高速公路橡膠支座早期病害原因分析及處治措施
2015-07-06
0 引言
我國自1965年起進(jìn)行橡膠支座研制與試驗(yàn)以來，橡膠支座因其構(gòu)造簡單、加工安裝方便、能很好的適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)變形需要等優(yōu)點(diǎn)得到推廣應(yīng)用，目前在中小跨徑橋梁中，基本都采用橡膠支座。 然而隨著橡膠支座大規(guī)模應(yīng)用于公路橋梁，橡膠支座早期病害問題也日益引起人們關(guān)注。
某高速公路全長約50Km,其中70%路段為橋梁，橋梁支座均采用橡膠支座，在通車二年后進(jìn)行的竣工驗(yàn)收前檢測中發(fā)現(xiàn)，橋梁橡膠支座存在不同程度的開裂、剪切變形、脫空、移位、承壓不均等病害，給高速公路的營運(yùn)安全帶來風(fēng)險(xiǎn)，需要對支座病害進(jìn)行處治。本文對該高速公路橋梁支座病害形成的原因進(jìn)行分析，并提出了處治及預(yù)防措施。
1 支座病害特點(diǎn)及原因分析
1.1脫空
支座脫空主要集中在上部結(jié)構(gòu)為空心板的橋梁上，尤其是單跨空心板通道橋梁，相對而言小箱梁結(jié)構(gòu)支座脫空病害比較少。產(chǎn)生的原因主要有：①每片空心板梁有4個(gè)支座，其與梁底的4個(gè)接觸面高程應(yīng)在同一個(gè)平面上，而實(shí)際設(shè)計(jì)上很難保證4點(diǎn)在同一平面，施工過程中梁底和墊石也難以保證絕對水平，從而造成支座脫空；②單跨空心板結(jié)構(gòu)兩端都設(shè)置伸縮縫，梁體自由度較大，在車輛荷載的振動(dòng)下，容易造成支座脫空。
1.2 移位
小箱梁結(jié)構(gòu)橋梁和空心板結(jié)構(gòu)橋梁都比較多。主要原因有：①施工安裝過程中沒注意或者原本安裝正確，在調(diào)整梁體位置時(shí)帶動(dòng)支座偏位；②梁底預(yù)埋調(diào)平鋼板和墩頂支座墊石位置不正確，造成支座移位；③梁底預(yù)埋鋼板偏小。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該高速公路梁底預(yù)埋鋼板一般比支座尺寸大6~8cm，安裝過程中稍有不慎，支座就會(huì)偏離預(yù)埋鋼板。
圖1 支座脫空圖2 支座開裂
1.3 開裂
該高速公路全線共有約4.4萬個(gè)支座,其中約1/4支座存在開裂和剪切病害，這些支座使用年限均不到3年，可以肯定其大面積開裂與支座所用橡膠的質(zhì)量有很大的關(guān)系?，F(xiàn)行《公路橋梁板式橡膠支座》（JTT04-2004）規(guī)范中對支座材料明確要求：不得使用任何再生橡膠。但目前支座出廠和在進(jìn)場使用所做力學(xué)性能檢測只針對抗壓強(qiáng)度、抗壓模量、抗剪模量共三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)表明，橡膠中摻入一定數(shù)量的再生橡膠，在常溫條件下，上述三項(xiàng)指標(biāo)均能符合要求，但進(jìn)行熱空氣老化試驗(yàn)后，力學(xué)性能顯著降低。規(guī)范中要求通過抗剪粘結(jié)性與抗剪交叉老化試驗(yàn)來檢測支座是否含有再生橡膠。由于該類型試驗(yàn)費(fèi)用高，能開展此項(xiàng)試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)少，難以大規(guī)模開展。以廣東為例，目前還沒有一家與交通行業(yè)相關(guān)機(jī)構(gòu)能開展此項(xiàng)，其他省份也可見一斑。另外目前支座廠家很多都是私營小作坊式的生產(chǎn)，質(zhì)量難以得到保障。
1.4 剪切變形
剪切變形產(chǎn)生的原因：①雖然理論上梁底有調(diào)平墊塊，支座都是垂直受壓，但是施工安裝過程中，總是會(huì)有誤差，造成支座反力并不絕對垂直，這樣就會(huì)有一個(gè)沿支座面的剪切力，形成初始的剪切變形；②調(diào)整梁體安裝過程中，有可能帶動(dòng)支座剪切；③梁體收縮、通車后受到汽車制動(dòng)力等都會(huì)造成剪切變形。
1.5 鋼板銹蝕
主要表現(xiàn)在板式橡膠支座梁體預(yù)埋鋼板和盆式橡膠支座鋼盆上。由于普通鋼材本身容易銹蝕，且缺乏維護(hù)，本高速鋼板大面積銹蝕。
1.6 承壓不均
該病害主要是由于梁體底面調(diào)平鋼板和支座墊石面不平行，使支座偏心受壓造成。
2 支座病害處理與預(yù)防措施
2.1支座病害處理
2.1.1 支座脫空：采用填塞鋼板或楔形不銹鋼板的方法進(jìn)行處治。
2.1.2支座移位：①當(dāng)鋼板和墊石位置都正確時(shí)，將梁體頂起將支座直接復(fù)位即可；②當(dāng)墊石位置不正確時(shí)，需重新澆筑混凝土，擴(kuò)大墊石面積；③當(dāng)鋼板位置不正確時(shí)，可在梁底黏貼鋼板，擴(kuò)大鋼板面積。
2.1.3 支座開裂：根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGT H21-2001）,建議對3類以上的支座進(jìn)行更換，鑒于該高速所用支座剛使用2年就大面積開裂，要求對開裂的支座進(jìn)行全部更換。更換支座頂升施工時(shí)要求采用同步頂升設(shè)備，一聯(lián)結(jié)構(gòu)同步頂起。
2.1.4 支座剪切：《公路橋梁板式橡膠支座》（JTT004-2004）中規(guī)定：支座剪切角不應(yīng)大于35°，同時(shí)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）中也規(guī)定當(dāng)計(jì)入制動(dòng)力時(shí)，剪切角正切值不大于0.7，推算剪切角不大于35°，因此對單純支座剪切變形，剪切角在35°以內(nèi)是規(guī)范允許的，不需要處理。處理支座剪切病害時(shí)頂升梁體結(jié)構(gòu)，若超限剪切變形不能恢復(fù)就必須更換支座，若能恢復(fù)，釋放剪切變形到限值內(nèi)即可。
2.1.5 鋼板銹蝕：盆式橡膠支座最好采用鍍鋅鋼盆，已經(jīng)銹蝕的鋼盆只能除銹后做防銹處理。
2.1.6 承壓不均：①若梁底預(yù)埋鋼板不平，可填塞楔形鋼板；②若支座墊石不平，可將其打磨平整，由此造成的高度不夠時(shí)可填塞鋼板。
2.2支座病害預(yù)防
對支座病害進(jìn)行處理，涉及橋梁結(jié)構(gòu)安全和通車營運(yùn)的安全，所需費(fèi)用很高。以同步頂升一個(gè)蓋梁上所有橋梁結(jié)構(gòu)為例，目前市場價(jià)在2萬元左右，支座移位、開裂、剪切及承壓不均病害都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)物頂升施工，如果病害支座分布在不同蓋梁上，需要頂升的次數(shù)就越多，費(fèi)用也就越高，這對于施工單位、支座供應(yīng)單位都是不小的代價(jià)。因此支座病害預(yù)防措應(yīng)重點(diǎn)放在支座采購、檢測和梁體架設(shè)完驗(yàn)收等方面：
2.2.1選擇有資質(zhì)、信譽(yù)的支座供應(yīng)廠家，供貨合同中要明確支座的最低使用年限，預(yù)留質(zhì)保金，確保因支座產(chǎn)品本身質(zhì)量有問題時(shí)，能夠追究廠家的責(zé)任。對盆式橡膠支座盡量選用鍍鋅鋼盆。
2.2.2 強(qiáng)化支座的質(zhì)量檢測。支座出廠及進(jìn)場使用時(shí)應(yīng)按一定比例進(jìn)行抗剪粘結(jié)性能與老化后抗剪的交叉試驗(yàn)，對含有再生橡膠的支座堅(jiān)決換掉。
2.2.3 重視裸梁架設(shè)后的檢查驗(yàn)收工作，支座脫空、移位及承壓不均病害均可以在施工階段以較小的代價(jià)來處理，從而避免通車營運(yùn)后處理，造成施工難度大、費(fèi)用過高。
2.2.4 施工單位在預(yù)制梁體結(jié)構(gòu)時(shí)，要保證梁底調(diào)平塊和墊石位置準(zhǔn)確且水平，設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮到施工誤差，適當(dāng)增大梁底預(yù)埋鋼板及支座墊石尺寸富余量。
3 結(jié)語
目前高速公路建設(shè)普遍存在重建設(shè)、輕營運(yùn)的情況，并且建設(shè)周期很短，橡膠支座病害問題往往都是在通車營運(yùn)階段暴露出來，此階段對橡膠支座病害進(jìn)行處理，一般都不能中斷交通，安全風(fēng)險(xiǎn)大，所需費(fèi)用也高，因此重視完善橡膠支座質(zhì)量檢測和安裝階段的驗(yàn)收工作，把支座病害隱患消除在“萌芽”狀態(tài)，是解決橡膠支座早期開裂的最理想方法。
隨著橡膠支座在高速公路橋梁中得到廣泛應(yīng)用，其早期病害也給高速公路營運(yùn)安全帶來風(fēng)險(xiǎn)，日益受到關(guān)注。
