高速公路橋梁支座病害檢測(cè)及維修處治分析

秦東偉

（河北高速集團(tuán)工程技術(shù)有限公司，石家莊 050000）

1 引言

板式橡膠因受力與構(gòu)造良好，在中小跨徑公路橋梁中應(yīng)用廣泛。但橡膠支座在橋梁工程造價(jià)中所占比例較小，很難獲得技術(shù)與管理者的重視，在長(zhǎng)期應(yīng)用中缺乏有效養(yǎng)護(hù)修復(fù)，易成為橋梁結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，增加病害發(fā)生概率。近年來(lái)，高速公路數(shù)量不斷增加，橋梁設(shè)備比例隨之提升，橋梁技術(shù)不斷更新?lián)Q代，對(duì)支座提出了更高要求，其后期檢查與養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。以高速公路橋梁支座為例開(kāi)展針對(duì)性分析，創(chuàng)新支座病害檢測(cè)與維修措施，有效預(yù)防和解決橡膠支座常見(jiàn)的開(kāi)裂、脫空、變形等質(zhì)量問(wèn)題，從而延長(zhǎng)支座使用壽命，減少后期維修成本，使其滿足工程運(yùn)營(yíng)需求。

2 工程概況

以石衡（石家莊—衡水）高速公路為例，主線全長(zhǎng)82.80 km，雙向6車道，聯(lián)系石家莊與衡水兩市的主城區(qū)，既能彌補(bǔ)省會(huì)東南區(qū)域高速公路稀疏的缺陷，還可緩解石黃高速公路的交通壓力。該工程設(shè)置大橋3座、中橋9座、馬莊服務(wù)區(qū)1處、停車區(qū)2處、養(yǎng)護(hù)工區(qū)2處、通信監(jiān)控分中心1處。橋梁均采用板式橡膠支座，支座質(zhì)量直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及使用壽命。投入使用后，部分支座存在開(kāi)裂、變形、脫空等質(zhì)量病害，需加強(qiáng)觀測(cè)與維修養(yǎng)護(hù)，使質(zhì)量病害提早得到防護(hù)，避免威脅行車安全。

3 高速公路橋梁支座常見(jiàn)病害檢測(cè)

3.1 開(kāi)裂

支座開(kāi)裂點(diǎn)一般位于支座端部，以45°傾斜縫為主，如若支座出現(xiàn)水平方向裂縫，大多因剪切力過(guò)高所致，發(fā)生概率較小。裂縫的典型表現(xiàn)為長(zhǎng)度較短，分布較為緊湊，開(kāi)裂原因是施工階段受力不均。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，主要因支座安裝偏差較大、橋梁設(shè)計(jì)帶有縱橫坡，設(shè)計(jì)不科學(xué)、后期防護(hù)不到位，使支座柔韌性降低，出現(xiàn)開(kāi)裂情況[1]。

3.2 變形

該病害是在外力作用下，梁底與墊石出現(xiàn)相對(duì)位移，在支座界面上形成了帶有一定角度的平行四邊形。此類病害多出現(xiàn)在彎道段、長(zhǎng)下坡段，且?guī)в酗@著的外部特征，在平直橋梁中出現(xiàn)概率較低，檢測(cè)結(jié)果如表1所示[2]。在梁體設(shè)計(jì)階段，因未能充分考慮坡度、施工中忽視支座墊石標(biāo)高、水平度控制不精準(zhǔn)、投入使用后墩臺(tái)出現(xiàn)不均勻沉降等，均會(huì)引發(fā)剪切變形。當(dāng)支座支撐面出現(xiàn)傾斜情況時(shí)，勢(shì)必要承受梁體與上部結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生的作用力，力的方向與支撐面平行?，F(xiàn)階段，重車超載情況十分普遍，且存在上坡加速、下坡減速的駕駛規(guī)律。由于設(shè)計(jì)階段忽視重型車輛加速行駛中產(chǎn)生的振動(dòng)，剪切力高于支座自身承受力，便會(huì)增加剪切變形概率。

表1 支座變形檢測(cè)結(jié)果

3.3 脫空

在混凝土梁架設(shè)完畢后，在橫向與縱向連接具有整體性特征。投入使用后，受溫度變化、預(yù)應(yīng)力作用、行車荷載等因素影響，梁體形狀逐漸發(fā)生改變，導(dǎo)致下部支座受力不均，長(zhǎng)此以往，出現(xiàn)脫空病害。從總體看，該病害成因在于上部結(jié)構(gòu)徐變作用，還可能因梁板尺寸不精準(zhǔn)、安裝階段出現(xiàn)定位偏差等，增加脫空病害的發(fā)生率。支座脫空病害分為兩種，一種為局部脫空，另一種為完全脫空。其中，局部脫空因梁底和墊石出現(xiàn)相對(duì)位移，導(dǎo)致支座剪切變形；完全脫空主要發(fā)生在橋梁上部結(jié)構(gòu)，其原因?yàn)榘宓装纪共黄健|石高度控制不足、后期管理缺乏，出現(xiàn)質(zhì)量病害后未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取補(bǔ)救措施，最終導(dǎo)致支座出現(xiàn)完全脫空情況，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 支座脫空檢測(cè)結(jié)果

3.4 位置偏移

橋梁支座偏位類型主要有兩種，即橫向型與縱向型。出現(xiàn)偏位病害后導(dǎo)致受力不均，支座可能因局部受力過(guò)大而受損，如圖1所示。此類質(zhì)量問(wèn)題的成因是不準(zhǔn)確的橋梁墊石或支座放樣。在支座承受水平荷載高于剪切變形力的情況下，支座將通過(guò)各類材料間的錯(cuò)位滑動(dòng)，使上部橋梁水平位移需求得到滿足。當(dāng)支座不銹鋼板出現(xiàn)銹蝕、支座墊石碎裂、支座與墩臺(tái)固定時(shí)，會(huì)使支座材料間的摩擦阻力增加，橋梁支座無(wú)法正?；瑒?dòng)，故應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制訂相應(yīng)的維修方案，及時(shí)糾正支座錯(cuò)位情況，必要時(shí)可更換新的支座[3]。

圖1 支座位置偏移

4 高速公路橋梁支座病害的維修措施

4.1 明確梁板頂升要點(diǎn)

在病害支座維修養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，梁板頂升十分關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格把控整幅梁體的同步頂升與回落情況，其高差應(yīng)控制在2 mm以內(nèi)，以免因梁板受力不均而受損。所用施工設(shè)備主要為千斤頂，與橋檢車一同使用。基本原理是多個(gè)千斤頂用相同油管輸油，再用相同油泵供油，使多個(gè)千斤頂能在作業(yè)中提供相同的升力，確保頂升距離、速度基本相同。選擇千斤頂時(shí)應(yīng)合理控制數(shù)量，一般T梁每個(gè)端口設(shè)置1臺(tái)，箱梁每個(gè)端口設(shè)置2臺(tái)，在互通立交位置千斤頂數(shù)量最多，由8片箱梁構(gòu)成。為擴(kuò)大頂升操作空間，應(yīng)合理選擇頂升高度與千斤頂規(guī)格，可采用相對(duì)較小規(guī)格的設(shè)備，以高強(qiáng)墊板為輔助，合理調(diào)整高度。部分橋梁在維修時(shí)仍處于通車狀態(tài)，故應(yīng)在頂升期間采用千分表精確頂升高度，確保梁體各段同步頂升，其高度控制在10 mm以內(nèi)，以確保作業(yè)安全，車輛通行不受影響。

4.2 實(shí)施針對(duì)性支座病害維護(hù)技術(shù)

因高速公路橋梁支座病害類型較多，應(yīng)在保障前期設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)后期的維護(hù)與管理，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)指標(biāo)分析梁體狀態(tài)，及時(shí)清理支座周圍臟污，定期檢查橋梁底部，提早發(fā)現(xiàn)支座異常情況。對(duì)于常見(jiàn)的剪切變形、脫空、開(kāi)裂等病害實(shí)施針對(duì)性維護(hù)，確保支座正常使用。

1）超限剪切變形維護(hù)。支座剪切變形應(yīng)與設(shè)計(jì)要求相符，如支座剪切作用理想，則無(wú)須處理；如剪切變形超過(guò)規(guī)范值，影響其剪切功能發(fā)揮，則需維修養(yǎng)護(hù)。當(dāng)相同蓋梁或臺(tái)帽上僅有少數(shù)支座剪切變形超出限制，可利用局部頂升法更換支座；如大部分剪切變形超限，可利用整體頂升法更換，對(duì)于未出現(xiàn)病害的支座也應(yīng)一并更換，確保相同蓋梁上支座均有相同或相似的剪切剛度。

2）脫空維護(hù)。針對(duì)支座頂面與梁底間的脫空問(wèn)題可采用局部頂升的方式，梁體塞墊整塊楔形不銹鋼板，其鋼板面積應(yīng)超過(guò)支座的30~50 mm，利用環(huán)氧水泥漿將鋼板與梁底楔塊黏結(jié)，在必要情況下可將墊石頂面標(biāo)高內(nèi)蓋梁適當(dāng)降低，解決鋼板空間不足的問(wèn)題；支座底面與墊石間的脫空情況主要是墊石不平整所致，故可采用局部頂升法，先將墊石外表打磨平整，使其頂面標(biāo)高適當(dāng)?shù)陀跇?biāo)高，解決支座安裝高度提升的問(wèn)題，再將整塊楔形鋼板墊入，用環(huán)氧水泥漿與墊石頂面相連接，從而解決此類脫空問(wèn)題[4]。

3）開(kāi)裂維護(hù)。受支座產(chǎn)品質(zhì)量與環(huán)境因素影響，橡膠支座易出現(xiàn)老化、開(kāi)裂情況。當(dāng)支座中裂縫寬度不足1 mm時(shí)，可在確保支座使用環(huán)境良好的情況下繼續(xù)使用，并密切檢查其發(fā)展速度；如裂縫寬度超過(guò)1 mm，可利用CSM涂抹表面，加強(qiáng)防護(hù)效果；當(dāng)支座鋼板出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕情況時(shí)，可采用頂升方式替換支座，局部和整體頂升原則與變形維護(hù)方案相同，在溫度適宜條件下完成支座更換；日常也應(yīng)做好除銹工作，外表涂抹防銹、防腐涂料，使支座各項(xiàng)指標(biāo)滿足交通體系要求，降低病害發(fā)生概率。

4.3 引入橋梁盆式支座更換工法

以往支座墊石頂面平整度無(wú)法滿足精度要求，導(dǎo)致支座安裝后易出現(xiàn)局部脫空現(xiàn)象?；诖耍山Y(jié)合橡膠支座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用注漿法安裝盆式支座，對(duì)支座墊石進(jìn)行澆筑，以提高墊石平整度，如圖2所示，具體工藝如下。

圖2 盆式支座注漿法示意圖

1）安裝灌漿用模板，預(yù)防灌漿時(shí)出現(xiàn)泄漏，用水泥漿將支撐墊石區(qū)域的蓋梁混凝土表層浸濕。

2）吊裝和安裝支座，確保支座安裝位置與高程符合要求，利用鋼楔塊楔入支座四角，調(diào)平支座。

3）利用重力灌漿法將支座底部與蓋梁縫隙填滿，先從支座中間朝著周圍注漿，待漿體從縫隙處溢出才可停止；待灌漿混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后拆除模具，檢查墊石是否存在漏漿之處，查漏補(bǔ)缺。

4）將鋼楔塊拆除，對(duì)留邊側(cè)補(bǔ)漿，再將支座錨栓擰緊；澆筑梁體混凝土，待其強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，拆除其連接作用的螺栓，安裝支座圍板。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大部分橋梁支座為空心板結(jié)構(gòu)、橡膠材質(zhì)，在長(zhǎng)期使用中易出現(xiàn)質(zhì)量病害，不但影響橋梁使用功能發(fā)揮，還對(duì)車輛安全造成威脅。這就要求工程師始終堅(jiān)持“檢大于修”的理念，特別對(duì)于高速公路橋梁，更要嚴(yán)格遵循養(yǎng)護(hù)與維修標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)支座常見(jiàn)的開(kāi)裂、脫空、變形等病害，在實(shí)際管理中注重檢查和維護(hù)，綜合分析各方原因，制訂科學(xué)的維護(hù)管理方案，做到對(duì)癥下藥。通過(guò)明確梁板頂升要點(diǎn)、優(yōu)化支座病害維護(hù)方案、完善維護(hù)管理機(jī)制等方式，確保支座結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固。在未來(lái)發(fā)展中，可引入數(shù)字化檢修與維護(hù)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)支座病害并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤，進(jìn)而促進(jìn)橋梁運(yùn)營(yíng)可持續(xù)發(fā)展。