鉛心隔震橡膠支座施工技術(shù)探討

孟曉明

（中鐵大橋局集團第四工程有限公司 南京 210031）

我國是一個強震多發(fā)國家，地震發(fā)生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡多、災(zāi)害嚴重。為了減小地震引起橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，各國學(xué)者對橋梁結(jié)構(gòu)的減震、隔震進行了廣泛、深入的研究，并取得了大量的研究成果。研究成果表明：對于橋梁結(jié)構(gòu)比較容易實現(xiàn)和有效的減隔震方法主要是采用減隔震支座。在日本、美國、新西蘭等國家的許多橋梁都安裝了減隔震支座，并取得了較好的減隔震效果。

由于橡膠支座能通過剪切變形使上、下部地震運動隔離，且具有構(gòu)造簡單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉、安裝方便等優(yōu)點，因而成為最常用的一種隔震支座。目前，國內(nèi)常用的橡膠類隔震支座主要有天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座和鉛心橡膠支座。

鉛心橡膠支座是在一般板式橡膠支座基礎(chǔ)上，在支座中心放入鉛心，以改善橡膠支座的阻尼性能的一種減隔震支座，其具有減隔震效果顯著、適用范圍廣等特點，目前，鉛心橡膠支座已在我國廣泛應(yīng)用。本文就港珠澳大橋淺水區(qū)非通航孔橋用LRB10000J－KF和LRB19000J－KF鉛心隔震橡膠抗風(fēng)支座安裝方法進行研究，并提出施工工法。

1 鉛心隔震橡膠支座簡介

1.1 鉛心支座主要原材料

（1）支座橡膠本體滿足《橋梁隔震橡膠支座》［1］表10要求。

（2）內(nèi)連接鋼板采用Q345A鋼材，加勁鋼板采用Q235A鋼材。滿足《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》［2］，強度滿足《橋梁隔震橡膠支座》第6.6條表12的要求，支座外連接鋼板選用不低于Q235NH耐候鋼。

（3）鉛心采用純度不小99.99%的鉛錠，經(jīng)加工而成鉛心，鉛錠符合《鉛錠》［3］的規(guī)定。

（4）不銹鋼板采用00Cr17Ni14Mo2不銹鋼。

（5）硅脂采用5201－2硅脂潤滑油，其技術(shù)條件符合《5201硅脂》［4］的有關(guān)規(guī)定。

1.2 鉛心支座設(shè)計要求

（1）抗剪力裝置原理：①在正常荷載及風(fēng)力荷載作用下，縱橋向位移不小于支座設(shè)計位移，橫橋向位移≥5mm；②在設(shè)防地震力作用下，抗剪裝置的剪力銷被剪斷，支座發(fā)生屈服，提供較大的橫向位移，同時產(chǎn)生耗能減震作用；③抗剪裝置的橫向抗剪力滿足支座抗風(fēng)設(shè)計要求，誤差±15%。

（2）支座設(shè)計使用壽命為60年。

（3）支座的適用溫度范圍－25～＋60℃。

1.3 鉛心支座結(jié)構(gòu)特點

鉛心隔震橡膠支座由支座上下連接板、橡膠層、鉛錠和抗風(fēng)擋塊等構(gòu)件組成，通過M36螺栓錨固于支承墊石。

1.4 鉛心支座布置特點

港珠澳大橋淺水區(qū)非通航孔橋上部結(jié)構(gòu)采用85m組合梁先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)形式，分為6跨一聯(lián)和5跨一聯(lián)2種孔跨布置。中間墩布置LRB19000J－KF支座，邊墩布置 LRB10000J－KF支座。

2 鉛心隔震橡膠支座預(yù)偏置

根據(jù)港珠澳大橋項目對支座安裝時應(yīng)考慮預(yù)偏量的要求，主要考慮的是橋梁設(shè)計合龍溫差引起梁體伸縮造成初始支座剪切，通過預(yù)偏置減少支座的初始剪切變形量。預(yù)偏方法由支座設(shè)計和生產(chǎn)時考慮可實施性，同時要求可根據(jù)實際橋梁合龍時的溫度進行調(diào)整。

2.1 支座預(yù)偏量

支座縱向預(yù)偏量為支座上座板偏移與支座理論中心線間預(yù)設(shè)的縱向偏移量，支座預(yù)偏量Δ＝－（Δ1＋Δ2），計算結(jié)果見表1。式中：Δ1為組合梁彈性壓縮變形及收縮徐變引起的各支點處縱向偏移量（設(shè)計圖紙給定）；Δ2為各支點由于體系溫差引起的縱向偏移量。支座預(yù)埋位置縱向預(yù)偏量理論值按照20℃考慮，本橋預(yù)計合龍溫度為18～23℃。

式中：α為為梁體線膨脹系數(shù)；Δt為實際合龍溫度與設(shè)計合龍溫度的溫差；L為計算位置至橋梁固定支座位置的梁體長度。

實際預(yù)偏量應(yīng)結(jié)合主梁縱向長度制造及安裝誤差、實際合龍溫度及合龍順序等因素的影響，根據(jù)實際監(jiān)控檢測的成果確定。

2.2 工裝動力設(shè)計

采用2組穿心式千斤頂和1臺油泵，頂推圓桿以及相應(yīng)的緊固標準件等，施工時分左右兩邊同步施加力推動支座上連接鋼板；千斤頂?shù)跹b到位后通過頂推圓桿穿過擋塊，施加預(yù)緊后定位。

2.3 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

基本方法與流程：將工裝安裝于支座，用液壓千斤頂牽拉頂推圓桿到需要的預(yù)偏量，再上緊專用夾具，可使支座保持在預(yù)偏位置，然后進行支座安裝，最后再次用千斤頂卸下專用夾具，拆除工裝即完成支座的偏置與安裝，見圖1。

圖1 鉛心隔震橡膠支座預(yù)偏置工裝

實現(xiàn)預(yù)偏過程的水平反力不會傳到支座墩臺或外部結(jié)構(gòu)上，橫向擋塊安裝在支座下外鏈接鋼板上，千斤頂?shù)姆戳ψ馨惭b在支座上外鏈接鋼板上，橫向擋塊在厚度中心方向鉆通孔，以便頂推圓桿穿過，同時千斤頂?shù)姆戳ψ芡ㄟ^螺栓連接緊固在支座上外鏈接鋼板，鉆通孔。在安裝時，將頂推圓桿穿過穿心式千斤頂、反力座架、橫向擋塊，最后用螺母把頂推圓鋼鎖死在橫向擋塊上，即通過千斤頂對整個工裝施加壓力，實現(xiàn)預(yù)偏置，見圖2、圖3。

圖2 橫向擋塊結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 反力座架結(jié)構(gòu)示意圖

3 鉛心隔震橡膠支座安裝

3.1 支座總體安裝順序

（1）每聯(lián)85m組合梁架設(shè)完成后，將支座底板與支座墊石進行“十字線”對中，根據(jù)組合梁彈性壓縮變形及收縮徐變引起的各支點處縱向偏移量，結(jié)合合龍時溫差引起的縱向偏移量調(diào)整支座預(yù)偏量。

（2）連接支座與鋼梁間固定螺栓。

（3）采用重力灌漿法完成支座墊石錨栓孔無收縮砂漿填充。

（4）待漿體達到強度后拆除預(yù)偏量調(diào)整裝置。支座安裝順序見圖4～7。

圖4 支座預(yù)偏量調(diào)整

圖5 鋼梁與支座連接

圖6 支座灌漿

圖7 拆除預(yù)偏置工裝

3.2 支座墊石驗收

支座安裝前，按港珠澳大橋技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，對墩頂墊石進行驗收，驗收合格并做好交接手續(xù)后，方可進行支座安裝。

墊石在支座底面范圍內(nèi)的頂面需進行鑿毛處理，并清除預(yù)留孔的雜物，做到無泥土、無浮砂、無積水、無油污。

3.3 支座精確就位

（1）測放支座墊石縱橫向中心線，并用墨線彈出十字線。

（2）測放出支座下支承板四邊中心點。

（3）用鋼楔塊楔入支座四角，將支座底面調(diào)整至設(shè)計標高，在支座底面與墊石頂面之間留有20～30mm空隙，安裝灌漿用模板，見圖8。

圖8 灌漿模板布置圖（單位：mm）

3.4 支座灌漿工藝

（1）支座灌漿流程。準備工作→漿體攪拌→支座灌漿→漿體層養(yǎng)護→拆模。

（2）灌漿材料選擇。支座灌漿料采用西卡無收縮自流平灌漿料，是一種無收縮、自流平、高性能的預(yù)拌型水泥基灌漿材料。該產(chǎn)品具有很好的施工性能，能自動流平，凝固后，早期強度發(fā)展快，具有早強、高強、無收縮等特點。

（3）模板安裝。模板采用木模。安裝時，在模板底部加一層橡膠條用來密封，調(diào)整模板與支座的相對位置，使模板與支座的距離為50mm，見圖9。

圖9 重力灌漿示意圖

（4）灌漿料稱重。拌和用水采用淡水，稱量需精確至0.1kg。

（5）漿體攪拌根據(jù)每個支座需要的灌漿料體積計算粉料及用水量，每次拌和量應(yīng)保證漿體在失去平流性前全部施工完成。

水料比宜按m（水）∶m（料）＝0.15∶1控制。

先將水加入攪拌桶中，開動攪拌機，然后逐漸加入計量好的西卡灌漿料，同時進行攪拌，直至所需物料全部加完，再繼續(xù)攪拌2～5min，使?jié){料均勻，靜止1min左右即可灌注。

施工時間視環(huán)境溫度而定，在20℃時為攪拌后30min內(nèi)灌漿完畢。

（6）支座灌漿。采用重力式灌漿方法。將漏斗置于梁面，高度約在4.3m，通過直徑50mm連接管將漿體流至待灌注部位，施工中做到即拌即灌。

（7）砂漿層養(yǎng)護。支座灌漿材料表面初凝后即采用土工布覆蓋其表面并灑水養(yǎng)護保持濕潤，養(yǎng)護期7d。

3.5 灌漿材料性能要求［5］

灌漿材料性能要求見表2。

表2 灌漿材料性能要求表

3.6 支座安裝技術(shù)要求

（1）支座安裝前，檢查橋梁跨距、支座位置及預(yù)留錨栓孔位置、尺寸以及支座墊石頂面高程、平整度，均應(yīng)符合設(shè)計要求。

（2）仔細檢查支座中心位置及標高后用無收縮高強度灌注材料灌注。灌漿材料抗壓強度要求不低于50MPa。

（3）灌漿前，應(yīng)初步計算所需的漿體體積，灌注實用漿體數(shù)量不應(yīng)與計算值產(chǎn)生過大誤差，應(yīng)防止中間缺漿。

（4）采用重力灌漿方式，灌注支座下部及錨栓孔間歇處，灌漿過程應(yīng)從支座底部中心向四周注漿，直至從模板與支座底板周邊間隙觀察到灌漿材料全部灌滿為止。

（5）灌漿材料終凝后，拆除模板及四角混凝土楔塊，檢查是否有漏漿處，必要時對漏漿處進行補漿，并用砂漿填堵楔塊抽出后的空隙。

（6）支座安裝驗收標準見表3。

表3 支座安裝實測項目

4 結(jié)語

（1）支座是橋梁上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)連接的關(guān)鍵點，其安裝質(zhì)量直接決定支座的使用壽命和橋梁上部結(jié)構(gòu)的安全度。

（2）本橋采用特制動力裝置施加外力克服支座內(nèi)力完成預(yù)偏量。實際施工中，應(yīng)根據(jù)預(yù)偏量的大小和支座材料力學(xué)性能進行動力裝置設(shè)計。

（3）支座安裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵點在于填充料的密實度，特別是大型支座安裝時，底座承壓面與填充料間易產(chǎn)生氣泡或局部空洞，導(dǎo)致支座底座承壓面不均勻受力，影響其使用壽命和結(jié)構(gòu)安全。支座安裝前建議通過試驗來論證灌漿料的類別選擇和灌漿方法，使支座底座承壓面與灌漿料全面密切接觸。

［1］GB 20688.2－2006橋梁隔震橡膠支座［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］GB／T3274－2007碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［3］GB／T469－2005鉛錠［S］.北京：中國標準出版社，2005.

［4］HG／T2502－1993 5201硅脂［S］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

［5］JTG／T F50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.