高速公路橡胶支座早期病害原因分析及处治措施
2015-07-06
0 引言
我国自1965年起进行橡胶支座研制与试验以来，橡胶支座因其构造简单、加工安装方便、能很好的适应桥梁上部结构变形需要等优点得到推广应用，目前在中小跨径桥梁中，基本都采用橡胶支座。 然而随着橡胶支座大规模应用于公路桥梁，橡胶支座早期病害问题也日益引起人们关注。
某高速公路全长约50Km,其中70%路段为桥梁，桥梁支座均采用橡胶支座，在通车二年后进行的竣工验收前检测中发现，桥梁橡胶支座存在不同程度的开裂、剪切变形、脱空、移位、承压不均等病害，给高速公路的营运安全带来风险，需要对支座病害进行处治。本文对该高速公路桥梁支座病害形成的原因进行分析，并提出了处治及预防措施。
1 支座病害特点及原因分析
1.1脱空
支座脱空主要集中在上部结构为空心板的桥梁上，尤其是单跨空心板通道桥梁，相对而言小箱梁结构支座脱空病害比较少。产生的原因主要有：①每片空心板梁有4个支座，其与梁底的4个接触面高程应在同一个平面上，而实际设计上很难保证4点在同一平面，施工过程中梁底和垫石也难以保证绝对水平，从而造成支座脱空；②单跨空心板结构两端都设置伸缩缝，梁体自由度较大，在车辆荷载的振动下，容易造成支座脱空。
1.2 移位
小箱梁结构桥梁和空心板结构桥梁都比较多。主要原因有：①施工安装过程中没注意或者原本安装正确，在调整梁体位置时带动支座偏位；②梁底预埋调平钢板和墩顶支座垫石位置不正确，造成支座移位；③梁底预埋钢板偏小。据不完全统计，该高速公路梁底预埋钢板一般比支座尺寸大6~8cm，安装过程中稍有不慎，支座就会偏离预埋钢板。
图1 支座脱空图2 支座开裂
1.3 开裂
该高速公路全线共有约4.4万个支座,其中约1/4支座存在开裂和剪切病害，这些支座使用年限均不到3年，可以肯定其大面积开裂与支座所用橡胶的质量有很大的关系。现行《公路桥梁板式橡胶支座》（JTT04-2004）规范中对支座材料明确要求：不得使用任何再生橡胶。但目前支座出厂和在进场使用所做力学性能检测只针对抗压强度、抗压模量、抗剪模量共三项指标进行。据相关试验表明，橡胶中掺入一定数量的再生橡胶，在常温条件下，上述三项指标均能符合要求，但进行热空气老化试验后，力学性能显著降低。规范中要求通过抗剪粘结性与抗剪交叉老化试验来检测支座是否含有再生橡胶。由于该类型试验费用高，能开展此项试验的机构少，难以大规模开展。以广东为例，目前还没有一家与交通行业相关机构能开展此项，其他省份也可见一斑。另外目前支座厂家很多都是私营小作坊式的生产，质量难以得到保障。
1.4 剪切变形
剪切变形产生的原因：①虽然理论上梁底有调平垫块，支座都是垂直受压，但是施工安装过程中，总是会有误差，造成支座反力并不绝对垂直，这样就会有一个沿支座面的剪切力，形成初始的剪切变形；②调整梁体安装过程中，有可能带动支座剪切；③梁体收缩、通车后受到汽车制动力等都会造成剪切变形。
1.5 钢板锈蚀
主要表现在板式橡胶支座梁体预埋钢板和盆式橡胶支座钢盆上。由于普通钢材本身容易锈蚀，且缺乏维护，本高速钢板大面积锈蚀。
1.6 承压不均
该病害主要是由于梁体底面调平钢板和支座垫石面不平行，使支座偏心受压造成。
2 支座病害处理与预防措施
2.1支座病害处理
2.1.1 支座脱空：采用填塞钢板或楔形不锈钢板的方法进行处治。
2.1.2支座移位：①当钢板和垫石位置都正确时，将梁体顶起将支座直接复位即可；②当垫石位置不正确时，需重新浇筑混凝土，扩大垫石面积；③当钢板位置不正确时，可在梁底黏贴钢板，扩大钢板面积。
2.1.3 支座开裂：根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT H21-2001）,建议对3类以上的支座进行更换，鉴于该高速所用支座刚使用2年就大面积开裂，要求对开裂的支座进行全部更换。更换支座顶升施工时要求采用同步顶升设备，一联结构同步顶起。
2.1.4 支座剪切：《公路桥梁板式橡胶支座》（JTT004-2004）中规定：支座剪切角不应大于35°，同时《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中也规定当计入制动力时，剪切角正切值不大于0.7，推算剪切角不大于35°，因此对单纯支座剪切变形，剪切角在35°以内是规范允许的，不需要处理。处理支座剪切病害时顶升梁体结构，若超限剪切变形不能恢复就必须更换支座，若能恢复，释放剪切变形到限值内即可。
2.1.5 钢板锈蚀：盆式橡胶支座最好采用镀锌钢盆，已经锈蚀的钢盆只能除锈后做防锈处理。
2.1.6 承压不均：①若梁底预埋钢板不平，可填塞楔形钢板；②若支座垫石不平，可将其打磨平整，由此造成的高度不够时可填塞钢板。
2.2支座病害预防
对支座病害进行处理，涉及桥梁结构安全和通车营运的安全，所需费用很高。以同步顶升一个盖梁上所有桥梁结构为例，目前市场价在2万元左右，支座移位、开裂、剪切及承压不均病害都需要进行结构物顶升施工，如果病害支座分布在不同盖梁上，需要顶升的次数就越多，费用也就越高，这对于施工单位、支座供应单位都是不小的代价。因此支座病害预防措应重点放在支座采购、检测和梁体架设完验收等方面：
2.2.1选择有资质、信誉的支座供应厂家，供货合同中要明确支座的最低使用年限，预留质保金，确保因支座产品本身质量有问题时，能够追究厂家的责任。对盆式橡胶支座尽量选用镀锌钢盆。
2.2.2 强化支座的质量检测。支座出厂及进场使用时应按一定比例进行抗剪粘结性能与老化后抗剪的交叉试验，对含有再生橡胶的支座坚决换掉。
2.2.3 重视裸梁架设后的检查验收工作，支座脱空、移位及承压不均病害均可以在施工阶段以较小的代价来处理，从而避免通车营运后处理，造成施工难度大、费用过高。
2.2.4 施工单位在预制梁体结构时，要保证梁底调平块和垫石位置准确且水平，设计单位设计时也要考虑到施工误差，适当增大梁底预埋钢板及支座垫石尺寸富余量。
3 结语
目前高速公路建设普遍存在重建设、轻营运的情况，并且建设周期很短，橡胶支座病害问题往往都是在通车营运阶段暴露出来，此阶段对橡胶支座病害进行处理，一般都不能中断交通，安全风险大，所需费用也高，因此重视完善橡胶支座质量检测和安装阶段的验收工作，把支座病害隐患消除在“萌芽”状态，是解决橡胶支座早期开裂的最理想方法。
随着橡胶支座在高速公路桥梁中得到广泛应用，其早期病害也给高速公路营运安全带来风险，日益受到关注。
