本烈度為7度，橋址區(qū)地震動峰值加速度為0.1g，根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ 004—89)及《公路橋梁抗震設(shè)計細則》(JTG/TB 02—01—2008)，抗震設(shè)防等級按7度進行抗震設(shè)防，對該項目預(yù)制梁橋采用GCBZ抗震型板式橡膠支座。橋梁建成初期，發(fā)現(xiàn)該類支座出現(xiàn)較多病害。

該類板式橡膠支座全線總計423個，檢測統(tǒng)計結(jié)果顯示，其中支座偏壓68個，支座脫空44個，支座剪切變形86個，支座偏位2個，支座表面開裂7個，各類病害表現(xiàn)形式如下。

1)支座偏壓。支座表面受壓不均，橡膠體受壓較大側(cè)表面“鼓包”嚴重，而另一側(cè)表面光滑，如圖1(a)所示。

2)支座脫空。橡膠支座與梁底或墊石頂面接觸不密實而存在間隙。如圖1(b)所示。

3)支座剪切變形。支座受橫向剪切力產(chǎn)生的變形，如圖1(c)所示。

4)支座偏位。支座中心線與梁底定位中心線或墊石表面中心線產(chǎn)生偏差，如圖1(d)所示。

5)支座開裂。支座橡膠體表面出現(xiàn)裂紋和水平裂縫，如圖1(e)所示。

(a)支座偏壓

(b)局部脫空

(c)剪切變形

(d)支座偏位

(e)支座開裂

2 病害處理措施

2.1 病害評定

根據(jù)《公路橋梁橡膠支座病害評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，支座病害可分為3級。①支座1級病害：進行適當(dāng)外防護處理控制病害發(fā)展后可正常使用，屬于輕度病害；②支座2級病害：已對支座使用功能產(chǎn)生影響，但進行加強防護處理或修復(fù)，并定期觀察。嚴格控制病害發(fā)展后仍可使用，屬于中度病害；③支座3級病害：支座已部分或完全喪失使用功能，須立即更換，屬于重度病害。

通過現(xiàn)場觀測，本項目支座所表現(xiàn)的輕度偏壓、輕度剪切、輕度偏位、表面鼓包、局部脫空均屬于支座1級和2級病害，可采取措施為修復(fù)并定期觀察；支座表面開裂屬于支座3級病害，可采取措施為更換支座。

2.2 病害處理方法

本項目支座修復(fù)或更換采用整體頂升的施工方法。如圖1(a)所示，在單個蓋梁內(nèi)每片梁底設(shè)置80t超薄型液壓千斤頂，將整幅梁體同步頂升5～10 mm，釋放支座既有壓力，此時病害支座可能呈現(xiàn)的狀態(tài)分為4種。

1)剪切變形恢復(fù)，鼓包消失，梁體回落后病害減輕或消失。

2)偏壓(脫空)恢復(fù)，鼓包消失，梁體回落后再次變形或偏壓(脫空)，需要墊塞楔形鋼板調(diào)節(jié)支座表面的壓力分布。

3)剪切變形、偏壓、脫空情況無變化。這是由于所采用的抗震型板式橡膠支座中心設(shè)有剪力銷預(yù)留槽，與預(yù)埋鋼板中心插槽對應(yīng)，支座安裝時插槽內(nèi)插入圓柱形剪力銷鎖定平面自由度，如圖1(b)所示，若梁體偏移過大，導(dǎo)致梁底預(yù)埋鋼板隨之移位，則剪力銷固鎖下，即使使用千斤頂頂升釋放支座所受的梁體荷載，橡膠體變形也無法恢復(fù)，若繼續(xù)頂升梁體至剪力銷退出梁底預(yù)埋鋼板插槽，則剪力銷隨橡膠體復(fù)原而移位，無法再插入預(yù)埋鋼板預(yù)留槽。

因此，支座及箱梁安裝時應(yīng)確保墊石中心、支座中心、梁底鋼板中心位于同一垂線，且箱梁安裝完成后，應(yīng)盡量避免后續(xù)施工活動對梁體產(chǎn)生較大的擾動。

對于已出現(xiàn)的此類病害，需先破除并重新澆筑墊石，然后按墊石及梁底鋼板中心對位放入支座，使剪力銷重新位于支座及預(yù)埋鋼板插槽的中心。

3 支座病害成因

3.1 設(shè)計方面原因

1)對板式橡膠支座的性能了解不足，設(shè)計選材時由于未經(jīng)驗算或驗算不足，導(dǎo)致選用支座的規(guī)格或尺寸不滿足抗壓、抗剪強度需求，從而引發(fā)病害。

2)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范考慮中的不足，為避免支座的最外緣局部脫空，現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計只驗算最大活載撓曲轉(zhuǎn)角的支座外側(cè)最外緣脫空，而梁上無荷載時，支座在預(yù)應(yīng)力混凝土梁徐變上拱轉(zhuǎn)角和較小的恒載壓應(yīng)力共同作用下，更容易使支座內(nèi)側(cè)的最外緣脫空，使支座受力不當(dāng)而產(chǎn)生病害。

3.2 制造過程的原因

1)支座保護層厚度不均勻、加勁鋼板間橡膠層厚度偏差大，不滿足設(shè)計使用要求。

2)施工工藝、產(chǎn)品生成的配方存在問題，產(chǎn)品的物理、力學(xué)性能無法完全滿足規(guī)范要求。

3)支座加工所使用的橡膠、鋼板等材質(zhì)和規(guī)格不符合標(biāo)準(zhǔn)。如使用再生膠代替天然橡膠，用廢舊鋼板代替加勁鋼板，鋼板的材質(zhì)、厚度均未達到質(zhì)量要求。

3.3 使用安裝過程中的原因

1)支座安放時支座中心線與蓋梁或橋臺內(nèi)的支座中心線不重合，支座就位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致支座受力不當(dāng)。

2)四氟板支座表面未涂抹硅脂油，影響了支座的剪切滑動。

3)落梁、支座安放過程中，操作不平穩(wěn)，使支座安放后即出現(xiàn)偏心受壓或出現(xiàn)剪切變形。

4)支座墊石頂面標(biāo)高控制不到位，導(dǎo)致一片梁底各支座受力不均勻，造成支座偏壓或局部脫空。

4 初裝支座病害防治措施

4.1 施工前控制措施

1)支座選材應(yīng)嚴格遵循國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇形式適應(yīng)、質(zhì)量達標(biāo)的支座，原材運輸、存放的過程中，避免磕碰、剮蹭對其造成磨損。

2)對于梁體縱坡時建議采用以下處理方式：當(dāng)梁體縱坡i<1%時，縱坡由支座墊石調(diào)整，支座斜置；當(dāng)梁體縱坡1%

3)支座進場需提供產(chǎn)品合格證和出廠證明，產(chǎn)品合格證書中應(yīng)有支座技術(shù)性能指標(biāo)。

4)支座進場前需按批次、單元進行規(guī)定頻率的抽樣檢驗，各項性能指標(biāo)均應(yīng)滿足《公路橋梁板式橡膠支座技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JT/T 4—2004)的要求。

4.2 過程中控制措施

1)蓋梁內(nèi)支座墊石澆筑完成后，放出支座中心點及墊石頂面標(biāo)高。將支座中心位置標(biāo)注在支座墊石及橡膠支座上，安裝時支座中心線應(yīng)與墊石中心線重合。橡膠支座與下承面采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)，環(huán)氧樹脂可以填塞支座底部空隙，并確保支座底面與下承面貼合緊密。

2)墊石頂面標(biāo)高及平整度應(yīng)滿足設(shè)計及規(guī)范要求，避免出現(xiàn)支座發(fā)生歪斜、不均勻受力和脫空現(xiàn)象，對于平整度不符合要求的支座墊石，使用打磨機進行打磨。

3)預(yù)制梁板安裝時，需在梁端支座上承面處準(zhǔn)確標(biāo)出十字中心線，并延伸至梁端面和側(cè)面，標(biāo)示為鉛垂線，落梁時使梁板底部的支承中心線與墩臺頂?shù)闹芯€相吻合。

5 結(jié) 語

初裝支座呈現(xiàn)的主要病害類型為偏壓、脫空及剪切變形，絕大部分屬于輕微病害，可采取同步頂升后墊塞楔形鋼板的方式進行修復(fù)。但病害的修復(fù)處理只是補救措施，重點仍在于事前預(yù)防而非事后治理。通過成因分析可以看出，從結(jié)構(gòu)設(shè)計到原材制作，再到現(xiàn)場施工，都存在直接或間接導(dǎo)致支座病害的影響因素，而其中最主要的是施工因素，通過加強施工管理，比如做好支座試驗檢測工作，嚴格落實支座安裝各工序控制點，上部結(jié)構(gòu)施工期間及時固結(jié)梁片并盡量降低后續(xù)施工擾動等，可以對大多數(shù)常見病害進行規(guī)避。

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