桥梁支座病害成因及防治

李爱武

我国从 20世纪 60年代开始对板式氯丁橡胶桥梁支座进行了研究和试验,并在南方开始推广应用,在 70年代开始试验以天然橡胶为主体的低温板式橡胶支座,并应用于北方,从此各种桥梁支座在全国广泛应用。现笔者就多年来对养护管理中桥梁支座存在的病害、造成的原因以及如何防治浅析如下。

1 支座作用及分类

1.1 桥梁支座的作用

1 )将上部构造恒载和活载可靠地传递给墩台。

2 )适应由于温度、湿度等环境变化引起的结构胀缩变形。

3 )阻抗风力、地震波等引起的结构平移、减轻振动对结构的不利影响。

1.2 桥梁支座的分类

1 )梁式桥的支座,通常用钢板、橡胶或钢筋混凝土等材料来制作。

2 )钢筋混凝土和预应力混凝土桥的支座,通常用简易垫层支座、弧形钢板支座、钢筋混凝土埋柱式支座、橡胶支座、拉力支座、减隔震支座等。

目前我国普遍采用的是橡胶支座,主要可以分为三种形式：板式橡胶支座、盆式橡胶支座、四氟橡胶滑板支座。

2 支座病害调查

通过对我单位养管的520座桥梁的全面调查,以及多年来对桥梁养护管理中桥梁支座的观察资料分析,桥梁支座的病害可分为以下几种。

2.1 板式橡胶支座

板式橡胶支座的本体是若干层橡胶片和薄钢板为刚性加劲物(也可用帆布、钢丝网或钢筋)组合而成,各层橡胶与钢板之间经涂胶接挤加压硫化牢固粘结成一体。

主要病害：

1 )表面裂纹。主要是板式橡胶支座本体表面出现龟裂裂纹和水平裂缝。龟裂裂纹且裂纹宽度小于 0.5 mm,没有水平裂缝,为轻微程度,当裂缝宽度大于 2mm且水平裂缝长度大于相应边长的 50%或 25%,就属于极严重和严重。即支座功能严重老化,将危及行车安全。产生的原因是支座质量差或养护不当等。

2 )钢板外露。主要是有支座表面的龟裂裂纹中目测到板式橡胶支座本体内部的薄钢板裸露,钢板橡胶支座工作的机理是钢板的拉力是通过橡胶与钢板之间的粘结力来传递的,钢板裸露表明局部粘结区域的粘结强度已超过,表明板式橡胶支座问题严重。产生的原因主要是钢板位置不够准确,造成有的边保护层减小,裂缝比较严重,导致钢板外露。

3 )不均匀鼓凸与脱胶。主要是板式橡胶支座两侧或一个侧面上下之间不均匀鼓凸现象,沿支座一侧外鼓长度占相应边长25%以上时属于严重级。产生的主要原因是支座质量造成的。

4 )脱空。主要是支座与梁底面或支承垫石顶面出现的裂缝大于相应边长的 25%时,为局部脱空;当缝隙等于边长时,为全脱空。产生的原因主要是施工质量控制不严,如墩台顶支座垫石标高控制不当或垫石强度过低,受压后破碎,引起脱空;也可因支座安装温度过高或过低,造成梁体伸缩过大导致支座出现难以恢复的纵向一侧较明显的半脱空。

5 )支座剪切超限。板式橡胶支座在最高或最低温度条件下,上部结构恒载作用时,其tanα＞0.50,板式橡胶支座剪切变形过大,严重损坏梁体,缩短了桥梁整体使用寿命。产生的主要原因是安装温度过高、过低,随着环境温度的变化,混凝土胀缩,徐变和汽车制动力的作用引起过大剪切变形。

2.2 盆式橡胶支座

盆式橡胶支座是由不锈钢滑板、聚四氟乙烯板、盆环、氯丁橡胶块、钢密封圈、钢盆塞及橡胶防水圈等组成。它是利用设置在钢盆中的橡胶板达到对上部结构承压和转动的功能,利用聚四氟乙烯板和不锈钢之间的平面滑动来适应桥梁的水平位移要求。

主要病害：

1 )钢件裂纹和变形。钢件裂纹是指盆式橡胶支座的杆件表面出现肉眼可见的裂纹,主要是钢盆(下支座板)的表面裂纹。而钢件变形时至支座盆底钢板四角在支座反力作用下出现表面翘起的现象。盆式橡胶支座钢件裂纹和变形现象往往相互伴随。

2 )钢件脱焊。主要是指钢板与盆底之间的焊缝脱开的现象。在支座力作用下,盆式橡胶支座内的橡胶板受压变相受到盆环干板约束。这时圆环形盆环干板受到水平径向力作用,在盆环和盆底之间截面上将产生剪应力,而盆环和盆底之间焊缝承接剪应力作用。出现钢件脱焊,支座达不到设计承载力计算的要求,故属于严重级。

3 )聚四氟乙烯板磨损。主要是指盆式橡胶支座中由于聚四氟乙烯板和不锈钢之间滑动锁产生的磨损。其磨损性能直接影响盆式橡胶支座的使用寿命。我们一般根据聚四氟乙烯的外露高度H来判断聚四氟乙烯的损坏程度。当H≥1.0mm时支座正常,当0.5mm≤H≤1.0mm时支座已经劣化,当0.2mm≤H≤0.5mm时,应经专家鉴定后更换支座;当H≤0.2mm时应立即更换支座。

4 )支座位移超限。主要是盆式橡胶支座的聚四氟乙烯滑出不锈钢板面范围。当位移超限小于 10mm时,比较严重,当位移超限不小于 10mm时,应立即更换支座。产生的原因主要是支座本身质量,极限抗压强度不够和安装质量较差引起的。

5 )钢盆锈蚀。主要是钢盆的外表保护漆脱落,钢件锈蚀的现象。

3 支座病害的防治

3.1 合理选择支座

1 )跨径小于 10m的简支板梁桥,适宜选用简易垫层支座。2)跨径在 10m～20m,支承反力不超过 600 kN的简支梁桥,宜选用弧形钢板支座。3)跨径不小于 20m,且要更好地保证梁端自由移动的梁式桥,宜选用钢筋混凝土摆柱式支座。4)板式橡胶支座不仅技术性能优良,还具有构造简单、价格低廉、安装方便、养护简便、易于更换、缓冲隔震、建筑高度低等优点,因而被广泛使用于各种桥型。选用板式橡胶支座时,支座的最大承载力应与桥梁支点反力相吻合,其容许偏差范围宜为 ±10%。普通板式橡胶支座适用于跨度小于 30m,位移量较小的桥梁,正交桥梁一般采用矩形支座,弯、坡、斜桥及圆柱墩桥一般采用圆形支座。四氟板橡胶支座适用于大跨度、多跨连续、简支梁连续板等结构的大位移量桥梁。5)盆式橡胶支座承载能力大,水平位移量大,转动灵活且重量轻,构造简单节省钢材,降低造价等优点,是适用于大跨桥梁的理想支座。

3.2 严格控制施工

1 )对预制梁底模要进行基底应力验算,要随时检查、校正,特别是雨季、冻融季节和采取蒸汽养生时,由于底模端部受水及温度影响,容易变形沉降,要随时进行标高测量,发现因基底承载力不足或其他原因而造成底模沉陷变形时及时处理。

2 )梁板预制后,存放时间不应过长,一般以不超过 60 d为宜。安装后,应及时整体化进行桥面铺装层施工,以防止反拱过大造成支座脱空。

3 )灌浆的水灰比宜控制在 0.4～0.45,可适量掺入减水剂(如木钙)、膨胀剂(如铝粉),以获得较大流动性及较小的收缩性。

4 )严格控制盖梁及墩台帽施工质量,其坡度、标高、表面平整度必须达到设计要求。

5 )支座垫石施工要精细,除达到要求的强度外,顶面标高控制需要更加严格,且顶面平整密实,没有偏斜现象。

6 )弯、坡、斜桥,由于相邻墩台主梁的坡度一般是不同的,支座标高需经垫石来调整。

7 )梁板吊装前,再对支座垫石标高进行一次认真测量,并对测量结果整理分析,发现有标高不妥的垫石进行处理,高的要仔细凿平到位,低的用薄不锈钢板调整。

3.3 加强养护

桥梁支座应严格按照《桥梁养护规范技术规范》定期进行检查、养护和维修,对于发现的问题需及时处理,延长支座与桥梁使用寿命。

1 )伸缩缝破损的胶条要及时更换,避免雨水及杂物下漏,损坏支座。

2 )支座各部位应保持完整、清洁。及时消除支座周围的垃圾杂物,冬季清除积雪和冰块,保证支座正常工作。同时应进场清扫污水、油脂,排除墩、台帽积水,防止橡胶支座接触油脂而加速老化、变质而失去作用。

3 )对四氟滑板橡胶支座,若四氟滑板与不锈钢板接触面间进入泥沙或硅脂油干涸时,要及时清扫,并注入新的硅脂油。

4 )对于被盗与病害明显支座及时补足更换,并设置防盗装置。

综上所述,造成支座病害的原因很多,涉及到很多方面,如：梁板底模及预制、吊装、垫石施工、支座选择、安装、高程测量控制、施工过程中的相关质量控制和养护管理等。所以,在施工前要选择合理的支座形式,严格按照施工工艺,认真制定支座安装等质量控制措施,注重过程控制,保证工程质量。同时,要注意支座的定期检查、养护、维修,发现问题及时处理,延长支座及桥梁使用寿命。

[1] 陈书平,李传习.新建桥梁橡胶支座的常见病害分析[J].山西建筑,2009,35(4)：328-329.