基于可调高度垫石的空心板桥支座病害处置技术

施笃铮， 程 坤， 唐国斌

(1.河南省交通科学技术研究院有限公司， 河南 郑州 450015； 2.河南省交通工程加固有限责任公司， 河南 郑州 450015； 3.公路桥梁安全检测与加固技术交通运输行业研发中心， 河南 郑州 450015)



基于可调高度垫石的空心板桥支座病害处置技术

施笃铮1,3， 程 坤1,2,3， 唐国斌1,2,3

(1.河南省交通科学技术研究院有限公司， 河南 郑州 450015； 2.河南省交通工程加固有限责任公司， 河南 郑州 450015； 3.公路桥梁安全检测与加固技术交通运输行业研发中心， 河南 郑州 450015)

为解决以支座脱空为代表的空心板桥支座病害问题，提出了一种基于可调高度垫石的支座病害处置技术，旨在通过上下楔形滑块的相对滑动达到主动调节支座高度的目的。介绍了该可调支座垫石的安装施工工艺，并在某高速公路30 m空心板桥改扩建过程中进行了应用，为今后类似工程提供可以借鉴的技术和经验。

空心板桥； 支座； 病害； 可调高度垫石

1 概述

橡胶支座作为满足桥梁上部结构传力和变形需要的装置，在安装或运营过程中，经常会出现受力不均匀甚至脱空的现象，尤其是对于支座数量较多的空心板桥。梁体与支座脱空后就直接改变了其受力状态，使支座呈偏心受压和局部受压状态，上部荷载作用在支座上的局部应力也大大增加，极易引起支座开裂、变形过大和压坏损伤，同时降低非脱空支座的使用寿命[1]。更进一步讲，由于梁体支座约束的改变，使得梁体局部承压增大，在车辆荷载的反复作用下，梁体会在竖向产生位移和震颤，严重时会引起梁端部混凝土的纵向开裂，损坏桥面铺装层，进而影响桥梁的使用寿命。

目前针对支座脱空病害的处置方法较多，如加塞钢板、加配重[2]、直接调整主梁姿态[3]和顶升更换[4，5]等，但这些方式或多或少的都存在一定缺陷，例如对主梁自身受力不利、无法从根本上解决问题等。针对空心板桥常见脱空病害，本文提出通过主动改变垫石高度的方式来根本上解决支座脱空的问题，研发相应的装置，且在相关工程中进行验证，以期为类似工程提供可以借鉴的技术和经验。

2 支座受力不均的危害

首先为了解支座脱空引起梁板其他支座反力重分配的情况，以典型空心板为例，建立其实体有限元模型进行计算分析，有限元模型及支座编号如图1和图2所示。

图1 有限元模型Figure 1 Finite element model

图2 支座编号示意图Figure 2 Schematic diagram of bearing number

计算包括梁板自重和30 t跨中集中荷载两种工况，分别掌握无脱空和一个支座脱空后其余支座反力的变化情况，计算结果见表1。

从表中可以看出，2#支座脱空，自重荷载作用下其相邻非脱空支座反力增大2倍，远端两支座的受力也会极不均匀，分别增大78%和减小78%。跨中30 t集中荷载作用下其相邻非脱空支座反力增大1.41倍，远端两支座的受力分别变为脱空前的1.26倍和0.15倍。

表1 支座反力计算结果Table1 ResultsofbearingreactionforceskN支座编号无脱空自重荷载30t集中荷载2#脱空脱空后/脱空前2#脱空脱空后/脱空前11062122.001501.41210603106230.22160.1541061891.781341.26

因此从计算结果来看，对空心梁板桥，因自身刚度原因，支座脱空后会引起其余支座反力的剧烈变化，进而会造成两侧腹板的受力重分布，对桥梁受力非常不利。总的来看，其危害主要表现为：

① 损坏空心板。

梁体与支座脱空后，由于梁板支座约束的改变，影响梁体受力性能，长期作用会使梁体出现斜裂缝或梁端混凝土破碎，缩短桥梁使用寿命。

② 损坏桥面。

梁体与支座脱空后，梁体不稳定，车辆荷载作用下，产生竖向振动，导致梁板之间铰缝失效，横隔板开裂，桥面铺装破坏，影响行车舒适性。

③ 损坏墩台。

支座脱空造成墩、台支撑约束发生变化，使得均匀承受和传递的荷载集中于某一点，产生过度的应力集中，造成墩台帽混凝土破碎和开裂等病害。

④ 降低支座使用寿命。

支座脱空后，使得支座由原本受正常静、动荷载作用，转变为较大的冲击荷载作用，降低支座使用寿命。

⑤ 损坏伸缩缝。

桥梁支座的脱空造成梁体变形加大，进而使伸缩缝扭曲、变形、渗水、嵌钳异物等，从而破坏伸缩缝结构，影响桥梁整体使用性能。

3 可调高度垫石技术

桥梁用可调高度支座垫石是专门针对装配式梁桥支座受力不均乃至脱空病害的一种主动防治技术。以30 m跨空心板桥用可调高度垫石为例，给出了其内部结构图如图3所示，装置由楔形上下滑块、推进螺杆、上滑挡块、下滑挡块和底座组成，通过调整螺杆的旋转方向推进或拉伸下滑块，来满足支座不同抬升高度的要求。可调高度垫石实物图如图4所示，上滑块和下滑块选用质量较轻的酚醛树脂纤维层压板高聚合物材料，其余部件均为钢材。

图3 可调高度垫石内部结构图(单位： mm)Figure 3 Principle of height-adjustable cushion stone(unit： mm)

图4 可调高度支座垫石照片Figure 4 Picture of height-adjustable cushion stone

使用时只需直接安装本装置或将原有混凝土垫石更换为本装置即可，通过主动调节垫石高度，合理施加预顶力，使梁板受力均匀，有效改善支座受力问题，从而有效解决因为支座脱空而导致的铰缝病害和板梁自身病害问题。另一方面，对于后期使用过程中如果支座继续出现脱空病害，则只需要调整垫石高度即可，无需顶升桥梁。

可见，与传统桥梁垫石相比，可调支座垫石具有以下优点：

① 垫石高度可调，避免支座脱空。

可调支座垫石支座调整高度在1～2 cm，当支座脱空后可以推进螺杆，增加垫石高度，抬升支座，从而确保支座与板梁紧密接触。

② 桥梁运营过程中，确保支座受力均匀。

垫石高度调整过程中，可采用扭矩扳手对螺杆施加相同的扭矩，从而使支座反力大致相同，减少受力不均匀现象发生。

③ 支座发生病害后，便于支座更换。

桥梁运营中，当支座出现老化、开裂等病害时，需要进行支座更换。传统养护中，通常采用整体顶升的方法，将一排支座全部更换。采用可调支座时，只需后退螺杆，即可取下旧支座，更换新支座。

4 工程应用

类似于传统的支座更换工艺，可调支座垫石安装过程主要遵循如图5所示施工流程，具体步骤如下：

① 原有支座垫石状况调查：调查垫石高度、尺寸等参数，作为可调支座垫石选型的参考依据。

② 梁板顶升：根据支座反力进行千斤顶选型，顶升过程中应保证各千斤顶同步工作，且分级进行。高差、油压误差必须严格控制在误差范围内，上一级操作的误差可在下一级操作中进行调整，顶升至支座顶面具有5～10 mm的施工空间即停止顶升。

③ 拆除原有支座垫石：取出支座后对原混凝土垫石进行清理凿除，利用氧割等工具辅助切割支座垫石处钢筋。

④ 安装可调支座垫石：根据现场实际情况结合设计标高铺垫环氧砂浆进行初步标高、坡度等调整。可调垫石尺寸位置放样需满足轴线偏位小于5.0 mm，截面尺寸±5 mm。安装完毕后注入专用油脂，并旋转螺杆丝退出2/3长度以外，以方便支座安装。

⑤ 安装支座及千斤顶卸载：新支座安装完成，且支座安装质量检查符合标准要求后，进行千斤顶卸载，相应过程应保证与顶升相同的质量控制要求。

⑥ 高度调整：根据设计支座反力反推所需扭矩大小，采用专用扭矩扳手调节垫石高度至满足设计支座反力即可。

图5 可调支座垫石施工工艺流程图Figure 5 Construction flowchart for height-adjustable cushion stone

连霍高速公路洛阳至三门峡段桥梁大量采用30 m预应力混凝土空心板结构，运营过程中常出现支座脱空并因此导致腹板斜裂缝等相关病害，在桥梁改扩建过程中采用了可调支座垫石进行支座脱空病害的处置。

根据30 m跨空心板桥设计图、螺杆直径和螺纹工作高度等可计算出均匀受力状况下的预紧力矩为95 kN·m，采用专用扭矩扳手调节至该扭矩，图6为现场调整支座反力。

经近2 a的运营实践表明，采用可调支座垫石的桥梁支座未出现脱空、变形等常规桥梁病害，验证了可调高度垫石技术的应用效果。

图6 现场调整支座反力照片Figure 6 Picture for in-site adjusting bearing reaction force

5 结论

本文提出了一种基于垫石高度可调的支座脱空处置方法，研发了相应产品，且在连霍高速公路洛阳至三门峡段30m空心板桥改扩建过程中进行了应用，有效解决了空心板桥支座脱空问题。

研发的可调支座垫石具有安装工艺简单、综合成本低、施工时间短等特点。同时，采用可调支座垫石后，降低了抬升支座的难度，可以多次调整支座高度，便于后期养护中及时更换损坏支座而无需顶升主梁，从全寿命养护的角度看，具有显著的经济和社会效益。

[1] 朱小青,陈淮,于品德.支座脱空对西张村大桥受力性能的影响[J].郑州大学学报(工学版),2010(5):70-73.

[2] 陈福斌,丁茂瑞,吴健,等.某钢箱梁桥支座脱空原因分析及处治[J].中外公路,2010(4):149-152.

[3] 兰振波,李敏娜.大纵坡、小半径曲线钢箱梁支座脱空处理[J].桥梁建设,2014(06):117-121.

[4] 李晓翔,张勇.公路桥梁板式橡胶支座典型病害及原因分析[J].铁道建筑,2013(06):27-30.

[5] 乔乃洪,陈向辉.公路桥梁板式橡胶支座的病害及维修方法[J].交通运输工程与信息学报,2006(01):104-109.

Disposal Technique ForBearing Disease of Hollow Slab Bridges Based on Height-Adjustable Cushion Stone

SHI Duzheng1,3, CHENG Kun1,2,3, TANG Guobin1,2,3

(1.Henan Transporation Research Institute CO.,LTD, Zhengzhou， Henan 450015， China; 2.Henan Traffic Engineering Reinforcement CO.,LTD, Zhengzhou， Henan 450015， China; 3.Highway Bridge Safety Inspection and Reinforcement Technology Transportation Industry Research and Development Center, Zhengzhou， Henan 450015， China)

In order to solve the bearing disease of hollow slab bridges, a disposal technique that replacing the normal bearing cushion stone using a height-adjustable bearing cushion stone is proposed in the paper. The height of the developed bearing cushion stone, which is composed of two wedge sliders, can be actively adjusted by moving the bottom slider. In addition, the construction technique for installing height-adjustable bearing cushion stone is carried out, and an application example of the cushion stone in an expressway bridge with span of 30m is presented.

hollow slab； bearing； disease； height-adjustable cushion stone

2016 — 08 — 15

河南省重大科技专项(151100310900);河南省重点科技攻关项目(152102310252);河南省交通运输科技计划项目(2013K30)

施笃铮(1970 — )，男，河南许昌人,工学博士，高级工程师，主要研究方向为桥梁设计、检测、监测与加固技术。

[文献标识码] [文章编号] 1674 — 0610(2016)05 — 0144 — 03