高速鐵路簡支梁支座開裂原因分析及處理措施研究

汪志飛

摘 要：支座和支座墊石在橋梁結構中起到“承上啟下”的作用，在均勻地傳遞載荷延長橋梁使用壽命方面起到了至關重要的作用。本文根據宿遷特大橋277號墩支座開裂修補的工程對支座開裂的原因進行了詳細分析，并根據現場情況詳細闡述的具體施工方案和注意事項，對類似工程有一定的借鑒和啟發。

關鍵詞：宿遷特大橋;支座;墊石;開裂原因;處理措施

中圖分類號：U443.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0098-02

0 引言

由橋墩支撐的橋面板易受車輛運動和熱膨脹的損壞。而為了延長橋面的使用壽命，需要橋梁支座均勻地傳遞來自于橋面的負載和物體運動帶來的載荷。橋梁支座是橋梁的一個部件，通常在橋墩和橋面之間提供一個支撐面。橋梁支座的目的是允許受控運動，從而減少所涉及的應力。運動可以是熱膨脹或收縮，或其他來源的運動，例如地震活動。根據包括橋梁跨度在內的許多不同因素，使用了幾種不同類型的橋梁支座。最古老的橋梁支撐形式只是兩個彼此疊置的板。現代橋梁支座的一種常見形式是彈性支座。其具有足夠的豎向剛度以承受來自垂直方向上的巨大荷載，能將上部結構的反力有效地傳遞給墩臺;有良好的彈性以適應梁端的轉動;由較大的剪切變形以滿足上部結構的水平位移;還具有構造簡單、安裝方便、養護簡便、易于更換、建筑高度低、有隔振作用等優點[1-2]。

在橋面和支座之間常常設置有支座墊石，支座墊石隨著交通基礎建設日益追求完善的趨勢下得到了越來越多的重視，其設計、施工和監理等方面全面得到了發展。依據《公路工程質量驗收評定標準》JTJF801-2012中的規定，將支座墊石列為橋梁工程中單元工程的基礎以及下部結構，并且支座墊石還是分部工程中一個重要的單獨分項工程，由此可見其重要性。支座墊石屬于連接部分，其作用是連接橋臺、墩頂部以及支座，支座墊石一般都是使用混凝土現場澆筑得到。因此支座墊石擁有混凝土的獨特之處，其體積較小，受力較大，并且應力相對集中，分布的鋼筋密集，同時對施工精度要求較高。支座墊石有著十分重要的作用，主要原因有三點：首先，如支座受外界影響發生變形或破壞時，需對彈性支座進行更換，支座墊石的存在可以在定期更換支座時提供必要的空間，以便放置千斤頂從而進行支座的更換。其次，橋梁支座連接著橋梁組成的各個構件，起到傳遞載荷的作用，在各個構件連接處，應力組成十分復雜，會存在應力集中的地方，容易造成損壞，形成危險源。而支座墊石可以作為過渡構件可以平緩均勻地傳遞載荷，從而降低危險源的風險。最后，由于支座墊石以上的作用使其成為了支撐橋面板的主要載體，位于橋梁上下部結構銜接的重要位置，屬于橋梁不可或缺的組成部分，并且支座墊石在施工階段可以起到調整橋墩和橋面板之間因種種原因引起的誤差和偏差，即支座墊石可以起到調整橫坡的作用[3-4]。

因此，當支座及其墊石出現損壞時需要分析破損原因及處理措施，本文通過工程實例對支座墊石破損原因和處理措施進行詳細研究。

1 工程概況和原因分析

1.1 工程概況

新建徐鹽鐵路站前工程XYZQ-Ⅳ標宿遷特大橋起止樁號DK119+213.850-DK133+105.100，全長13891.25m，含6座連續梁，簡支梁399榀，宿遷特大橋277號墩墊石在架梁過程中發現破裂現象，需對墊石進行修補。277號墩支座采用TJQZ球型鋼支座，支座噸位5000 kN，墩頂小里程側布置2個固定支座，大里程側布置2個縱向活動支座。墊石混凝土標號為C40，墊石設計尺寸240×120×35cm。鋼筋直徑φ12mm鋼筋采用HRB400，直徑φ8mm鋼筋采用HPB300。

1.2 支座墊石損壞情況及原因分析

支座墊石損壞情況如圖1所示。該支座墊石有一個拐角部位混凝土出現開裂脫落，局部開裂進入支座鋼板錨栓處。

支座墊石出現損壞的原因有很多，主要有以下幾個方面：支座墊石在施工過程中出現了軸線上的偏移;支座墊石與臺帽之間，以及支座墊石與蓋梁之間結合得不夠緊密，產生了水平上的滑動;支座墊石上鋪設的鋼板與支座墊石之間結合不緊密，存在空洞或者氣泡;支座墊石強度不夠，支座混凝土出現了開裂或者裂縫，以及蜂窩和麻面等情況;支座墊石尺寸不合適，即支座墊石頂面高程存在較大誤差，導致支座呈現懸空。除以上幾點外，支座墊石厚度、保護層厚度偏大以及預留錨栓孔深度不足，頂面四角高差超過1cm，支座墊石存在表面不平整，棱角線不平直以及支座墊石露筋和鋼筋加工不達標，以及現場管理不善，技術人員責任心不強等。

通過對現場情況的具體分析，本次支座墊石破損的主要由于現場管理不善和技術人員的懈怠導致支座混凝土保護層偏大，混凝土的強度不夠。

2 修補方案的實施

2.1 準備工作

將277號墩墩頂處箱梁防落梁擋塊拆除，與277號墩相鄰的276號墩和278號墩處箱梁防落梁擋塊現場已安裝完成，不需進行拆除。在箱梁端部每個橫向防落梁擋塊預埋件下設置2臺千斤頂（每個千斤頂噸位為200t），每臺千斤頂頂部設置2cm厚的鋼板與箱梁底部防落梁擋塊預埋鋼板緊密貼合。277號墩大、小里程和左、右側一共布置8臺千斤頂。同時現場施工人員與技術人員及時溝通，建立起高效及時的溝通反饋機制。

2.2 具體施工

在頂升作業之前，為了方便觀察整個頂升施工系統的工作狀態，需要進行試頂升試驗。在頂升之前應將千斤頂進行校核并將支座下鋼板地腳螺栓解除。在頂升期間需要安排測試人員進行箱梁頂面高程的實時監測，觀測高程變化情況并及時反饋。首先試頂升升高3mm，再將其他千斤頂同步提升3mm，千斤頂的升高速度不能超過1mm/min，鎖緊液壓閥，測試人員檢查系統有無漏油等異常情況，如有異常情況應該及時進行反饋。最后收回千斤頂，測試人員檢測箱梁回落的情況，如發現異樣也應該及時進行反饋。

試頂升順利完成后進行正式的頂升，整個頂升過程應當保持位移同步誤差小于1mm并且任何一缸的壓力誤差必須小于平均值的5%，一旦超過限值，應當立即關閉控制系統中的液控單向閥，以確保梁體安全，起頂高度高出設計標高3mm-5mm后鎖定千斤頂，具體高度視現場施工需求而定。根據支座設計技術的參數，設計轉角為0.02rad，支座設計調高量為20mm，千斤頂起頂高度高出設計標高3mm-5mm即認為符合設計要求。正式頂升過程中，支座下鋼板采用臨時約束與支座上鋼板連接，與梁體同時頂升。頂升完成后，使用鋼板及鋼楔子進行臨時支撐，臨時支撐放置在千斤頂旁。

修補工作首先需要將墊石混凝土鑿除，鑿除采用風鎬逐步鑿除。鑿除時要注意保護原有墊石鋼筋，不得隨意切割。之后再進行鋼筋綁扎，按照墊石鋼筋加固圖紙要求綁扎焊接墊石鋼筋，由于現有墊石鋼筋保護層厚度偏厚，在現有墊石鋼筋基礎上進行綁扎安裝墊石補強鋼筋，確保墊石鋼筋保護層厚度在60mm。

將破損的墊石混凝土鑿出后，進行墊石混凝土的澆筑，即在墊石外側制安墊石側模，混凝土用輸送車送至橋下后，放入小料斗，人工用麻繩起吊混凝土入模，振搗采用30型振動棒振搗，澆筑C40混凝土并覆蓋土工布灑水養護不少于7天，養護時在墩頂設置養護水桶進行滴灌養護。待墊石混凝土強度達到設計強度后，進行支座的安裝，支座的安裝采用重力灌漿法進行安裝。在支座安裝前對支座墊石頂面進行鑿毛清理，清除浮漿，使其露出75%以上新鮮混凝土面，發現混凝土質地均勻，漿體飽滿并且表面無氣泡，外觀上也可以判斷出混凝土強度達到要求。然后將支座墊石預留錨栓孔清理干凈，用水將支座墊石表面濕潤，灌漿模板采用鋼模，固定在支座墊石頂面，灌漿模板布置如圖2所示。

支座就位后，將277號墩墩頂千斤頂回落，使梁頂達到設計高程后鎖定千斤頂。支座下座板與支座墊石頂面之間留有20-30mm的空隙，以便灌注無收縮高強度灌注材料，灌漿材料采用抗壓強度不低于50MPa的灌漿料，灌漿材料施工質量符合《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB10424-2010）第9.9.6條至第9.9.13條的規定。施工采用重力灌漿方式，灌漿過程從支座中心部位向四周注漿，直至從模板與支座底板周邊間隙觀察到灌漿料全部灌滿為止。最后待灌漿料強度達到20 MPa后，拆除千斤頂。

3 施工注意事項

現場施工時有一些注意事項對于施工效果和現場施工的安全起著至關重要的作用，現總結如下：

（1）在現場施工過程中，現場技術主管必須全程在場把控，協調調度;（2）施工時不得造成支座和防落梁擋塊外觀的破損;（3）施工時不得污染現有結構物;（4）現場養護材料需提前準備，混凝土初凝后應當及時養護;（5）現在作業人員需佩戴安全帽、安全帶;（6）現場用電采用發電機發電，需加強用電安全管理，避免觸電事故的發生;（7）鑿除混凝土塊，應清理至指定區域，注意高空墜物管理，防止傷人;（8）為防止千斤頂出現故障，現場應有備用千斤頂，備用千斤頂不得少于3個;（9）施工時應有專職安全員進行防護，確保施工安全。

4 結語

本文對新建徐鹽鐵路站前工程XYZQ-Ⅳ標宿遷特大橋277號架梁過程中發現墊石存在的破裂現象，進行了詳細地分析，從材料到施工逐一排查，最后結合歷史經驗和現場實際檢測分析發現本次支座墊石破損的主要原因是保護層太厚導致的強度不足，現場管理不善和技術人員的懈怠導致支座混凝土的強度不夠。然后詳細地介紹了對破損支座墊石的現場修補方案及措施。最后對施工過程中的注意事項進行了介紹。

本文結合實際工程施工對支座墊石的破損原因進行了詳細分析，介紹了具體施工的方案和注意事項，對其他類似支座及支座墊石的修補防護工程起到了一定的參考作用。

參考文獻

[1] 宋杰華.論橋梁支座墊石的缺陷和改善措施[J].山西交通科技，2011（1）：44-46.

[2] 段世華，抄玉民.淺談橋梁支座墊石施工質量提高的完善措施[J].河南科技， 2014（19）：152-153.

[3] 汪洪加.橋梁支座墊石混凝土裂縫預防措施[J].公路交通科技（應用技術版），2012（12）.

[4] 陳強華.鐵路橋梁支座墊石施工工藝及質量控制[J].水利水電施工，2013（6）：80-82.