公路桥梁橡胶支座应用及常见病害分析

苏 南

（福建省交通建设工程试验检测有限公司，福州 350007）

1 引言

公路桥梁支座是桥梁结构的重要组成部分, 直接影响桥梁的使用寿命和结构安全。 桥梁支座的作用主要有三个方面： 一是将上部构造恒载和活载可靠地传递给墩台,并同时承受由荷载引起的结构端部水平位移、转角等变形；二是适应温度、湿度等环境变化引起的结构胀缩变形；三是阻抗风力、地震波等引起的结构平移,减轻震动对结构的不利影响。 使上下部结构的实际受力情况符合设计计算图式。

近20 年来橡胶支座由于具有构造简单、 加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等诸多优点,在我国得以广泛应用,其质量优劣和工作应力直接影响着支座的作用、 功能和桥梁结构的安全可靠度与使用寿命。 目前在桥梁工程使用中橡胶支座已基本取代了刚性支座。

根据交竣工检测时发现, 几乎每条高速公路上的橡胶支座都有不同程度的破坏, 使用寿命远远低于设计寿命, 目前还发现未通车的在建桥梁的橡胶支座安装后就大量损坏。

本文通过分析公路桥梁橡胶支座类型及构造特点,结合福建省某条高速公路及若干条二级公路共计265 座新建桥梁的检查结果, 探讨橡胶支座主要病害的成因,提出合理的处治方法。

2 公路桥梁橡胶支座类型及构造特点

公路桥梁橡胶支座分为板式橡胶支座、 四氟乙烯板式滑动支座、球冠式橡胶支座、盆式橡胶支座和球型橡胶支座等类型。 各类型橡胶支座构造特点如下：

2.1 板式橡胶支座

板式橡胶支座有圆形、矩形、四氟板式等几种类型。它是由多层橡胶片与薄钢板镶嵌,经粘合、压制而成,其功能是以橡胶的弹性压缩来实现竖向变位, 以橡胶块的剪切变形来实现水平位移、转角和因温差而引起的变形,并可吸收部分行车引起的振动。

板式橡胶支座不存在活动和固定之分, 由于允许水平位移量较小, 这种形式的支座只适用于较小的跨径,一般不超过20m。

2.2 四氟乙烯板式滑动支座

四氟乙烯板式滑动支座是在板式支座顶层粘贴一层平面尺寸与板式支座相同、厚度为2～4mm 的四氟乙烯薄膜,同时在梁底面设置一层不锈钢板与其作相对移动。

该类型支座除具有板式支座的功能外, 还能满足较大水平位移的要求。 这种支座适用于较大跨径,如简支转连续梁和多跨连续梁桥。

2.3 球冠式橡胶支座

球冠式橡胶支座是在板式橡胶支座上顶面形成高4～10mm 高度不等的球面构造, 具有平面上保持各向同性,形成均匀传力性能。

球冠式支座具有安装方便,适应性强等特点,同时也能解决一般板式支座在安装时所产生的偏压和脱空现象。其不仅适用于一般桥梁,更适合于跨径较大,纵坡较陡的桥梁。

2.4 盆式橡胶支座

盆式橡胶支座是由钢构件与橡胶组成的桥梁支座。其在盆内底板放一块受压的橡胶板, 密封于钢盆中的橡胶在三向受力状态下产生反力,承受垂直荷载,利用橡胶的弹性满足桥梁的转动, 同时通过上支座板的不锈钢板与四氟乙烯板的自由滑动,完成桥梁上部的水平位移。

盆式橡胶支座具有承载力大,水平位移量大,转动灵活等特点,适宜大跨径桥梁的要求。

2.5 球型橡胶支座

球型橡胶支座有固定和活动支座两种, 是在盆式橡胶支座基础上经过改进发展起来的。 该支座的转角是通过球冠衬板与球面氟板之间的转动来实现的。

球型支座传力可靠,转动灵活。 它不仅具备盆式橡胶支座承载能力大,允许位移大等特点,而且适应支座大转角的需要。 该支座主要适用于弯桥、坡桥和大跨度桥梁。

3 公路桥梁橡胶支座常见病害、 原因分析及整改方法

本次检查是对福建省若干条公路的新建桥梁交工验收检查及竣工后一年的定期检查, 共检查桥梁265 座,其中特大桥5 座、大桥75 座、中桥115 座、小桥70 座。主要为装配式梁桥和连续箱梁桥, 所有桥梁几乎都采用板式橡胶支座和盆式橡胶支座, 其中板式橡胶支座主要存在支座脱空和支座开裂现象。 盆式橡胶支座总体状况良好,部分支座钢盆处轻微锈蚀,具体病害有以下几种：

3.1 支座脱空

支座脱空有完全脱空、 局部脱空和支座被压碎而形成的脱空, 检查发现相当部分桥梁的橡胶支座存在局部脱空现象,个别位置未放置支座,典型病害见图1,图2。

图1 现浇段底用石块填充

图2 支座橡胶体脱空

该病害主要是由施工不当引起的, 即在安装支座时支承垫石或梁底不平整, 或者每片梁两端垫石面高差过大, 而个别点未放置支座的情况则是施工中绝对不允许出现的。

整改上述病害的方法为对局部脱空30% 以上的支座进行调整,主要采用钢板进行垫实、垫平。 对支座缺失的位置应尽快安装合适的支座。

3.2 支座开裂

部分支座出现开裂现象,有水平裂缝和斜裂缝,以斜裂缝居多,裂缝短而密。 典型病害见图3,图4。

该病害主要是由施工不当造成支座受力不均, 个别支座受力过大而产生开裂。支座本身存在缺陷。实际活载可能超过设计荷载。墩台顶有残留混凝土垃圾、砂土等杂物限制了支座的正常变形。 整改上述病害的方法为更换支座。

图3 支座橡胶体水平裂缝

图4 支座橡胶体斜裂缝

3.3 支座锈蚀

部分橡胶支座钢盆表面有锈蚀现象, 板式支座的钢垫板普遍存在锈蚀现象,典型病害见图5,图6。

图5 板式支座钢垫板锈蚀

图6 板式支座上下钢垫板锈蚀

该病害主要是支座防腐、防锈处理质量不高,对墩台处防水装置的缺陷未及时处理, 使支座或钢板受雨水侵蚀而锈蚀。

处治上述病害的方法为及时对防水装置的缺陷进行处理；对橡胶支座应经常清扫污水,排除墩台积水；对钢垫板进行喷漆以防锈蚀；对表面锈蚀的盆式支座,应进行除锈防腐处理；个别锈蚀特别严重的支座应进行更换。

3.4 其他病害

除上述常见病害之外, 板式橡胶支座还存在支座垫石破损、钢垫板错位、支座偏位、支座处杂物堆积等病害；盆式橡胶支座还存在支座螺母松动、 支座限位钢条未解除、防尘罩缺失等病害,典型病害见图7,图8。

图7 支座偏位

图8 盆式支座限位钢条未解除

产生这些病害的原因主要有：

(1)砂浆填充不密实,砂浆强度不够,吊装时的碰撞等是造成垫石破损的主要原因。

(2)安装支座时定位不准是造成支座偏位的主要原因。

(3)施工的疏忽是造成支座限位钢条未解除、防尘罩缺失、钢垫板错位的主要原因。

(4)日常维护的疏忽造成了支座处杂物堆积、支座螺母松动等诸多病害。

上述病害的整改方法为：垫石破损处加以修补,钢垫板错位、支座偏位严重者应重新调整,支座处杂物予以清除,松动螺母重新紧固,限位钢条未解除的及时解除,防尘罩缺失的加以修补。

4 公路桥梁橡胶支座工程技术建议

当前的在建项目基本上都使用橡胶支座, 需要重视橡胶支座产品质量, 保证橡胶支座有20～30 年的使用寿命。 进而提出公路桥梁橡胶支座工程技术建议如下：

(1)橡胶支座进入施工现场后,监理部门和施工单位应严格抽样检验,并按规范要求送检,收到检验报告合格后方可使用。 并利用抗剪粘结性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是否含有再生胶。

(2)在安装支座过程中,应根据设计图纸逐一对支座的品种、规格、质量进行核对,并根据设计图纸核对固定墩和活动墩上的固定支座和活动支座的数量和位置。

(3)支座安装必须保证两个面水平、接触密实。活动支座表面在安装前要清洗干净, 对四氟乙烯板保护要严密,不许有灰尘杂质进入。

(4)支座安装前应先将垫石顶面清理干净,然后在垫石上采用环氧树脂砂浆找平、坐浆,将支座及时安放在砂浆上,并采用水平尺检查支座的水平度,确保支座顶面水平。

(5)严格按照养护规范对桥梁进行定期检查,以便及早、及时发现病害,对出现病害的桥梁支座应当及时进行治理,并针对不同的病害程度采取不同的维修措施。

(6)加强对公路桥梁运营的管理,严禁货车客车超载超速。

5 结语

橡胶支座对于桥梁建设技术的发展起到很大推动作用,但目前橡胶支座应用还存在较大质量隐患。

公路桥梁橡胶支座质量问题发生在应用过程中,还需要支座生产、 桥梁设计和施工安装各过程都要引起高度重视才能确保应用质量。 同时还需加大试验检测力度,严格控制产品出厂质量。