橋梁支座失效病害及加固方法探析

李富堅(jiān)

（廣州市花都第一市政工程建設(shè)有限公司）

引言

在橋梁工程建設(shè)過程中，支座屬于橋梁的主體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，直接支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)，其安全性能直接關(guān)系橋梁整體安全、穩(wěn)定。城市市政行業(yè)正在以大踏步的姿態(tài)向前發(fā)展，在橋梁發(fā)展過程中，由于諸多因素影響，橋梁支座容易發(fā)生病害，對支座穩(wěn)定性、安全性造成影響，必須予以防治。由于橋梁支座病害的嚴(yán)重性直接關(guān)系橋梁使用壽命，加上該類現(xiàn)象較為普遍，因此對于橋梁病害形成原因進(jìn)行分析有利于提高橋梁養(yǎng)護(hù)水平，從而延長橋梁使用壽命。

1 橋梁支座典型病害類型

常用橋梁支座有板式橡膠支座、盆式橡膠支座、輥軸支座、鋼支座等。設(shè)計(jì)施工要求支座具有足夠的承載力，能安全可靠地將橋跨的支承反力傳遞給橋墩，保證橋梁在外部條件影響下維持設(shè)計(jì)范圍內(nèi)強(qiáng)度和變形的要求。施工時(shí)盡量選擇便于安裝、養(yǎng)護(hù)和維修的施工工藝。然而在橋梁實(shí)際建設(shè)過程中，屢屢出現(xiàn)的病害嚴(yán)重影響著正常的交通安全，橋梁支座典型病害主要有以下幾種類型：

1.1 表面開裂

橡膠支座一般產(chǎn)生水平裂縫，混凝土支座一般產(chǎn)生縱向裂縫。這與支座所受剪應(yīng)力的方向有關(guān)。如支座裂縫過大，受壓以后易破碎，不能繼續(xù)起承載作用。

1.2 鋼板銹蝕

原本處于支座內(nèi)部的鋼板外露，在空氣和水的影響下，造成鋼板電化學(xué)銹蝕。支座周圍如未清理干凈，雜物堆積，也會與鋼板發(fā)生反應(yīng)，形成腐蝕。鋼板是起粘結(jié)作用的，一旦銹蝕，支座粘結(jié)強(qiáng)度下降，鋼板脫落，支座不穩(wěn)定，易滑出。

1.3 支座脫空

在局部受壓或不受壓狀態(tài)下支座與梁底出現(xiàn)夾角，產(chǎn)生縫隙。當(dāng)裂縫大于接觸面邊長的1/4時(shí)，局部脫空；當(dāng)縫隙與邊長相等時(shí)，會出現(xiàn)接近全脫空情況，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和整修，將會對橋梁結(jié)構(gòu)的安全極為不利。

1.4 支座變形

隨著外界環(huán)境變化，支座混凝土?xí)l(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，在橋面反復(fù)荷載作用下，承受力逐漸下降，最終造成剪切變形，這種情況多發(fā)于橋梁的長下坡段和彎道段。變形后的支座往往伴有錯(cuò)位現(xiàn)象發(fā)生。一旦變形嚴(yán)重，且未能及時(shí)更換，支座無法繼續(xù)擔(dān)任傳遞承載力的角色，可能會破壞橋體整體受力系統(tǒng)，橋面振動(dòng)，威脅行車安全。

本文以一個(gè)常見的施工質(zhì)量問題為例，通過對該實(shí)例的分析和探究提出了一套解決技術(shù)質(zhì)量問題的相關(guān)理論。這個(gè)方案的經(jīng)驗(yàn)證明，相關(guān)理論可以很好地解決質(zhì)量問題，同時(shí)也可以用作參考類似的工程項(xiàng)目和技術(shù)問題。

2 工程介紹

通過對某城市的橋梁高速項(xiàng)目的橋梁支座檢查，支座上面的固定在第一箱形梁柱墩的右邊固定支座被破壞，箱梁與支座接觸點(diǎn)之間的距離向東移動(dòng)了約5cm。接觸點(diǎn)發(fā)生位移直接影響到了橋梁的可靠性和安全性。經(jīng)過深入的檢驗(yàn)后，可以發(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）支座柱墩下部橫向單向第一聯(lián)右邊支座被破壞，底板沿橋向東移動(dòng)了大約4cm；

（2）支座橫向水平細(xì)裂縫出現(xiàn)在第一聯(lián)柱墩直線西側(cè)；

（3）在左邊的第一聯(lián)支座柱墩和斜裂縫的西區(qū)梁也發(fā)現(xiàn)了橫向水平細(xì)裂縫。橫橋支座破壞如圖1，輔道橋臺裂縫如圖2。

橋梁支座失效成因：

（1）支座質(zhì)量差

①選用支座時(shí)，該橋梁的施工單位為了節(jié)約成本，以次充好，選用不符合國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的品種和規(guī)格的支座。這種支座的各項(xiàng)性能達(dá)不到要求的標(biāo)準(zhǔn)。在后期使用中，支座產(chǎn)生老化開裂和不均勻鼓凸的現(xiàn)象。

②混凝土澆筑時(shí)，混凝土配合比不科學(xué)，造成極限抗壓強(qiáng)度不夠，無法滿足設(shè)計(jì)荷載下正常運(yùn)行，加速了支座老化，降低了支座使用性能，縮短使用壽命。

圖1 橫橋支座破壞

圖2 輔道橋臺裂縫

③支座制作過程中表面未整平，凹凸部分會引起了受力不均等現(xiàn)象。

（2）不規(guī)范施工

①安裝前，支座周圍及錨栓孔中的積水、積雪、砂漿、瀝青混凝土和其他雜物未清理干凈；在風(fēng)力過大的外部環(huán)境下，未設(shè)置防風(fēng)裝置，在冬季未設(shè)置防滑裝置。在施工前，對支座墊石測量放樣時(shí)，標(biāo)高控制不嚴(yán)；對勞務(wù)人員配置不合理，工人疲勞作業(yè)后，又接著安裝支座，導(dǎo)致安裝誤差。

②安裝時(shí)，人工抬運(yùn)吊運(yùn)支座，各方感觀不一致，憑感覺穩(wěn)定支座而忽視了進(jìn)一步穩(wěn)固和位置調(diào)整。支座實(shí)際中心線與設(shè)計(jì)中心線不重合，支座位置不準(zhǔn)確，使支座處于不均勻受力狀態(tài)。在支座灌漿強(qiáng)度不足20MPa，就開始擰緊錨栓，拆除了千斤頂。此外，由于混凝土自身徐變時(shí)間短，在預(yù)施應(yīng)力后，沒有及時(shí)進(jìn)行板梁安裝以及橋面鋪裝，引起梁體反拱過大，造成支座脫空。

③安裝后，粗略檢查支座，縱容小裂縫變成大裂縫，小面積銹蝕變成大面積銹蝕，且沒有進(jìn)行定期詳細(xì)檢查和養(yǎng)護(hù)。檢查養(yǎng)護(hù)過程中沒有提高對細(xì)節(jié)的關(guān)注，比如支座螺栓螺母是否損壞松動(dòng)，各小部件位置準(zhǔn)確與否，墊層支座油氈是否有老化斷裂情況等。西立面裂縫位置如圖3。

圖3 西立面裂縫位置圖

3 橋梁支座病害防治措施

3.1 控制材料質(zhì)量

支座選材方面，對橡膠、鋼板等應(yīng)嚴(yán)格挑選質(zhì)量。為了避免運(yùn)輸過程中，支座受到污染和損壞，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)。鋼板安裝前須進(jìn)行防腐蝕處理，可采用鍍鋅處理和噴涂防銹蝕材料，鋅膜厚度應(yīng)不小于25μm，噴涂表面應(yīng)達(dá)到30～75μm，在前期防腐蝕處理中做到盡善盡美，才能夠保證支座鋼板后期抗腐蝕能力。安裝過程中如對防腐蝕層造成了損壞，務(wù)必及時(shí)重新噴涂。在使用過程中，對已銹蝕部位和易發(fā)生銹蝕部位著重檢查，避免銹蝕惡化，降低支座整體性能。在結(jié)合面處，涂以耐久性好的環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑，增強(qiáng)粘結(jié)性，避免產(chǎn)生相對滑動(dòng)。對于混凝土支座，要嚴(yán)格選用密實(shí)砂漿澆筑的支座，這樣才能達(dá)到強(qiáng)度要求。

3.2 規(guī)范現(xiàn)場施工

（1）現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督到位。在梁的預(yù)制、安裝、支座墊石乃至整個(gè)施工過程中都應(yīng)嚴(yán)格按照國家和行業(yè)規(guī)范要求，實(shí)施監(jiān)督，保證施工質(zhì)量。

（2）安裝排水防水裝置。施工中盡可能地設(shè)置好排水防水裝置。在橋體設(shè)置排水裝置，將地面水正常排出，在水域上的橋梁中，安裝防水裝置，以免橋體和支座受到水侵蝕的影響。

（3）選擇合適的施工季節(jié)。在山區(qū)特別是北方山區(qū)要選擇好施工季節(jié)，山區(qū)冬季低溫條件下不利于混凝土的初凝和強(qiáng)度成型，應(yīng)當(dāng)選項(xiàng)溫度適中的季節(jié)施工，保證施工質(zhì)量。

（4）做好合理的施工組織設(shè)計(jì)。在施工前應(yīng)當(dāng)針對特定的橋梁支座施工做好施工組織設(shè)計(jì)，安排好各項(xiàng)工作和材料進(jìn)場時(shí)間，既能有效地節(jié)約工期和成本，又能考慮更多的不確定因素。

（5）選擇合理的施工工藝。安裝支座時(shí)要考慮到一些不良地質(zhì)條件或者不良的氣候條件，選擇適合具體工程的施工工藝能夠減少大量病害。

3.3 定期檢測養(yǎng)護(hù)

檢測時(shí)應(yīng)檢測支座各部件是否完整、清潔，如不清潔及時(shí)清除支座周圍的污水垃圾雜物，以免雜物包裹支座，引起腐蝕；檢測梁底及墩、臺帽上是否殘留油脂，橡膠支座接觸油脂易發(fā)生橡膠老化、變質(zhì)而失去作用，對殘存機(jī)油等應(yīng)進(jìn)行及時(shí)清洗；對于梁支點(diǎn)承壓不均勻，支座出現(xiàn)脫空或剪切、壓縮變形過大、老化、開裂、滑移時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整和更換。除此之外，還應(yīng)對排水防水裝置進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)漏水滲水現(xiàn)象，要及時(shí)處理，避免水對支座的進(jìn)一步破壞。對于承載力已經(jīng)超限的橋梁，要進(jìn)行交通管制，嚴(yán)格控制交通荷載，并及時(shí)修復(fù)破損部位。

4 結(jié)束語

通過對橋梁的失效分析和加固對策的研究，提出了因預(yù)防和控制不當(dāng)造成的橋梁支座的損害具有重要意義。在工作條件下，伸縮接頭的失敗將造成進(jìn)一步的橋梁破壞甚至使得固定的螺栓被剪斷，導(dǎo)致梁體安全性大大降低。如果橋梁的位移過大，也可能導(dǎo)致偏心情況的出現(xiàn)。橋的加固完成后，通過對支座和裂縫的閉合建設(shè)，以及結(jié)合后期橋梁監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)橋已恢復(fù)其正常功能和裂縫已經(jīng)得到完全控制。經(jīng)驗(yàn)證明，該建設(shè)措施安全可靠對于該類問題具有良好的修復(fù)效果。