桥梁支座病害分析及防治 超全解析

摘要: 随着桥梁建设的飞速发展和荷载等级的不断提高, 支座也被广泛地使用于桥梁中, 同时也出现了支座使用、安装和耐久性问题等等, 这些问题都是影响结构安全性和耐久性的重要因素, 需要通过科学手段、方法加以诊断、评价。


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。其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；二是适应由于温度、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。在我国,橡胶支座技术相当成熟,因其性能可靠、结构简单、安装和使用方便、造价较低,可以吸收部分振动,减小活载对桥梁结构及墩台的冲击,具有减振、抗震和大变形量等特点,已基本取代了刚性支座,目前桥梁支座主要采用板式橡胶支座和盆式支座,尤以板式橡胶支座应用最为广泛。目前,橡胶支座在产品质量和使用上存在较多隐患,对桥梁结构安全性和耐久性影响很大,必须引起高度重视。
一.支座脱空
支座脱空是目前支座安装上存在最普遍和严重的质量问题之一,主要是由于支座底部砂浆垫块开裂松散及墩台顶面不平造成的底面局部脱空,顶部完全脱空、局部脱空及支座的缺失。某个支座脱空将造成其他支座受力过大,影响支座的耐久性,此外,可能会使上部构造受力不均,对结构产生不利影响。支座脱空产生的原因主要是:

• 墩台顶支座垫石标高控制不当
  

• 梁体预制时梁端三角楔型块不平, 尤其是斜交板梁较难控制。
  

• 垫石强度过低, 受压后垫石破碎, 引起脱空。
  
• 支座安装温度选择不当, 安装时气温过高或过低, 后期梁体伸缩过大导致支座出现难以恢复的纵向一侧较明显的半脱空。
  

二.支座偏位
支座偏位是目前支座安装上存在最普遍的问题,分为纵向偏位和横向偏位, 严重的支座偏位将造成支座不均匀受力、梁体受力附加内力过大等病害。支座偏位产生的原因主要是支座或垫石放样不准, 应该在支座安装时进行校核, 如垫石位置有较小偏差, 可采用环氧砂浆进行调整, 如偏差过大, 应重新浇筑垫石。

三.支座变形过大
支座变形是指压缩变形和剪切变形, 变形过大有支座本身质量和安装质量两方面原因。支座本身质量问题是指支座抗压弹模或抗剪弹模不符合质量要求,与支座生产质量有关。抗压弹性模量大小主要影响支座在各级荷载下的竖向变形, 而各种结构对竖向变形的适应性不同, 过大的竖向变形可能对连续梁等上部构造产生极为不利的附加内力, 有时与下部构造的竖向位移叠加后总位移可能超出设计控制范围, 导致结构的破坏。支座安装时也会引起支座初始变形过大,从耐久性来说是不好的, 剪切变形越大越不好, 长时间过大变形将加速橡胶老化, 会降低支座使用寿命。过大的变形产生原因主要有

• 由于同一梁体有的支座完全脱空导致个别支座受力过大而引起初始变形过大。
  

• 安装温度过高、过低, 随环境温度变化、混凝土胀缩、徐变和汽车制动力的作用引起过大剪切变形。
  

• 桥梁纵坡设计过大导致纵向剪切变形过大。
  

• 避免措施。
  

1.梁体安装前检查支座垫石标高, 避免支座脱空。
2.选择适宜的安装温度, 一般最好为年平均气温; 落梁后检查支座初始变形情况, 如变形过大, 适当抬起梁的一端使支座恢复形状后再落梁。 3.尽量避免过大纵坡。
四.其他病害
除前述三种常见病害外, 其他病害主要有:
(1).支座破裂和侧面波纹状凹凸, 原因有:

• 支座本身质量原因, 极限抗压强度不够。
  
• 由于支座安装质量较差引起。
  

(2)四氟滑板支座病害: 该类支座病害也有支座本身质量和安装质量两种原因引起, 从调查检测来看, 具体病害原因较多, 但主要原因有: 支座本身质量问题表现最多的是四氟板与橡胶层的脱离, 四氟板表面不平整, 这可能与支座胶量和加工工艺有关。为了避免此类病害, 要加强支座进场前检验。支座安装方面暴露问题较多, 主要有:
1.由于标高控制不严而产生的支座偏压局部脱空;
2.支座安装时四氟板表面未清洗, 在安装时储油槽内未注入硅脂油, 表面有砂粒等杂物, 更有甚者四氟板表面粘结有混凝土残渣, 使得表面滑动系数不符合要求而产生过大的剪切变形, 加剧对支座橡胶层的破坏, 降低支座使用寿命影响。此外, 还增加对梁体的约束, 对结构受力产生不利影响。
3.接触条件不符合要求;
4.四氟板支座倒置, 不符合规范要求;
5.设置位置选择不当;
(3)盆式支座: 由于目前一般检测机构缺乏盆式支座力学指标的检测能力, 而且, 由于价格较昂贵, 很少进行支座分解检测, 支座内在质量上仍缺乏有效监控手段。在实际中只能对支座外观进行检查,支座本身质量问题较为常见的是部件之间的配合公差过大, 影响支座耐久性和功能发挥。
(4)支座非正常约束: 这与支座本身质量无关,主要是施工过程处理不当造成。
(5)设计方面: 支座设计原则上应考虑支座的过早损坏和使用寿命, 保证梁体纵横向的变形要求,减少附加内力。就支座承载能力而言, 支座反力大于200 kn 的基本都选择采用盆式支座, 在设计上保证了支座受力范围的合理性。但有的设计中也存在一定问题, 主要问题和建议如下:

• 山区高速公路纵坡较大路段联长过大, 对支座受力不利, 建议适当控制联长, 如无法避免, 可调整支座规格。有些山区公路已发现普遍的支座变形过大和过早破损现象;
  
• 考虑桥梁纵坡的影响, 四氟板式橡胶支座滑板支座应布设在上坡一侧联端, 且尽量保证水平设置, 主要是为了避免梁体向下坡一端爬行而对伸缩缝产生不利影响。该类现象在很多大纵坡桥梁的伸缩缝过早破坏中分析发现;
  
• 弯桥设计时应注意支座类型的选择, 为了适应梁体受力、变形的要求, 减少附加内力, 一般布设多向活动支座, 固定支座的布设应根据结构分析慎重选择;
  
• 对于独柱墩桥梁, 近年来由于支座问题影响较大而都趋于采用独柱双支座形式, 这虽然避免了支座横向偏位引起的问题, 但在设计时还应进一步细化。对于宽桥和弯桥独柱墩, 可能支座间距仍然不能满足上部构造横向受力要求, 必要时根据结构受力要求, 同一墩可以选取不同规格支座。
  

五.支座病害处理常规方法介绍
支座病害处理的方法很多, 但应综合考虑病害情况、结构形式和处理条件等因素合理选择处理方案,常规处理方法主要有以下几类:
5.1 更换处理
这是一种解决病害较彻底的办法, 对由于支座引起的对结构的影响和支座耐久性存在问题可较好解决。支座更换通常需要顶梁, 工程量较大, 有时受施工空间、结构等条件限制, 很难实行。一般有几种方式:
(1) 设置临时承重结构作为平台;
(2) 利用原有墩台作为基础加设支撑作为平台;
(3) 超薄千斤顶;
(4) 利用相邻跨作为支撑在桥面起吊提梁;
(5) 加垫钢板处理
这是目前桥梁养护和施工过程中解决支座问题最长用的方法。
5.2 灌浆处理
对于脱空病害, 可采用灌注环氧砂浆等进行填充密实, 提高支座受力的均匀性。近年来, 也有用特殊的高强度专用灌注胶进行脱空支座的修补, 但耐久性和腐蚀性还有待验证。
灌浆处理示意图如图 1、图 2所示。


5.3 增加支座处理
对于桥梁个别支座出现严重质量问题, 但又难以实施更换时, 可以考虑与上述方法结合, 在原支座边增设所需规格支座, 改善梁体和原支座的受力性能。
六.支座病害处理其他注意事项
(1) 采用顶升法时, 要认真做好测量、观察、记录工作。要准确计算出原支座和现支座的高度差,保证顶升的同步性。
(2) 采用顶升施工时, 应尽量缩短支座更换的时间。
(3) 顶升施工时宜采用多顶小力多点布设的方法, 一是为确保安全, 二是减小对梁体集中受力过大而产生不利影响。
(4) 施工时尽量减少桥面荷载, 对实施处理的桥梁应封闭交通。
(5) 如采用搭设支撑平台的方案, 必须对地质情况、墩台受力条件等进行调查和验算。
(6) 必要时对上部结构进行演算, 尤其是连续结构, 避免引起上部构在附加内力过大而引起破坏。
(7) 由于桥梁本身可能存在其他病害, 在支座更换过程中应注意对原有其他病害的监测