板式橡胶支座病害成因与处理方法

鲁俊波，侯文龙

(中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510310)

1 工程概况

某高速公路项目位于广西中部地区，是广西高速公路网布局中“6横7纵8支线”中重要的组成部分。项目共设15座桥梁，其中13座桥梁上部结构为预应力混凝土预制组合小箱梁。由于该地区地震基本烈度为7度，桥址区地震动峰值加速度为0.1g，根据《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89)及《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB 02—01—2008)，抗震设防等级按7度进行抗震设防，对该项目预制梁桥采用GCBZ抗震型板式橡胶支座。桥梁建成初期，发现该类支座出现较多病害。

该类板式橡胶支座全线总计423个，检测统计结果显示，其中支座偏压68个，支座脱空44个，支座剪切变形86个，支座偏位2个，支座表面开裂7个，各类病害表现形式如下。

1)支座偏压。支座表面受压不均，橡胶体受压较大侧表面“鼓包”严重，而另一侧表面光滑，如图1(a)所示。

2)支座脱空。橡胶支座与梁底或垫石顶面接触不密实而存在间隙。如图1(b)所示。

3)支座剪切变形。支座受横向剪切力产生的变形，如图1(c)所示。

4)支座偏位。支座中心线与梁底定位中心线或垫石表面中心线产生偏差，如图1(d)所示。

5)支座开裂。支座橡胶体表面出现裂纹和水平裂缝，如图1(e)所示。

(a)支座偏压

(b)局部脱空

(c)剪切变形

(d)支座偏位

(e)支座开裂

2 病害处理措施

2.1 病害评定

根据《公路桥梁橡胶支座病害评定技术标准》，支座病害可分为3级。①支座1级病害：进行适当外防护处理控制病害发展后可正常使用，属于轻度病害；②支座2级病害：已对支座使用功能产生影响，但进行加强防护处理或修复，并定期观察。严格控制病害发展后仍可使用，属于中度病害；③支座3级病害：支座已部分或完全丧失使用功能，须立即更换，属于重度病害。

通过现场观测，本项目支座所表现的轻度偏压、轻度剪切、轻度偏位、表面鼓包、局部脱空均属于支座1级和2级病害，可采取措施为修复并定期观察；支座表面开裂属于支座3级病害，可采取措施为更换支座。

2.2 病害处理方法

本项目支座修复或更换采用整体顶升的施工方法。如图1(a)所示，在单个盖梁内每片梁底设置80t超薄型液压千斤顶，将整幅梁体同步顶升5～10 mm，释放支座既有压力，此时病害支座可能呈现的状态分为4种。

1)剪切变形恢复，鼓包消失，梁体回落后病害减轻或消失。

2)偏压(脱空)恢复，鼓包消失，梁体回落后再次变形或偏压(脱空)，需要垫塞楔形钢板调节支座表面的压力分布。

3)剪切变形、偏压、脱空情况无变化。这是由于所采用的抗震型板式橡胶支座中心设有剪力销预留槽，与预埋钢板中心插槽对应，支座安装时插槽内插入圆柱形剪力销锁定平面自由度，如图1(b)所示，若梁体偏移过大，导致梁底预埋钢板随之移位，则剪力销固锁下，即使使用千斤顶顶升释放支座所受的梁体荷载，橡胶体变形也无法恢复，若继续顶升梁体至剪力销退出梁底预埋钢板插槽，则剪力销随橡胶体复原而移位，无法再插入预埋钢板预留槽。

因此，支座及箱梁安装时应确保垫石中心、支座中心、梁底钢板中心位于同一垂线，且箱梁安装完成后，应尽量避免后续施工活动对梁体产生较大的扰动。

对于已出现的此类病害，需先破除并重新浇筑垫石，然后按垫石及梁底钢板中心对位放入支座，使剪力销重新位于支座及预埋钢板插槽的中心。

3 支座病害成因

3.1 设计方面原因

1)对板式橡胶支座的性能了解不足，设计选材时由于未经验算或验算不足，导致选用支座的规格或尺寸不满足抗压、抗剪强度需求，从而引发病害。

2)现行设计规范考虑中的不足，为避免支座的最外缘局部脱空，现行规范设计只验算最大活载挠曲转角的支座外侧最外缘脱空，而梁上无荷载时，支座在预应力混凝土梁徐变上拱转角和较小的恒载压应力共同作用下，更容易使支座内侧的最外缘脱空，使支座受力不当而产生病害。

3.2 制造过程的原因

1)支座保护层厚度不均匀、加劲钢板间橡胶层厚度偏差大，不满足设计使用要求。

2)施工工艺、产品生成的配方存在问题，产品的物理、力学性能无法完全满足规范要求。

3)支座加工所使用的橡胶、钢板等材质和规格不符合标准。如使用再生胶代替天然橡胶，用废旧钢板代替加劲钢板，钢板的材质、厚度均未达到质量要求。

3.3 使用安装过程中的原因

1)支座安放时支座中心线与盖梁或桥台内的支座中心线不重合，支座就位不准确，导致支座受力不当。

2)四氟板支座表面未涂抹硅脂油，影响了支座的剪切滑动。

3)落梁、支座安放过程中，操作不平稳，使支座安放后即出现偏心受压或出现剪切变形。

4)支座垫石顶面标高控制不到位，导致一片梁底各支座受力不均匀，造成支座偏压或局部脱空。

4 初装支座病害防治措施

4.1 施工前控制措施

1)支座选材应严格遵循国家及行业标准，选择形式适应、质量达标的支座，原材运输、存放的过程中，避免磕碰、剐蹭对其造成磨损。

2)对于梁体纵坡时建议采用以下处理方式：当梁体纵坡i<1%时，纵坡由支座垫石调整，支座斜置；当梁体纵坡1%

3)支座进场需提供产品合格证和出厂证明，产品合格证书中应有支座技术性能指标。

4)支座进场前需按批次、单元进行规定频率的抽样检验，各项性能指标均应满足《公路桥梁板式橡胶支座技术标准》(JT/T 4—2004)的要求。

4.2 过程中控制措施

1)盖梁内支座垫石浇筑完成后，放出支座中心点及垫石顶面标高。将支座中心位置标注在支座垫石及橡胶支座上，安装时支座中心线应与垫石中心线重合。橡胶支座与下承面采用环氧树脂粘结，环氧树脂可以填塞支座底部空隙，并确保支座底面与下承面贴合紧密。

2)垫石顶面标高及平整度应满足设计及规范要求，避免出现支座发生歪斜、不均匀受力和脱空现象，对于平整度不符合要求的支座垫石，使用打磨机进行打磨。

3)预制梁板安装时，需在梁端支座上承面处准确标出十字中心线，并延伸至梁端面和侧面，标示为铅垂线，落梁时使梁板底部的支承中心线与墩台顶的中线相吻合。

5 结 语

初装支座呈现的主要病害类型为偏压、脱空及剪切变形，绝大部分属于轻微病害，可采取同步顶升后垫塞楔形钢板的方式进行修复。但病害的修复处理只是补救措施，重点仍在于事前预防而非事后治理。通过成因分析可以看出，从结构设计到原材制作，再到现场施工，都存在直接或间接导致支座病害的影响因素，而其中最主要的是施工因素，通过加强施工管理，比如做好支座试验检测工作，严格落实支座安装各工序控制点，上部结构施工期间及时固结梁片并尽量降低后续施工扰动等，可以对大多数常见病害进行规避。

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