橋梁結構不同類型支座的現場施工技術分析

馬 蘭

（青海民族大學，青海 西寧 810007）

支座是連接橋梁上部結構和下部結構的關鍵受力構件，將上部結構荷載平穩(wěn)安全地傳遞給下部墩柱和索塔，使得荷載進一步傳遞到橋梁地基基礎中。橋梁結構支座類型眾多，根據其結構型式主要分為板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形支座等主要類型，這些支座的構造方式不同，其力學機理和連接上下部結構的主要方式也不同[1-2]，所應用的橋梁跨徑也有所差異，同時其施工技術方法和要點也不同[3]。

為了明確不同支座在建設過程中的施工建造技術，需要掌握支座類型的力學機理和構造特點，本文將系統(tǒng)研究板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形支座等主要支座類型，歸納其工作機理和施工技術要點，為這些支座的應用提供參考。

1 橋梁支座類型及其工作機理

橋梁應用廣泛的支座類型是板式橡膠支座、盆式橡膠支座和球形支座，這幾種支座類型基本涵蓋了所有跨徑和所有橋型的應用，以下也主要對這3種支座類型的構造特點及工作機理進行分析，從而掌握這些支座在現場施工時的難點與要點。

1.1 板式橡膠支座

板式橡膠支座是由數層橡膠薄片與薄層鋼板進行鑲嵌、黏合及壓制制造而成，如圖1所示，板式橡膠支座顯然有足夠的豎向剛度和承受豎向荷載的能力，將上部結構荷載可靠安全地傳遞給下部墩柱結構。同時，由于橡膠的存在，支座又有很好的豎向彈性變形能力，能夠適應橋梁上部結構荷載作用下梁體在支座處的轉角變形；分層壓制的鋼板與橡膠具有很好的剪切變形以滿足上部結構在水平荷載作用下的水平變形能力。

圖1 板式橡膠支座的構造示意圖

通過對板式橡膠支座的構造特點與工作機理的分析，可知該結構構造較為簡單，橡膠與薄鋼板之間的鑲嵌、黏合與壓制等工藝簡單，加工制造方便，同時用鋼量較少，成本較好，且該支座結構現場的安裝工藝不復雜。板式橡膠支座由于其體量和豎向承載力，主要還是適用于中小跨徑橋梁，包含公路、鐵路和城市道路橋梁結構，我國公路橋梁規(guī)定在標準跨徑20 m以內的梁橋和板橋，主要采用板式橡膠支座，因其適用的支座反力大小主要在2 MN以下，大于該數值采用板式橡膠支座則不經濟。

板式橡膠支座的工作性能與其所采用的橡膠材料高度相關，目前板式橡膠支座所采用的橡膠材料主要有氯丁橡膠、天然橡膠和三元乙丙丁橡膠，其中氯丁橡膠的耐老化性能好且耐熱性、耐油性相對天然橡膠均較好，因而其使用壽命比天然橡膠高，重要的橋梁結構都建議采用氯丁橡膠類型的支座。然而，氯丁橡膠的低溫性能較差，一般只能應用于最低溫度大于-25℃的環(huán)境，而天然橡膠的低溫下限是-40℃，因此，在上述溫度范圍內的橋梁建設，采用天然橡膠較為合適。三元乙丙丁橡膠則同樣具有優(yōu)異的耐低溫和耐老化特性，但其與鋼板的黏結性能相對較差，這也是限制其廣泛應用的關鍵難題。

為了提高板式橡膠支座相應的變形能力，很多新型板式橡膠支座子類開始研發(fā)應用，其中聚四氟乙烯板式橡膠支座可以極大改善板式橡膠支座在平面內的移動性能，圓型板式橡膠支座則可以改善其轉動性能并方便維修，球形板式橡膠支座則改善支座受力不均勻及偏壓受力問題，這些新開發(fā)的支座類型都是在原有的板式橡膠支座基礎上進行某一方面的改良與完善，適用具體情況下的橋梁支座受力與變形性能。

1.2 盆式橡膠支座

盆式橡膠支座由上下支座板及支座錨栓、中間襯板及不銹鋼板、聚四氟乙烯板、橡膠板和橡膠密封圈等構造形成，其中上下支座板提供盆式橡膠支座的平面接觸受力，例如梁體底板為斜面和曲面時，可以通過支座板調整為平面；橡膠密封圈等為橡膠板提供密封功能，防止水汽傾入影響橡膠的工作性能；聚四氟乙烯板提供橡膠與支座之間的釋放變形，由于聚四氟乙烯板良好的滑動性能，當要釋放某一方向的約束時，采用聚四氟乙烯板可以很好地達到上述效果；橡膠板是支座中承載與變形受力的主體，通過橡膠板的變形，使得梁段轉動釋放。

圖2 盆式橡膠支座的構造示意圖

盆式橡膠支座構造簡單，采用聚四氟乙烯板后支座的滑動摩擦系數小、轉動靈活。相對于一般的鑄鋼支座具有重量輕、建筑高度低以及加工制作方便等優(yōu)勢；相對于板式橡膠支座，其具有承載能力更大，允許支座的變形更大等優(yōu)勢，因此其能夠用于大跨徑橋梁中。一般而言，盆式橡膠支座能夠適應1 MN以上的大跨徑橋梁，并可以制作成單向、多向和固定的支座類型。

1.3 球形支座

球形支座是在盆式支座上發(fā)展而來的新型支座類型，主要是面向更大轉角要求的支座類型，同時也是目前板式和盆式橡膠支座的補充和完善。球形支座一般設計能夠達到0.01～0.02 rad的轉角，甚至可以達到0.05 rad，且其設計支座反力也可達1～30 MN，應用非常廣泛。球形支座良好的變形能力特別適用于彎橋和寬橋的設計與施工中。

圖3 球形支座的構造示意圖

球形支座由下支座凹形鋼板、密封板、球面板、聚四氟乙烯板和上支座鋼板組成，其中上下支座鋼板與盆式橡膠支座的上下層鋼板功能相同，都是提供支座的平面受力承載基礎；密封板則是保護球面連接體，防止水汽和油滲入影響支座的工作性能；聚四氟乙烯板則是提供變形性能的基礎，因其摩擦系數很小，變位容易；球面板提供了支座的各向轉動性能，因此其轉角范圍顯著高于普通的板式和盆式橡膠支座。通過對球形支座的構造約束，可以將其制造形成單向、多向和固定活動支座類型。

球形支座通過球面進行傳力，因此上部結構荷載作用到球面支撐混凝土上的反力分布較為均勻，不會出現作用集中問題；球形支座的轉動力矩很小，特別適用于大轉角要求的橋梁結構，而且球面的各向轉動性能一致，適用于曲線橋和寬幅橋梁，且可以通過約束某一方向的轉動性能，實現該方向變位的約束效應。球形支座內部不采用橡膠，因此不存在橡膠老化、變硬等問題，可以適用于低溫和高溫環(huán)境等。球形支座在我國的應用主要在上述提及的曲線橋梁、連續(xù)彎板結構和大跨徑斜拉橋等結構型式。

2 橋梁支座的施工技術與要點分析

橋梁支座都需要進行現場安裝，安裝完整后的支座提供了支座的承載和變形受力性能。根據上述3種主要支座類型，其施工技術與要點的分析詳述如下。

2.1 板式橡膠支座的施工

板式橡膠支座的安裝包含安裝準備工作、支座安裝兩個重要環(huán)節(jié)。

2.1.1 安裝準備工作

支座安裝前需要對支座產品的性能進行檢查，確保達到支座出廠的質量檢查標準，因此需要掌握支座的出廠指標和檢查標準，對不符合質量要求的產品不能安裝采用。

支座安裝前需要對支撐墊石施工完畢，墊石性能直接影響支座的工作性能，支撐墊石的混凝土強度應該滿足設計的要求，特別是支撐墊石的頂面標高和平整度等都要嚴格要求，一般要求誤差不超過3 mm，避免安裝支座發(fā)生傾斜、不均勻受力和脫空等問題。

支座安裝前需要對橋墩、支座墊石和梁底面進行清理，并且采用水泥砂漿進行抹平，確保支座的平整性。涂抹用的水泥砂漿水灰比小于1∶2，且水泥和砂的比例要求為1∶3，抹漿后頂面標高符合設計要求。

2.1.2 支座安裝環(huán)節(jié)

根據設計給定的支座中心位置，在支撐墊石上安裝支座各個部件，板式橡膠支座的準確安裝需要確保支座中心線與支撐墊石的中心線重合在一起，考慮到橡膠受到溫度影響的收縮變形問題，支座的安裝應該盡可能在年平均氣溫的季節(jié)里，且在一天中溫度變化不敏感的時間點，降低因為溫度變化引起的橡膠變形以及支座的剪切變形問題。支座安裝過程中如果發(fā)現墩臺兩側的標高不相同，或者順橋向與橫橋向有明顯縱坡時，應該按照設計規(guī)范進行處理，使得支座的受力和變形在平面內。一般要求支座的間隙偏差在0.3 mm以內，支座的軸線偏差在2 mm以內。

支座安裝完成以后需要對支座內部預設的間隙進行灌漿處理，固定支座的位置，使得后期的運營使用過程中支座性能良好，不出現位置偏差引起受力集中和橡膠破壞等系列問題。

2.2 盆式橡膠支座的施工

盆式橡膠支座的施工大部分情況下與板式橡膠支座的施工內容相同，在此基礎上，還需要對以下幾個關鍵點進行質量把控，保證盆式橡膠支座的安裝質量。

首先，墩臺上設置的支座支撐墊石，其標高需要考慮預埋的支座下鋼板的厚度，或者在支撐墊石上預留一定的厚度安裝下支撐板，并將支撐下鋼板采用環(huán)氧砂漿黏結于支撐墊石內。

其次，支座下鋼板與球面板、聚四氟乙烯板等均應該中心線重合放置，為了防止施工中中心線的偏移，需要設置臨時固定措施，確保施工建設的質量。

再則，梁底預埋的支座上鋼板應該與聚四氟乙烯板連接緊密，特別是在安裝過程中需要確保表面清潔，同時需要在四氟板表面上涂抹硅脂油。注意應該將不銹鋼板嵌入梁底的上鋼板內部，或者采用不銹鋼螺釘直接固定在上鋼板上。

最后，在梁體預應力施工完成，二期鋪裝之前，拆除支座的臨時固定裝置，并安裝支座的防塵防污染裝置。

2.3 球形支座的施工

球形支座相對于前述的板式和盆式橡膠支座，其施工中需要注意以下關鍵要點：

a）支座出廠前需要提出球形支座的預設轉角和位移，為方便廠家的施工制造，并預先調配好。

b）球形支座所涉及的連接螺栓較多，在支座安裝前應該確保不能任意轉動相關連接螺栓及拆卸支座部件。

c）如果支座安裝采用螺栓連接，應該在下支座底板采用鋼楔塊調整水平，使得支座底面高出橋墩頂面2～5 cm；如果采用焊接連接，應該將支座對準定位后采用對接間斷焊接，焊接中應防止燒傷支座和混凝土。

球形支座的安裝應該確保水平和平整，一般要求支撐面的4個角高差不大于2 mm。為了使得預應力施加效果，應該在張拉預應力前將球形支座的上下連接鋼板拆除，以防其約束梁段轉動；在拆除連接鋼板后及時安裝防塵等裝置。

3 結論

橋梁支座類型眾多，不同支座的工作原理、應用范圍和施工技術都存在差異。論文主要探討了板式橡膠支座、盆式橡膠支座和球形支座的工作特點與機理，并對其施工技術和注意事項進行了詳細探討分析，為這些支座類型的正確應用和安全使用提供參考。