浙江省公路桥梁支座更换情况调查研究

周 攀 ，傅长荣 ，郭 辉

（1.丽水学院工学院，浙江丽水323000；2.浙江省公路与运输管理中心，浙江杭州310009）

0 引言

桥梁支座作为桥梁结构中重要的传力装置，发挥着将桥梁上部结构承受的荷载和变形（位移和转角）可靠地传递给桥梁下部结构的关键作用，直接关系到桥梁运行安全和服役寿命。但由于自身老化和安装不规范等问题的存在，桥梁支座会受到不同程度的损伤，有的甚至危及桥梁整体安全，必须进行更换[1]。

浙江省路网发达，加之河流纵横交错、湖泊星罗棋布，各等级公路线上分布着数量众多、形式多样的桥梁，截至2019年底全省公路桥梁总数已达51 106座，累计360.32万延米，桥梁更换支座情况十分普遍。因此，做好相关研究提高桥梁支座更换技术水平和质量，对于浙江省桥梁运行管理乃至全省交通事业发展具有重要意义。

本文通过对浙江各地区近10年完成支座更换的公路桥梁进行系统调查研究，总结了浙江省公路桥梁支座更换的基本现状，分析了常用支座更换后的病害产生原因、病害发展规律和质量管控重难点，并以此为基础提出加快不停车更换支座标准出台、严把支座原材料质量等针对性建议，旨在为相关研究提供调研基础和技术支持，进而推动浙江省公路桥梁支座更换技术发展。

1 调查研究方式

此次调研从工作开展实际出发，结合桥梁支座更换基础理论，围绕桥梁规模、线形、上部结构形式，支座更换时间（数量）、支座类型、更换过程是否中断交通、更换前后病害情况以及支座更换建议等19项重点内容，以向全省各地区（县市）公路局、高速公路管理处（公司）等公路管养部门和企业进行问卷调查、专题座谈以及实地考察等形式展开。最终，收集整理基础调查资料20余份，内含各类桥梁243座。

2 数据统计分析

经初步分类统计，该批243座样本桥梁均为2010—2019年（近10年来）完成支座更换的或正在进行支座更换施工的桥梁，基本涵盖浙江各个地区，在桥梁所属公路等级、规模、线形、上部结构形式以及支座更换时间、类型等方面也相对多样和典型，作为调查样本具备代表性。

2.1 分类统计

2.1.1 桥梁支座更换基本情况

总体来说，从样本桥梁更换支座的桥梁数量和更换支座数量两项指标看，2016年后增长较为明显，以2017年为拐点，呈现爆发性增长的特点，如图1所示。这说明：一是2000年后安装的大量桥梁橡胶支座其使用年限已到更换的时间点；二是近年来支座检查更换的技术手段趋于成熟；三是当前行业对支座的使用要求不断提高。

在地区分布上，近10年来更换支座的桥梁遍布全省，其中杭州市45座、湖州市77座、嘉兴市53座、衢州市21座、台州市22座、丽水市13座，其他地区12座。总体来看，杭嘉湖地区桥梁更换支座数量占比70%左右（与杭嘉湖地区桥梁总量占全省比例基本一致），如图2所示。

图1 历年更换桥梁数及支座数

图2 桥梁地区占比图

在公路等级上主要有3种类型，分别为高速公路（164座）、国省道（57座）、县乡道及其他专用道路（22座）。由此可见，高速公路和普通国省道桥梁是目前浙江桥梁更换支座的主体，分别占比67.49%和23.46%，如图3所示。其一方面表明了更换支座与交通量具有相关性，另一方面表明高等级公路对支座运营监管相对规范。

图3 桥梁公路等级占比图

在上部结构类型上共有4种类型，分别为空心板梁（132座）、T梁（12座）、箱梁（83座）、组合梁（16座）。空心板梁（占54.32%）和箱形梁（占34.16%）是目前浙江省更换支座桥梁的主体梁型，如图4所示。这与该两种桥型在过去20年中占全部桥梁绝对比重的情况相匹配。

在规模上涵盖大中小（特大）各种类型：单跨最长120 m（杭州余杭京杭运河2号桥），最短5 m（舟山定海区X119王家桥）；全长最长近14 km（S14杭长（宜）高速特长高架桥），最短8 m（G56杭徽高速K67+830桥）；宽度最宽40 m（S14杭长（宜）高速安吉服务区1#桥），最窄7 m（嘉兴秀洲区G320国道匝道桥）。

图4 桥梁上部结构占比图

在桥梁线形上有3种类型，分别为直线型（178座）、曲线型（61座）、其他型（有斜交情况的直线桥梁，4座），其中直线桥有纵坡的59座，曲线桥有纵坡的47座，最大纵坡为3.5%，如图5所示。这表明浙江在各种线形上的桥梁均已开展过支座更换的实践。

图5 桥梁线形及纵坡占比图

2.1.2 支座基本情况

此次调研的243座桥梁涉及更换3种类型的支座共43 014个，其中板式橡胶支座42 948个（占比达99.7%）、盆式橡胶支座112个、球型钢支座2个。这表明目前更换支座的类型绝大多数是板式橡胶支座，其应作为首要的目标加以研究。

在支座更换作业过程中，未中断交通的桥梁218座，中断交通的25座。这表明不中断交通已成为浙江最普遍的施工形式，如图6所示。

在更换支座前，该批桥梁均出现不同类型、不同程度的支座病害，部分桥梁（支座）同时存在多种病害，其中出现支座变形的桥梁161座、支座开裂的100座、支座脱空的88座、支座老化的82座、支座位移的5座。此外，有5座桥梁因拆除、突发灾害等其他原因进行支座更换，如图7所示。这表明支座变形、开裂、脱空、老化是支座的典型病害[2]，应予以重点关注。

在支座更换后，历年桥检报告显示出现各类病害的或调查时现场发现病害的支座共64座（占样本总数的26.34%），即该批样本总体上在支座更换后的病害发生率为26.34%（以下称“总体病害发生率”）。这说明支座在更换后的病害复发问题不容忽视。

图6 是否中断交通情况占比图

图7 桥梁支座更换前病害（原因）占比图

在发现支座病害的64座桥梁中，出现支座老化的桥梁13座、支座变形的26座、支座开裂的17座、支座脱空的36座、支座位移的9座、锈蚀的1座（部分支座同时存在多种病害）。这表明，脱空和变形已成为支座更换中的主要质量问题[3]。如图8所示。

图8 桥梁支座更换后病害（原因）占比图

2.1.3 收集建议情况

此次调查共回收对更换桥梁支座的建议173条，其中150条建议涉及加强质量管理、149条建议涉及加强施工管控、19条建议涉及加强巡查与养护，另有其他建议及意见5条（如建议变形、老化支座较多时可考虑更换，以及反映脱空支座更换的效果不好、少量支座更换后仍存在脱空现象、部分盆式支座较难更换、更换费用较高等意见），具体如图9所示。综上，我们可以看出，支座更换过程的质量问题受到强烈关注。

2.2 对比分析

为进一步分析该批桥梁的支座病害产生情况，结合上述统计，本文对支座产生的几类主要病害及不同桥梁对支座病害产生的影响进行对比研究，具体如下。

图9 支座更换建议占比图

2.2.1 支座病害的对比分析

2.2.1.1 更换前后病害情况对比

对比图7和图8可知，支座更换后开裂和老化两项病害的占比都较支座更换前有所下降，而脱空、变形、位移3项病害的占比均有所上升，具体如表1所示。

表1 支座更换前后病害情况对比表

初步推断，支座质量随着技术发展有了较大提高，使得开裂、老化、变形3项主要因为支座质量问题出现的病害逐步减少（变形病害虽有所下降，但仍然是主要病害之一）。而由于更换支座时工作空间小，操作比较困难，因此，更换后产生支座定位不准确、脱空现象比较普遍。支座位移是由于支座放置不准确、脱空导致的。

2.2.1.2 病害复发率对比

（1）总体病害复发率。

总体上分析支座病害复发的情况，发现243座样本桥梁中有56座桥梁在支座更换后出现了与支座更换前相同的病害，即该批桥梁的总体支座病害复发率为56/243=23.05%。

（2）单项病害复发率。

单独分析某一单项病害的复发情况，发现部分为单项单一复发，部分为多项同时复发，具体的单项病害复发率如下：开裂复发率为8.00%、老化复发率为9.76%、脱空复发率为37.50%、变形复发率为12.80%、位移复发率为60.00%，见表2。可见，位移和脱空两项病害的复发率相对较高（大于总体病害复发率23.05%），这与反映的“反映脱空支座更换的效果不好、少量支座更换后仍存在脱空现象”意见一致。

表2 单项病害复发情况表

2.2.2 不同桥梁对支座病害产生影响的对比分析

为分析支座病害产生的影响因素（主要分析桥梁因素，即桥梁自身属性和外在属性的影响），基于该批桥梁样本实际，分别对比了不同所属公路等级、不同线形、不同上部结构类型以及更换作业中是否中断交通的桥梁支座病害情况，具体如下。

2.2.2.1 所属公路等级影响对比

该批样本主要有高速公路、国省道和县乡道及其他专用道3种所属公路等级，具体的支座病害对比情况如表3所示。

表3 所属公路等级影响对比表

横向对比，县乡道及其他专用道桥梁的病害占比较样本占比有较大幅下降，由原来的7.40%下降至3.13%，而国省道桥梁和高速公路桥梁则基本保持不变。纵向对比，县乡道及其他专用道桥梁的病害发生率仅有11.11%，而国省道桥梁和高速公路桥梁的病害发生率相差不大，且均接近总体病害发生率26.34%。

由此初步推断，国省道桥梁和高速公路桥由于交通量均较大，支座复发病害产生的影响基本一致，而县乡道及其他专用道由于交通量小，桥梁相对国省道桥梁和高速公路桥梁不易发生支座复发病害。

2.2.2.2 桥梁线形影响对比

该批样本有直线和曲线两种线形，具体的支座病害对比情况如表4所示。

表4 桥梁线形影响对比表

横向对比，直线桥梁和曲线桥梁的病害占比较样本占比几乎保持不变。纵向对比，直线桥梁和曲线桥梁的病害发生率十分接近，且均约等于总体病害发生率26.34%。

由此初步推断，直线桥梁和曲线桥梁对支座病害产生的影响并无明显区别，基本一致。

2.2.2.3 桥梁上部结构类型影响对比

该批样本有空心板梁、T型梁、箱型梁和组合梁4种上部结构类型，具体的支座病害对比情况如表5所示。

表5 桥梁上部结构类型影响对比表

横向对比，就病害占比较样本占比的变化而言，空心板梁桥和组合梁桥有较大幅度下降，T型梁桥几乎保持未变，而箱型梁桥则有较大幅度上升。纵向对比，空心板梁桥和组合梁桥的病害发生率相对较小，均低于总体病害发生率，T型梁桥的病害发生率接近总体病害发生率，而箱型梁桥的病害发生率则高出总体病害发生率较多。

由此初步推断，箱型梁桥相对其他3种更容易产生支座病害，而组合梁桥对支座病害的不利影响最小。

2.2.2.4 更换时是否中断交通影响对比

支座更换时中断交通与不中断交通的支座病害对比情况如表6所示。

表6 是否中断交通影响对比表

横向对比，支座更换时中断交通的桥梁的病害占比较样本占比有较大幅度下降，而不中断交通的则有所上升。纵向对比，中断交通的桥梁病害发生率明显低于总体病害发生率，而不中断交通的桥梁病害发生率则小幅高于总体病害发生率。

由此初步推断，支座更换时不中断交通的桥梁相对中断交通的桥梁，其支座更容易发生病害。

3 结论

3.1 浙江桥梁支座更换基本情况

通过此次调查研究发现，更换桥梁支座在浙江已越来越普遍，不同地区、不同所属公路等级、不同线形、不同上部结构类型、不同规模的桥梁均有支座更换情况，且不论是历年支座更换的桥梁数还是更换支座数，总体上都呈快速上升趋势（尤其2017年有明显上升），这表明支座更换已经越来越普遍，亟待开展进一步研究。

总体上看，浙江桥梁的支座病害发生率约为20%～30%（样本桥梁总体病害率为26.34%），产生的病害主要为变形、老化、开裂和脱空，少数为位移、锈蚀等（部分支座同时存在多种病害）。更换病害支座时，绝大多数（约90%）采用不中断交通方式进行，这表明加强对公路桥梁不中断交通更换支座技术的研究具有现实的必要性。更换的支座主要有板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形钢支座3种类型，其中板式橡胶支座占绝大多数，建议在相关研究中将板式橡胶支座和盆式橡胶支座作为重点内容。

3.2 常用支座更换后病害产生及发展规律

3.2.1 病害存在复发风险

桥梁在更换支座后病害复发率仍然较高，预测桥梁支座更换后的病害复发率约为20%～30%（样本桥梁支座病害复发率为23.05%）。脱空、位移两项支座病害的复发率高出平均水平较多，成为支座更换中的主要质量问题，需在支座更换时着重加强把控，在相关研究中也应该把这两项病害的防控作为重点内容。而由于支座更换成本较高，且多次更换后对桥梁结构的微变形影响不容忽视，因此加强支座更换质量管理显得非常紧迫和必要。

3.2.2 支座病害逐步转移

在桥梁的几种主要病害中，开裂、老化、变形等因为支座本身质量问题出现的病害正随着支座质量的不断提升而大幅减少，特别是开裂、老化病害已不再是主要病害，变形占比虽有下降却仍发生较多，而位移和脱空的占比则相对有所提高。可见桥梁支座产生的主要病害正在逐步转移，在相关研究中应有侧重。

3.2.3 桥梁因素影响病害产生

不同的桥梁因素（即桥梁所属公路等级、线形、上部结构类型以及更换作业时是否中断交通等自身属性和外在属性）对支座病害产生有着不同的影响，如：

（1）县乡道及其他专用道桥梁相对国省道和高速公路桥梁不易发生支座病害（或因不同所属公路等级造成不同的结构受力工况）。

（2）箱型梁桥相对其他上部结构类型桥梁更容易产生支座病害（或因不同上部结构类型造成不同的结构受力形式），在支座更换过程中应着重关注。

（3）支座更换时不中断交通的桥梁相对中断交通的桥梁，其支座更容易发生病害（或因不中断交通更换支座对技术要求较高，支座施工质量相对较难把控）；从另一个侧面反映，更换过程中交通流对更换质量有着比较大的影响，施工中要格外注意。

（4）不同线形（直线或曲线）桥梁的支座病害产生情况暂未发现明显区别，后期有待进一步拓展调研范围，进行细化研究。

3.3 相关建议

结合以上调查研究，就浙江省公路桥梁支座更换提出以下建议[4]：

（1）加快不停车更换支座研究。不论从更换支座的数量、质量方面看，都必须加强桥梁不停车更换支座相关研究，特别是加快出台相应规范进行标准化管理，以适应目前工程应用需求。

（2）严格把控支座原材料质量。虽然支座原材料质量有所提高，但仍较容易出现变形病害。支座更换前，必须对支座原材料从询价、采购、运输、检测到进场等各个环节进行严格把关，确保支座安全可靠、质量过硬。

（3）规范开展支座更换。桥梁支座不满足使用要求时，应进行更换。更换支座时，应分析支座病害产生的原因，并对相应病害进行处理[5]。科学合理制定专项施工方案，并在支座更换施工现场严格监管，确保每一项施工操作严格按照专项方案规范开展。

（4）抓住重点开展针对性管理。着重加强对高等级公路桥梁、复杂结构桥梁、不中断交通更换支座桥梁的质量监督，并重点针对变形、脱空、位移3项支座病害，制订专项措施予以防治。

（5）加强支座日常巡查养护。支座更换后，按要求做好日常养护，并有序开展好日常检查和桥梁定期检测，做到支座病害的“及时发现、及时修复”，延长支座使用寿命。