山区高速公路桥梁球型支座的应用

蒙明俊，陈文强，龚文剑

(1.贵州高速公路集团有限公司,贵州 贵阳 550000；2.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

山区地形起伏大、桥梁多、墩柱高，通常使用的橡胶支座因维修和更换难度大、费用高，极大增加营运困难。球型支座因其大跨度、大位移、大转角、大承载力的特性，且理论上讲可与桥梁寿命相同，在使用寿命期内无需进行支座更换，可大大节省后期养护维护费用，减低营运难度。为改善桥梁支座全寿命周期的使用状况，以都匀至香格里拉高速公路六盘水～威宁K1+175～K32+700段工程为依托，针对桥梁球型支座的病害分析、设置原则、设计改进和施工控制等进行深入研究，为山区高速公路桥梁球型支座的工程应用提供理论和实践支撑。

1 球型支座病害成因分析

球型支座由上(下)支座板、球形板、聚四氟乙烯滑板和防尘(水)系统等部件组成，其转角和位移分别通过球型板与球面四氟板及上支座板与平面四氟板之间的滑动来完成，可分为多向、固定、单向等三种基本形式。通过对桥梁球型支座的使用现状进行调研发现，因球型支座的设计、制造、施工等环节控制不当，造成的典型病害主要包括位移滑动失效；支座污染；支座锈蚀；支座倾斜、脱空；灌浆层开裂或不密实；位移滑动方向安装错误；固定约束未解除等。

2 球型支座的设置原则

通过对球型支座病害的调查，依据病害的分析研究，制定球型支座的设置原则。首先，支座必须水平设置，根据桥梁变位和力的传递方向，在无约束的工况下能将桥梁上部结构的反力顺利传递到下部结构；其次，有利于可靠传递水平和垂直反力，并能抵消拉应力。最后，确保桥台承受水平力，使桥台顶部受压，并平衡部分台后土压力。

3 球型支座的设计优化

为改善山区高速公路桥梁球型支座全寿命周期的使用状况，根据球型支座的病害分析和设置原则，从滑板材料、支座尺寸、防尘装置、涂装防腐等方面对支座进行设计优化。

(1)优化球型支座滑板材料的选择。支座滑板性能的可靠性对支座位移影响很大，严重时甚至会导致支座位移滑动失效，因此支座滑板材料的选择关系到支座的耐久性。由于改性超高分子量聚乙烯具有超强的自润滑性，即使在无润滑剂的情况下，滑动也不会引起发热粘着现象。同时，改性超高分子量聚乙烯耐磨性能好，尤其适合于在滑移速度较快的条件下使用。故选择改性超高分子量聚乙烯进行试验，其试验结果表明：改性超高分子量聚乙烯在磨耗过程中，摩擦力平稳变化，未发现明显的材料磨损现象，长距离磨耗率极低，初始静摩擦系数小，动摩擦系数稳定，耐久性优良，完全符合山区高速公路梁桥球型支座的使用要求。因此，将球型支座滑板材料由纯聚四氟乙烯滑板及填充聚四氟乙烯复合夹层滑板替换为改性超高分子量聚乙烯材料滑板。

(2)优化的支座尺寸。球型支座因其大跨度、大位移、大转角、大承载力的特性，大多应用于大跨径、大曲线、大宽度的大型桥梁，支座尺寸均较大，而山区高速公路除特殊结构的大型桥梁外，大多为20 m、30 m和40 m的预应力T梁，无需大尺寸的支座，因此需要根据山区高速公路桥梁的结构尺寸对球型支座的尺寸进行相应调整，以减小支座尺寸和减轻支座重量。

(3)优化支座防尘装置。支座应设置可靠、有效的防尘设施，但在实际工程应用中，对防尘设施不重视，导致防尘设施较粗糙未能起到防尘的作用。故而，对支座的防尘设施进行改进，选用不老化的聚四氟乙烯浸渍玻璃布进行密封，当中座板发生转动时，聚四氟乙烯浸渍玻璃布也随之伸展或收缩，使支座球面处密封严密，始终严密处于无污染环境。

(4)优化涂装防腐方案。因山区酸雨、多雨、湿度大等影响，普通的涂装防腐方案极易导致支座的锈蚀，进而影响其耐久性。因此，必须采用可靠的涂装防腐方案，改进采用富锌底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆组成的表面防护方案，并按照《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》(GB/T 1771-2007)的要求进行盐雾试验，试验结果显示，此涂装防腐方案可以满足山区特殊环境的涂装防腐要求。

4 球型支座的施工工艺控制

(1)支座下板倾斜的工艺控制。因支座垫石不平整引起支座下板的倾斜，进而影响支座的位移和转角。因此在施工中应加强支座垫石的精细化施工控制。首先，应加强测量控制，特别是螺栓预留孔的预埋，确保螺栓预留孔平面偏差不大于5 mm；其次，为确保支座垫石混凝土的密实度，在混凝土浇筑时，机械振捣以混凝土停止下沉、不出气泡为宜；最后，为避免支座垫石的不平整造成支座下板的倾斜，在支座安装前，应对支座垫石顶面进行打磨处理，并用水平尺反复测量，控制支座顶面的高差在±2 mm以内。

(2)支座上板倾斜的工艺控制。山区高速公路的桥梁大多位于竖曲线段落，存在一定的纵坡，而在预制梁板时未严格按照纵坡坡度进行设置，导致梁板底部与支座上板之间的接触面存在缝隙引起支座的倾斜。针对此问题，在预制梁板时，在预制台座设置螺母调节式或活动铰座式坡度调节器，保证梁板底部纵坡坡度准确。

(3)灌浆层开裂或不密实的工艺控制。因灌浆层过厚造成应力过大出现开裂；灌浆层不密实形成空洞，引起受力不均，进而导致支座的损坏。因此，首先应通过测量控制灌浆层厚度；其次，灌浆料采用机械搅拌约3 min，并掺入适量的膨胀剂，灌浆料采用"自重法灌浆"法进行灌浆；最后，在灌浆过程中不得进行机械振捣，为确保灌浆层的密实，可适当进行人工插捣。

(4)固定约束解除的工艺控制。在安装球型支座时，未将支座的临时固定螺栓拆除，造成球型支座约束未解除，导致支座的变形或损坏。因此，首先在支座施工前应进行技术交底，让技术管理人员和操作工人均知晓支座的安装工艺和控制要点。其次，在支座安装就位后，立即采用气割或拧下固定螺栓解除约束，并安排专人进行复查。

(5)位移方向安装的工艺控制。球型支座可分为多向、固定、单向等三种基本形式。在支座安装前应进行技术交底，严格安装设计要求，核对支座位移方向后方可安装。否则，位移方向安装错误将造成梁体混凝土徐变和温度应力无法释放，进而影响梁体混凝土和支座的耐久性。因此在支座安装完成后，应安装专人进行核查。

5 结 语

通过球型支座的应用研究发现，针对球型支座的设计优化和施工工艺控制，使山区高速公路桥梁支座全寿命周期的使用状况得到显著改善，为球型支座在山区高速公路桥梁建设中的广泛使用提供了有益的理论研究和应用实践。