橋梁支座破損成因及墊石加固、支座更換

史永峰

山東省公路橋梁檢測中心有限公司 山東 東營 257100

引言

現(xiàn)代橋梁的長度、規(guī)模不斷增加，支座成為影響橋梁安全可靠運行的重要構(gòu)件。橋梁支座在橋梁中主要是承受上部結(jié)構(gòu)的載荷作用力，并將這些載荷及時傳導到橋梁底部基礎(chǔ)工程中，減少橋梁上部的壓力。因此，橋梁支座施工建設(shè)的質(zhì)量直接影響橋梁的整體安全運行。橋梁支座如果發(fā)生破損的情況，非常容易出現(xiàn)影響橋梁安全的風險因素。本文從橋梁支座的特點出發(fā)，分析了橋梁支座發(fā)生破損的主要原因，對墊石加固橋梁支座的施工技術(shù)要點進行分析，研究了支座更換的工藝技術(shù)。

1 橋梁支座概述

1.1 橋梁支座

橋梁支座是位于橋梁的墩臺之上，頂面用來支撐橋梁的上部結(jié)構(gòu)；能通過把橋梁的上部結(jié)構(gòu)固定在墩臺上，將上部結(jié)構(gòu)承載的作用力傳遞到墩臺上。橋梁支座的作用主要是：有效傳導橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的恒載，活載荷產(chǎn)生的豎向、水平方向的支撐反作用力。支座要保證上部結(jié)構(gòu)在載荷、周圍環(huán)境和天氣環(huán)境的變化下，以及橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的收縮變形下能產(chǎn)生自由變形，這樣就能保證上部橋梁結(jié)構(gòu)在受力情況下滿足橋梁穩(wěn)固運行的靜力圖示。因為支座這種承上啟下受力的主要作用，在施工中對支座的安全安裝、可靠運行要高度重視。

1.2 橋梁支座的主要問題表現(xiàn)

我國橋梁施工中，雖然支座的作用非常重要，但受到多重因素影響，現(xiàn)有橋梁支座的安裝質(zhì)量還存在一些薄弱環(huán)節(jié)，和西方現(xiàn)代化國家的橋梁支座安裝質(zhì)量還有一定差距。目前，國內(nèi)橋梁支座的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為：一是橋梁支座的安裝位置精度不高。橋梁的跨度結(jié)構(gòu)和墩臺之間設(shè)置的支座是保持橋梁穩(wěn)定的重要構(gòu)件，但目前存在支座橫向偏移過大，順橋向位置出現(xiàn)偏差，支座矩形支架長短方向受力不均勻等情況。二是橋梁支座的受力不均勻，沒有完全受力，導致支座的結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)受力過大的情況，從而產(chǎn)生支座脫空、半脫空，敲擊移動等結(jié)合不緊密的情況。三是橋梁支座的墊石高度不符合設(shè)計要求，導致橋梁支座的承受負荷不均衡，橋梁質(zhì)量不達標造成嚴重的安全隱患。支座墊石的問題主要表現(xiàn)為施工澆筑導致的脫空，橋梁支座下部墊層鋼板受力不均勻或者是尺寸太小無法全面承力等。四是支座產(chǎn)生剪切力變形，導致橋梁支座的整體承載能力下降，存在斷裂的風險。五是支座型號、施工流程不滿足設(shè)計標準，導致支座的安全運行受到直接影響。六是支座梁的底部鋼板沒有經(jīng)過良好的防腐處理，容易出現(xiàn)老化腐蝕現(xiàn)象，造成支座底部不牢固，出現(xiàn)較大位移或者是傾倒的問題。

1.3 橋梁支座存在問題的原因分析

從施工前期準備階段看，橋梁支座的問題和支座選用的材料有很大關(guān)系。有的企業(yè)為節(jié)約施工成本，使用的支座鋼材選用的是普通鋼板，這些鋼板存在廢舊鋼材回爐再造的可能，導致鋼板很容易出現(xiàn)腐蝕、銹蝕情況。而且鋼板的平整度不滿足設(shè)計要求，外形尺寸存在偷工減料的縮水情況，這些問題都導致支座的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量受到直接影響。在進行支座安裝過程中，因為施工操作人員對支座的安裝經(jīng)驗不足，不能嚴格執(zhí)行設(shè)計標準和工藝規(guī)范，導致支座的施工質(zhì)量難以得到全面保證。因為支座的整體結(jié)構(gòu)比較簡單，安裝的技術(shù)含量不是很高，導致施工人員忽視了支座安裝的質(zhì)量控制，存在施工放樣細節(jié)處理不到位，支座標高控制不符合規(guī)范等[1]。

從施工管理階段看，橋梁支座的安裝施工管理中的問題主要表現(xiàn)為：施工管理中的技術(shù)交底內(nèi)容不詳實，技術(shù)要求不清晰準確，導致施工方和設(shè)計方對設(shè)計要求存在理解歧義。很多單位還在采用書面技術(shù)交底的方式，因此，現(xiàn)場操作人員很容易出現(xiàn)對施工安裝要求不清楚、不到位的情況。施工人員的專業(yè)技術(shù)不到位，施工中沒有領(lǐng)會施工標準和要求，導致施工中存在分工混亂、責任不明確等情況。施工監(jiān)理在現(xiàn)場監(jiān)督不夠，現(xiàn)場操作人員施工標準隨意降低，每道工序的施工驗收難以全面落實，導致不合格的施工工序進入下一道施工流程作業(yè)，為后續(xù)的支座施工質(zhì)量埋下風險隱患。施工部門對支座的安裝不夠重視，認為支座安裝的技術(shù)要求不高，不需要做太多的技術(shù)和人員準備。而且橋梁支座的施工時間比較長，在后期管理中，存在管理松散、管理不到位的問題。目前很多施工企業(yè)尚未建立起橋梁支座的自檢自查體系，在安裝施工過程中，施工單位的質(zhì)量意識不強，自檢體系難以正常運作，現(xiàn)場質(zhì)量管理人員責任心不夠，導致橋梁支座安裝質(zhì)量受到負面影響較大，難以保證整體施工質(zhì)量。

2 橋梁支座破損

2.1 橋梁支座的破損表現(xiàn)

橋梁支座產(chǎn)生變形開裂破損等情況，是橋梁施工中常見的問題，但對橋梁的整體質(zhì)量和安全有重要影響。一般在橋梁支座正式安裝完成后，橋梁運行一段時間，受到橋梁上部結(jié)構(gòu)載荷的影響，各種問題會陸續(xù)爆發(fā)，如支座的墊石出現(xiàn)變形開裂、支座混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等橋梁支座的破損問題。這些問題如果不能及時處理就很容易導致支座的鋼板、墊石接觸不夠緊固，產(chǎn)生上部的梁箱出現(xiàn)顯著的滑移問題。產(chǎn)生這些問題的主要原因是：第一，支座的鋼結(jié)構(gòu)箱梁施工安裝出現(xiàn)工藝問題，如單跨度的落梁在上梁后再進行焊接連接，這樣相比整體焊接完成后再上梁施工的梁箱結(jié)構(gòu)，很容易出現(xiàn)連接應力受力不均勻、應力釋放分布不平衡等問題。第二，支座的鋼板調(diào)平中施工工序不正確。施工單位在進行支座鋼板調(diào)平中，因為前期板材加工精度不合格，導致落梁完工后存在大量間隙，只能采用鋼板進行填充，現(xiàn)場施工的精度難以達到設(shè)計要求。第三，支座的墊石結(jié)構(gòu)在沒有進行預處理就進行施工，導致支座墊石上的鋼板、螺栓等結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)平整度要求，在進行打孔錨固墊石結(jié)構(gòu)時，因為遇到墊石內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)，只能導致孔位錯位，讓后續(xù)的鋼板施工時出現(xiàn)孔位不準的情況，為減少施工量，存在現(xiàn)場施工單位強行安裝鋼板，直接影響支座整體安全[2]。

2.2 橋梁支座破損問題的處理措施

針對橋梁支座存在的各種破損問題，要組織技術(shù)工藝專家在現(xiàn)場調(diào)查之后進行有效及時處理，避免破損問題加劇，導致橋梁支架難以正常運行。橋梁支座破損問題的處理措施主要包括，頂升現(xiàn)有橋跨的箱梁結(jié)構(gòu)，對橋梁支座出現(xiàn)的破損區(qū)域進行修復，更換全部的支座墊石，再重新將落梁安裝落下。問題處理的工藝方案如下：

一是做好施工準備。橋梁支座的破損治理屬于返工的內(nèi)容，在正式施工之前，要對需要的材料、設(shè)備和人員進行有效組織，對送達現(xiàn)場的施工原材料、半成品質(zhì)量進行檢查，確保項目施工所有使用的材料和構(gòu)件都符合設(shè)計要求。要對施工中需要用到的千斤頂?shù)仍O(shè)備進行校準，需要使用的各類配套專業(yè)技術(shù)人員都要選用具備上崗資格證書的人員。

二是提高對頂升力等參數(shù)指標的計算精度。要在施工現(xiàn)場針對箱梁的受力計算注重全面而不遺漏，注意將箱梁防撞設(shè)施的重量計入相關(guān)的頂升力參數(shù)指標中，要把設(shè)計數(shù)值和實地測得的數(shù)值進行對比后進行橋梁支座的承載力計算。在具體施工過程中，千斤頂?shù)仍O(shè)備安裝完成后，統(tǒng)一在之下放置標好編號的油管，并做好記錄工作，確保千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)處于可控狀態(tài)。

三是橋面約束拆除中要避免出現(xiàn)橋面位移。在頂升施工工序解除之前，保證聯(lián)系橋梁的縱橫結(jié)構(gòu)都處于穩(wěn)固狀態(tài)，如伸縮縫、止水條和防撞護欄的連接鋼筋等，避免梁體在頂升施工中出現(xiàn)橫向位移問題。如果橋梁支座的蓋梁設(shè)計有混凝土的限位塊，就要利用楔形鋼塊控制混凝土坡面的伸縮部位，以避免限位塊發(fā)生縱向偏移。

四是保證臨時支撐的強度。頂升施工中，要為千斤頂設(shè)置臨時的鋼支撐保險裝置，一般是設(shè)置在支座箱梁的正下方。支撐結(jié)構(gòu)的鋼管壁厚要超過1cm，直徑大于15cm，以保證鋼支撐的穩(wěn)固。箱梁的頂升施工中要嚴格執(zhí)行施工需要，保證安全施工和施工質(zhì)量。在箱梁進行頂升施工之前要進行試頂升，主要是以正式頂升的流程組織人員、設(shè)備進行演練，保證正式頂升施工中工序質(zhì)量符合要求和標準，為正式施工做好準備。正式頂升施工中，首先要優(yōu)化調(diào)整頂升力；其次采用支座聯(lián)合頂升操作，提高支座之間的頂升同步精度。在箱梁脫離之后，要安裝穩(wěn)定可靠的臨時支撐，及時組織墊石施工，更換支座，保證新更換的支座鋼板和箱梁形成緊密接觸，保證受力均勻。

五是提高墊石施工的穩(wěn)固性。墊石的尺寸大小要滿足設(shè)計要求，一般選用100cm左右的小正方體石材為宜。墊石鋼筋周圍的處理中，要針對墊石的間距大小來合理布置鋼筋位置，保證鋼筋植入的數(shù)量，注意施工時鉆孔的深度和直徑精度，做好孔洞的清潔，為后續(xù)的錨固螺栓安裝做好準備。

六是支架更換過程中要注重細節(jié)精度的把控。在更換支座施工中，對于橡膠支座，利用倒鏈進行牽引施工，保證支座平臺高度和預埋的鋼結(jié)構(gòu)頂面的水平。舊橡膠支座移除之后，新的橡膠支座也利用倒鏈移動到安裝位置，要從安裝的定位、高程、平整度、外觀完整度等多方面堅持監(jiān)控安裝情況，全部指標合格之后才能進行灌漿固定施工。

七是做好支座調(diào)平和墊石灌漿、落梁等后續(xù)操作。要嚴格執(zhí)行設(shè)計標準，保證后續(xù)各項施工滿足設(shè)計要求，確保支座梁體穩(wěn)固地支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)[3]。

3 橋梁支座墊石加固

橋梁支座的維護保養(yǎng)中，支座如果出現(xiàn)凹凸不平就會導致箱梁受力不在統(tǒng)一平面上，從而支座出現(xiàn)懸空問題，影響橋梁的整體穩(wěn)定和安全。目前主要采用3種主要的技術(shù)來治理橋梁支撐墊石加固問題，增加墊石的穩(wěn)固性。

一是搗振填埋半干硬砂漿技術(shù)。該技術(shù)能使用簡單的施工工具，在較短時間內(nèi)完成支座墊石加固。操作的流程是，首先把支座底部的支撐面采用風鎬、彎嘴等設(shè)備進行鑿毛處理，在經(jīng)過檢查之后進行搗振泥漿施工，采用先上后下，先輕后重的方式進行搗鼓、封固施工。支座使用的搗填泥漿一般不高于100mm，如果超過范圍就要用分層分次搗固施工，確保搗固厚度不超標。在搗固完成之后，要采用水泥砂漿制作流水坡，坡度控制在1∶1.5，頂面要略低于支座底面，以避免底部積水。前面施工完成之后，就對流水坡和砂漿面進行濕草袋覆蓋的養(yǎng)護。一般養(yǎng)護7d左右。

二是環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)。主要是利用新型的環(huán)氧樹脂砂漿混凝土進行施工，利用環(huán)氧樹脂砂漿混凝土施工效率高、凝固快的優(yōu)勢，縮短施工周期。在施工中也要進行鑿毛施工。為避免環(huán)氧樹脂在支座上過于黏稠，可以先在支座底模刷涂機油、墊上塑料材料如舊水泥袋進行隔離。環(huán)氧樹脂混凝土相比傳統(tǒng)混凝土具有更好的強度，能更好地保證墊石結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)開裂等問題。

三是注鉛技術(shù)。該技術(shù)主要是提高平板支座的整治處理強度。主要是要把支座頂起之后，沿著支座四周開鑿出一條環(huán)形槽。在清理環(huán)形槽并干燥之后，作出支座頂面的圍模，一般高度和寬度要適應支座的底縫情況進行調(diào)整。要設(shè)置注鉛液的入口和排氣孔。在利用鐵桶加熱鉛塊之后，將鉛液快速注入圍模中。要一次性注滿支座的縫槽。在注入1～2min之后，就可以進行多余鉛體的清理，并利用錘擊，保證鉛體和混凝土槽口的緊密連接[4]。

4 橋梁支座更換

橋梁支座的更換目前常用的是扁頂法更換，就是利用超薄液壓千斤頂頂起梁體。用在控制梁體上升速度，保證同一橋跨中各梁體受力均勻同步的情況下進行支座更換。鞍座支撐法、枕木支撐法等也是常見的更換方式，橋梁支座更換施工要使用多種大型機械設(shè)備，如液壓站、裝載車、氣割設(shè)備、液壓分配均衡器等。

5 結(jié)束語

橋梁支座破損是影響橋梁安全使用的重要因素。本文分析橋梁支座破損后的施工流程，針對橋梁墊石加固研究了技術(shù)施工方法。要高度重視橋梁支座破損更換和墊石加固工作，以橋梁支座的安全運行保證橋梁的安全可靠使用壽命。