橋梁支座病害及處治分析
——以劉家峽大橋為例

劉永強

（甘肅省臨夏公路事業發展中心臨夏公路段，甘肅臨夏 731100）

1 工程概況

甘肅省道106 線劉家峽大橋（位于東鄉縣考勒鄉）為跨越劉家峽水庫黃河支溝而設，2013 年12 月建成通車，已運行近10 年，該橋梁樁號K52+765，是蘭州至臨夏二級公路重點工程。劉家峽大橋為536m 的單跨鋼桁架懸索橋，雙向兩車道，橋面全寬15m，橋面凈寬11m，設計行車速度為40km/h，主纜分跨為148m+536m+114m，垂跨比為1∶11。索塔為鋼管混凝土門形框架結構，索塔基礎為鉆孔樁基礎，錨碇采用三角架式重力錨。主桁采用型鋼桁架，桁高4m，橋面板為正交異性鋼橋面板結構。全橋在塔梁之間布置4 個拉壓球型豎向支座和8 個球型抗風支座，在主桁與橋面板之間布置了固定和滑動拉壓柱面支座。

2 支座現狀與病害成因

橋梁豎向支座位移滑板與正常狀態不同，很多位置出現了磨損，甚至已經掉落；支座不銹鋼板更加膨脹，添加一定量的硅脂潤滑劑后，這種膨脹問題依舊存在；隨著滑動阻力的不斷增加，擋塊螺栓疲勞破壞后無法正常使用，擋塊脫離原有位置后，支座中間體滑出上部擋塊約束位置，主位移不銹鋼板也產生明顯變化，起拱的嚴重程度不斷加劇；支座橫向位移擋塊螺栓的完整性受損，擋塊脫離原有位置，消除擋塊約束后，支座中間體也發生特殊問題，即竄位滑動，支座中間體與之前設計位置不同時，與支座上座板的距離也越來越遠；支座橫向位移造成的影響較大，銹蝕的現象隨之出現。

2.1 支座縱向主位異常的原因

第一，縱向主位移相對復雜，處在下置安裝的范圍內，由于防塵裝置防護水平不足，防護功能受限，建筑垃圾、污水、塵土的位置產生變化，大范圍分布在縱向主位移摩擦副不銹鋼板滑動面上，成為影響滑動阻力的因素，進一步加劇了滑板磨損問題，當這些聚集物的形態發展為硬塊后，滑板會在更短時間內磨損。滑板的磨損高度通常是有特定范圍的，即3～3.5mm。當前，磨損高度降低情況達到零，出現金屬-金屬的硬接觸剛性摩擦受力現象，支座的位移滑動作用形同虛設。這種病害促使水平滑動阻力在實際運行中表現為強行阻止，大于設計摩擦力很多，除了導致橫向活動約束擋塊更多之外，也加大支座傳力部件疲勞而影響原有的穩定性，對于橋梁上下部結構而言，其附加壓力明顯大于之前。

第二，從主位移滑動面的角度分析，多數情況下屬于大位移。當滑動工況未出現異常狀態時，不銹鋼板圈置焊接約束力可以體現出正向作用，不會被設計摩擦力自由滑動而干擾。當滑動阻礙問題發生時，實際水平力的數值高于設計摩擦力。隨著受力范圍內較大水平阻力的不斷沖擊，圈置約束力難以適應，這種成倍附加的水平阻力負面影響較大，與不銹鋼板產生接觸時，由于其中心點是無約束的，所以薄層不銹鋼板無法保持原有狀態，可能下凹，也可能起拱等。不銹鋼板質量較差時，滑板的磨耗問題也十分嚴重，很大程度上削弱了支座位移功能。

第三，從實際工程的角度分析，由于墊石澆筑存在一定空隙，薄層灌漿調節層寬厚比、長厚比過大，造成重力灌漿效果與預期不符的情況，砂漿調節層持力水平偏低，預埋鋼板凹凸不平，混凝土澆筑結果不達標等。這些因素對不銹鋼板的正常形態造成不利影響，滑動的平整性逐漸降低，滑動阻力呈現快速增加的趨勢。

2.2 支座橫向位移側向擋塊掉落的原因

第一，過大的水平阻力在該領域比較常見，會對連接件造成影響，隨著松動情況的不斷加劇，橫向位移側向擋塊不再處在原有位置。

第二，擋塊連接螺栓在強度方面有所欠缺，未考慮到實際情況制定防松措施。

第三，如果鋼板厚度處在偏薄狀態時，彎曲變形的狀況隨之出現，擋塊螺栓在某些位置也會被損壞，造成擋塊脫落的情況。

第四，橫向位移側向擋塊不保持原有位置后，支座中間體產生一定波動，順著豎軸的方向轉移。沒有擋塊控制支座中間體后，會持續波動在橋梁縱向中（不允許），當這種竄動位移越來越嚴重時，支座局部受力的狀況將會發生，脫空受力也會加大后續工作的難度，滑離掉落的速度更快，支座中間體脫落的問題比較顯著，導致支座支點缺乏有力保障，經過重車的環節，橋面系拉桿的出現率偏高，吊桿斷裂也很容易出現，交通事故的出現使橋梁結構與之前明顯不同。

2.3 其他病害因素及病害后果

第一，對于支座轉動體，卡滯無法轉動的問題時有發生，要想體現出彎矩、扭矩附加應力效應十分困難。

第二，當支座轉動體可以十分順暢完成轉動時，支座球面滑板受到的壓力因素更強，可能溢出，需從現場的各個位置展開精細化檢查。

第三，支座的側向受力導向摩擦副、抗拉導向摩擦副可能存在損壞的現象。

第四，支座關鍵受力鋼板具有一定的特殊性，異常變形問題的發生率較高，需嚴格按照要求檢查現場有無發生此問題的征兆，考慮到諸多因素展開核實。

第五，對于主位移不銹鋼板、基襯鋼板，其平整度可能不符合要求，所以開展現場檢查工作十分必要。

第六，橋面系固定支座易在過大的水平滑動阻力下解鎖，應結合實際情況展開規范化檢查。解鎖步驟結束后，橋面系縱向和橫向位置變化的發生率較高，由于橋梁具有坡度，所以伸縮縫產生變化，對行車造成一定影響。

3 病害處治措施

3.1 總體要求

第一，無論是維修設計，還是施工，都要將安全放在第一位，并秉持環保、優質的理念。

第二，系統性處治要求。防止出現處理實際問題不夠全面的現象，在整個橋梁中，支座是不可或缺的一部分，支座病害的消極影響較大，此問題包括制作結構設計不當、應用的材料不合格，制造效果不佳等。有些誘發因素也比較常見，例如橋梁結構實際運行不合理，大風、冰雹等惡劣天氣超載情況等等。在上述因素的影響下，適應性明顯低于之前，制作性能大打折扣。在維修設計過程中，要從不同角度思考是哪些因素引起了病害，遵循全面規范的原則進行處理，防止病害對后續運行造成影響。

第三，專業性處治要求。從力學層面來看，索橋承重結構處在高次超靜定結構的范圍內，在所有條形中受力是最繁瑣的，索橋不僅具有柔度大的特征，而且體現出大跨度的特點，振動周期較長。由于索橋承重體系涵蓋著諸多特征，所以要高度重視豎向支座和橫向支座約束體系，嚴格按照要求進行專業、科學的設計。由于國內在指導標準方面有待提高，往往將制作的普通標準作為參考重點，在此基礎上完成設計制造，這與實際運行工況產生一定偏差，所以該領域要十分關注此問題。

第四，處治的技術先進性。要深刻認識到土木專業和機械專業的相同點和不同點，將兩種專業的學科交叉放在首位。支座設計除了屬于產品機械性能設計之外，也要以土木結構為切入點，考慮到該結構的現狀，展開適應性設計。同時，行業的發展遠遠離不開現代化的技術及材料，還要及時摒棄落后的設備及工藝。支座是實際工作中的重中之重，與摩擦磨耗性能設計密切相關，選擇相應材料的過程中必須十分謹慎，以質量佳、功能強、先進的耐磨材料為首選。

第五，及時性處治要求。還未正式處治之前，需了解應急處治措施的流程、注意事項，將相關措施真正落實。相關人員應在符合要求的基礎上，做到加密檢查，秉持限速限載的理念，并將臨時支撐設置在相應位置。

3.2 項目特點及難點

一是鋼梁預設頂升點位置布頂高度較高。

解決措施：從鋼梁預設頂升點入手，明確支撐平臺的重要性，將該平臺設置在此位置，滿足橋梁頂升力的需求，防止橋梁頂升施工產生異常問題。

二是索橋位移的情況比較明顯，現實中滑動次數較多，失穩的狀況屢屢出現。在此過程中，鋼梁的位置也會產生變化，不僅對頂升系統的穩定性提出嚴格要求，也表明該系統必須在適應性方面占據優勢。

解決措施：高度重視頂升系統，圍繞該系統設置聯動措施，并融入位移滑動面，明確轉動調節面的設置流程及注意事項，使兩者和頂升系統相融合，最大程度上降低滑移、傾斜的發生率。

三是施工過程中，橋梁運營未出現異常問題，拆除舊支座后，橋梁將無法保持原有的穩定性。

解決措施：還未正式拆除舊支座前，要將支座附近位置作為操作范圍，嚴格按照要求設置臨時支撐，避免橋梁發生橫向位移。

四是支座實際安裝尺寸與原設計產生一定偏差。

解決措施：以滿足橋梁使用為基礎，在現場中集中更多注意力，針對實際尺寸展開測量，設計加工新支座，避免安裝新支座的環節面臨阻礙。

五是解決好支座滑動問題后，殘余位移疊加也會帶來負面影響，比設計位移值更大。

解決措施：將新支座滑動位移值體現出來，結合實際情況落實保守設計工作。

六是當舊支座的運行呈現異常狀態后，橋梁結構也會產生變化，連接狀況與預期不符，明顯加大了新支座運行的復雜性。

解決措施：利用有效措施增強新支座的承載能力，并從新支座的剛度入手，使其在原有基礎上有所提升，確保可以有效應對偏差變位的情況[1]。

七是支座主位移面倒置設計，防護效果差。

解決措施：高度重視防塵裝置，考慮到現場面臨的問題，展開專項設計，采用“不銹鋼骨架+強力透明板+一字折疊剛性風琴罩”進行全封閉防護，避免摩擦的防護質量較差，加大檢查力度，轉變早期的養護理念和方式，注重養護的全面性，從新支座頂面設置金屬防水罩，為支座的正常運行提供幫助。

八是冬季施工溫度低，風力大。

解決措施：首先，根據實物工程量提前組織有關機具、外加劑和保溫材料進場，并對各種加熱的材料、設備要檢查其安全可靠性；其次，做好混凝土、砂漿及摻外加劑的冬季施工試配試驗工作，提出施工配合比；再次，制定冬季施工的防滑、防凍、防火、防煤氣中毒等安全措施。最后，如果某項控制設備屬于低溫敏感，要采取科學合理的保暖措施。

3.3 處治方法

第一，明確認識到舊支座病害對后續工作的影響，遵循專業、全面的原則展開檢測，判斷哪些因素與病害相關，找到具體問題源頭，以此進行消除。

第二，參照美國AASHTO 規范、EN1337 歐洲標準及BS5400 英國標準，結合劉家峽大橋的支座性能要求，以及支座與橋梁上下部結構的連接要求，開展新支座的專項設計與評審（包括防塵裝置的專項設計與評審）。

第三，編制施工組織方案，當評審結果無誤后，使該方案作為維修更換工作中的主要參考。

第四，編制施工監控方案，評審后嚴格按照方案要求開展監控作業。

3.4 應急處治

支座橫向位移側向擋塊的位置有所不同時，支座中心體朝著外部方向運行，這種竄動情況比較明顯，隨著時間的不斷延長，將與支座相分離，導致支座處于徹底脫空的狀態。此時，全橋四個支點無法繼續受到約束，受力狀態呈現異常，很大程度上破壞了橋梁結構。當載量較大的車輛通過時，橋梁結構再次受到破壞，伸縮縫結構也與正常狀態下不同，導致該橋梁陷入安全隱患的困境中。

第一，盡快對支座中間體實施限制竄位的約束，在桁梁下焊接臨時橫向導向滑動擋塊，既約束竄動，又保證橫向有一定的位移。

第二，準備臨時豎向支撐，當支座中間體不再保持原有位置，可以通過支撐為其帶來幫助。避免縱橫向位移無法繼續推進。

第三，提升加密檢查的頻率，每日對竄動量產生明確認知，結合發展變化情況進行控制。

4 支座更換施工技術

4.1 施工技術要求

支座更換是一項復雜程度偏高的過程，使用千斤頂開展頂升作業時，選擇千斤頂的過程中需謹慎，要以千斤頂的整體能力為主。在頂起落下作業的過程中，千斤頂行程高差有同步要求，但存在速度誤差。由于千斤頂是高效工作，所以梁體內部會出現不同程度的應力，倘若忽略了千斤頂高度差的控制，會引起橋面出現斷裂的情況。每片梁間的提升高度差控制在±1mm 以內時，可以保證梁體及橋面的結構安全。

4.2 工藝流程分析

首先，完成支架和工作平臺的設置，開展頂升作業時要謹慎。以設置支架為第一步驟，充分考慮到墩臺頂設置千斤頂的情況，按照兩種情形進行處置：如果設置千斤頂的空間較大，那么只需設置工作平臺即可，以此保障行人、材料的運行；如果千斤頂的空間較小，但具有相應基礎，要高度重視頂升量體的臨時支架，嚴格按照要求展開設置，之后再將工作平臺融入其中。其次，保險墊塊的設計。通常情況下，制作保險墊塊的材料為鋼板，鋼板的尺寸不可過大或過小，防止墊塊失去穩定性。開展此項工作時，應保障墊塊數量和千斤頂相同，并著眼支撐點的下端位置，使此位置的平整程度偏高，墊塊上側要支撐可以承受全部載荷的位置。具體操作中，當千斤頂的升降產生變化時，也要針對墊塊數量展開調整[2]。

5 結語

綜上所述，當橋梁支座的使用時間不斷增加時，病害的發生率也隨之提高，對橋梁的正常運行造成負面影響。在對橋梁加固工作環節，需加大對支座的檢查力度，在恰當時間內更換損壞的支座。根據支座病害的特征和現狀，制訂科學有效的處治方案，最大程度地確保橋梁使用的安全性與穩定性。