廣東省公路橋梁板式橡膠支座病害調查分析

吳玉財，張 勇

(1.廣東省高速公路有限公司，廣東廣州 510100;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

由于板式橡膠支座在橋梁工程造價中所占比例較小，往往未引起工程技術人員和管理人員的重視，在使用過程中極易成為橋梁結構的薄弱環節，使支座病害成為公路橋梁的多發病害和常見病害。

本文根據廣東省內多條高速公路橋梁病害調查結果，對板式橡膠支座的病害類型進行分類，并對病害產生的原因進行了初步分析，為評估支座病害對結構的影響和制定養護維修對策提供依據。

1 典型病害類型

1)局部脫空及整體脫空

局部脫空是指支座上頂面與梁底面(或不銹鋼板底面)或支座下底面與支座墊石頂面(或蓋梁頂面)接觸不密實，導致支座出現局部承壓的現象。局部脫空(圖1)將導致支座使用應力增大，壓縮變形增大，可能引發支座出現開裂等其它次生病害。

整體脫空是指支座上頂面與梁底面(或不銹鋼板底面)存在間隙而未進行接觸，從而使上部結構偏離原設計支撐狀態。整體脫空將產生支座反力的重分配，導致其它支座反力增大，相應的壓縮變形亦增大，可能引發支座開裂等其它次生病害。

2)剪切變形超限

普通板式橡膠支座(非四氟滑板支座)主要通過橡膠的剪切變形來適應上部結構由于溫度、混凝土收縮徐變和活載的作用等引起的變形。由于板式橡膠支座橡膠層總厚度一定，因此普通板式橡膠適應上部結構變形的能力有限，當上部結構的變形超過支座容許的剪切變形能力時，支座將產生剪切變形超限的病害，部分病害嚴重的支座甚至出現支座卷邊的現象(圖2)。

圖1 支座局部脫空

圖2 支座剪切變形超限

3)橡膠開裂

板式橡膠支座橡膠開裂指支座表面產生規則或不規則的裂紋(圖3)，裂紋寬度、深度及分布位置無明顯規律性，部分病害嚴重的支座甚至出現加勁鋼板銹蝕、支座分塊喪失承載能力的現象。

4)橡膠不均勻鼓凸變形

圖3 支座橡膠開裂

正常工作狀態下，支座外表面在各層加勁鋼板之間應產生鼓凸高度大致相等，且分布均勻的輕微變形。

橡膠不均勻鼓凸變形是指支座在豎向荷載作用下，支座外表面產生鼓凸高度不等的變形(圖4)，部分病害嚴重的支座甚至出現整個支座高度范圍橡膠保護層的鼓凸變形。產生不均勻鼓凸的原因應是支座偏壓及支座內部鋼板與橡膠脫膠等。

圖4 支座橡膠非均勻鼓凸變形

5)滑板支座病害

四氟滑板支座在使用過程中常見病害包括四氟滑板擠出、梁底未安裝不銹鋼板、四氟滑板破損(圖5)、卷邊及四氟滑板與橡膠層硫化失效等，導致支座失去滑動功能，無法滿足上部結構由于溫度、收縮、徐變和活載的作用等產生的變形要求。

圖5 四氟滑板支座病害

6)安裝偏位

支座安裝偏位指支座底面偏出支座墊石(或下墊鋼板)范圍或支座頂面偏出梁底面或預埋鋼板及不銹鋼板(圖6)，導致支座出現部分承壓、部分懸空的現象。

圖6 板式橡膠支座安裝偏位

7)工作環境差

工作環境差指支座在使用過程中被施工垃圾(泥砂、砂漿、模板等)包裹，遭受雨水浸漬和污染物污染等(圖7)，存在此類病害的支座將部分或全部失去其正常功能(如承壓、轉動、滑動)，支座使用性能及耐久性難以得到保證。

圖7 板式橡膠支座工作環境不規范

2 原因分析

從全壽命過程來看，影響支座正常使用的因素主要包括四個方面:設計選型、加工制造、施工安裝及養護維修。根據支座在正常使用過程中出現的病害及表現特征，可將引起各種病害的原因分為以下幾類。

2.1 設計選型

1)型號偏小，使用應力偏大

由于支座極限承載能力較支座設計承載能力大(板式橡膠支座極限抗壓強度要求不低于設計強度的7倍)，型號偏小導致支座承載能力喪失的病害較為少見，但支座型號偏小后橡膠的使用應力偏大，往往引起橡膠鼓凸變形增大，導致橡膠開裂。若考慮超載車輛運營及支座反力重分配等因素，支座型號偏小后支座使用應力增大的水平往往難以估計。

2)注重承載力選型，忽視位移能力選型

國內大跨徑橋梁支座設計一般較為注重承載力和位移能力的設計選型，但對于中小跨度橋梁(占全部橋梁的比重較大)往往更多地關注承載力的選型，忽視位移能力的設計選型。這樣可能引起支座安裝后就出現病害的情況。

3)支座布置方式缺陷

板式橡膠支座布置方式缺陷主要表現在矩形支座和圓形支座的選用上。從承載力角度而言，矩形支座和圓形支座都能滿足要求，但是從適應位移的角度而言，直線橋由于其位移方向較為明確宜選用矩形支座，彎斜坡橋由于其位移方向不明確宜選用圓形支座。如果在彎斜坡橋上選用矩形支座，容易造成支座出現局部脫空的病害。

4)原材料選擇

板式橡膠支座目前常用的兩種原材料為天然橡膠和氯丁橡膠，兩者適用的溫度有較大的重合區間，常規條件下支座可以選用上述兩種原材料。由于氯丁橡膠耐老化性能、抗臭氧能力、耐熱性、耐油性均好于天然橡膠，因此，對于廣東省濕熱環境而言，支座原材料宜優先選用氯丁橡膠。

2.2 加工制造

1)橡膠原材料

雖然《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2004)中明確規定橡膠中不得使用任何再生膠或粉碎的硫化橡膠(硫化廢棄物);但受原材料價格及人工成本上漲因素的影響，為了獲得低價中標的機會，部分廠家在原材料中一般要摻入再生膠或硫化橡膠，導致支座力學性能、耐臭氧老化性能、耐熱性能等均大為降低，嚴重影響支座的正常使用功能。

2)加工制造工藝

目前國內廠家由于膠片煉制工藝的不足，存在膠片厚度或大小與設計不一致的情況，這樣往往導致支座成品與設計目標不一致。國外部分生產廠家采用精煉工藝煉制膠片，可以保證膠片厚度和大小處于相對穩定的水平，與薄鋼板硫化時可控制各層鋼板之間橡膠層厚度基本一致，更為接近設計的目標狀態，可以更好地實現支座的各項功能。

2.3 施工安裝

對比國外橋梁支座的安裝施工來看，國內支座安裝施工質量處于失控狀態，這是支座產生較多病害的主要原因之一。支座安裝的主要施工缺陷表現為:

1)梁底預埋鋼板或混凝土底面及墊石頂面平整度不滿足支座安裝精度要求;

2)矩形支座長短邊方向安裝錯誤;

3)支座安裝出現高差時隨意塞墊鋼板或砂漿;

4)支座安裝時偏出預埋鋼板或支座墊石范圍;

5)四氟滑板支座不安裝不銹鋼板或不銹鋼板與預埋鋼板脫開;

6)施工垃圾未清理，導致支座的工作環境惡化，影響支座的耐久性和正常使用。

2.4 養護維修

從養護角度來說，支座投入運營后養護單位未及時清理支座周邊的建筑垃圾，使支座處于惡劣的工作環境，從而影響支座的正常使用。正常運營過程中運營單位未安排支座的定期檢查，從而無法及時發現支座出現的病害，并跟蹤病害的發展情況。

從維修角度來說，設計單位往往未認真分析病害產生的原因，亦未進行病害對結構及支座自身影響程度的評估工作，維修措施往往過于單一;施工單位對病害處治工作亦未引起足夠重視;運營單位存在支座出現病害就草率處理的現象。從而導致病害處治后重復出現的現象，甚至出現病害處治完成后原來未出現病害的支座繼續出現病害的情況。

3 結語

板式橡膠支座病害已成為公路橋梁的常見病害和多發病害。本文根據廣東省內多條高速公路橋梁病害調查結果，對板式橡膠支座的典型常見病害進行了分類，并從設計選型、加工制造、施工安裝及養護維修四個方面對支座病害的產生原因進行了初步分析，為支座危害的評估及處治提供依據。上述分析結果表明，只有重視支座使用過程中各個環節的質量控制，才能從根本上改善目前支座病害較為普遍的現象。

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