橋梁球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)及施工方法

劉紅譽(yù)

（微山縣東方建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，山東濟(jì)寧 277600）

隨著我國橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施工程規(guī)模的不斷增加，出現(xiàn)了越來越多的超大寬幅橋梁工程項(xiàng)目，大型、超大型橋梁工程的建設(shè)對(duì)支座的設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量，均提出了較高的要求。在橋梁工程球形鋼支座的設(shè)計(jì)中，應(yīng)積極運(yùn)用全壽命設(shè)計(jì)理念，對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及荷載撓度等多種影響因素進(jìn)行綜合考慮，不斷優(yōu)化橋梁工程球形鋼支座的設(shè)計(jì)方案。施工單位在球形鋼支座的施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)要求合理選擇施工方法，準(zhǔn)確把握各項(xiàng)施工技術(shù)的要點(diǎn)，提高施工質(zhì)量，推動(dòng)我國橋梁工程建設(shè)事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 橋梁球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)分析

1.1 概述橋梁球形鋼支座

橋梁工程球形鋼支座包括上下支座板、上下平面和球面耐磨板、導(dǎo)軌、錨固組件、球冠襯板、活塞等部分。其主要是滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的分離設(shè)計(jì)方法，提高橋梁工程支座的承載能力、受力穩(wěn)定性。目前球形鋼支座被廣泛應(yīng)用于多種類型的橋梁工程建設(shè)中，在球形鋼支座的設(shè)計(jì)中應(yīng)積極運(yùn)用全壽命設(shè)計(jì)理念，充分考慮球形鋼支座在橋梁工程全壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)影響因素，提高設(shè)計(jì)的水平、質(zhì)量，為橋梁工程建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。施工單位應(yīng)準(zhǔn)確掌握球形鋼支座的施工方法、技術(shù)要點(diǎn)，保證施工的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 橋梁工程球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)方法

1.2.1 嚴(yán)格遵守橋梁工程支座設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范

在橋梁球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格按照橋梁工程支座設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，合理確定各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，以保證設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。例如，在設(shè)計(jì)中應(yīng)將球形鋼支座結(jié)構(gòu)的豎向壓縮變形量控制在支座高度的1%以內(nèi)。在橋梁工程抗震支座的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將其上拔力控制在豎向荷載的20%以上，且橫向承載應(yīng)達(dá)到其豎向承載的20%以上[1]。在設(shè)計(jì)單向、固定支座時(shí)，其非滑移方向上的水平承載應(yīng)達(dá)到其豎向承載的10%以上。

1.2.2 科學(xué)分析球形鋼支座荷載

在橋梁球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)中，應(yīng)在傳統(tǒng)球形支座設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上對(duì)其具體受力進(jìn)行科學(xué)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高球形鋼支座的水平承載性能。在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇盆鋼等材質(zhì)結(jié)構(gòu)，在盆鋼內(nèi)設(shè)置球冠，且球冠應(yīng)弧面向上保持水平。當(dāng)球形支座受豎向荷載影響轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其主要荷載為水平荷載，此時(shí)球冠在盆鋼內(nèi)并未承受水平荷載，水平力主要作用于盆鋼結(jié)構(gòu)的鋼盆壁部分，使球冠底部受力能夠保持均勻，且水平狀態(tài)穩(wěn)定。

1.2.3 球形鋼支座密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

球形支座轉(zhuǎn)動(dòng)弧面的密封設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一。在橋梁工程球形鋼支座的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，可以采用在其活塞部分增設(shè)橡膠密封圈的方式，以提高其密封性。設(shè)計(jì)人員可以將橡膠密封圈設(shè)置于盆腔內(nèi)壁、活塞外壁，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)球形支座盆腔結(jié)構(gòu)的全封閉目的，防止處于盆腔內(nèi)部的耐磨板、球冠等受到灰塵等雜質(zhì)的影響，提高支座轉(zhuǎn)動(dòng)可靠性，延長支座使用壽命。

1.2.4 球形鋼支座耐耗設(shè)計(jì)

在橋梁工程球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極采用具有較好耐磨性能和承壓能力的材料，通過試驗(yàn)檢測對(duì)其耐耗性能進(jìn)行驗(yàn)證分析。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改性聚四氟乙烯材料在耐耗性能、耐高溫性能方面較為突出，具有自潤滑功能。因此，在球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)方案中，可以結(jié)合橋梁工程的實(shí)際情況合理選擇該類型材質(zhì)。

1.3 橋梁工程球形鋼支座全壽命設(shè)計(jì)方案

某橋梁工程為矮塔三塔四跨斜拉橋結(jié)構(gòu)，該橋梁工程的主橋部分包括水中主墩3個(gè)，分別采用了臨時(shí)以及永久性固結(jié)體系。該橋梁結(jié)構(gòu)支座寬度、長度均約為3 m，并有單雙向兩類活動(dòng)形式。根據(jù)該橋梁工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在支座設(shè)計(jì)中采用了球形鋼支座。

結(jié)合該橋梁工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在本次設(shè)計(jì)中采用了盆式球形鋼支座，其在主體結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)中，采用由鋼盆、滑板構(gòu)成的盆式橡膠支座，以提高其密封性，延長支座滑動(dòng)部分的使用壽命。將傳統(tǒng)支座的橡膠墊改為球冠設(shè)計(jì)，并采用支座轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)，可有效減少由橡膠老化產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)隱患。在本次設(shè)計(jì)中采用了滑動(dòng)部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件相分離的設(shè)計(jì)方法，其中，球形支座的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)通過球冠與活塞間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)確保球冠部分的下滑動(dòng)面位移的同步性，以達(dá)到彎矩釋放的目的，利用活塞的上滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)其水平位移。在該橋梁工程球形鋼支座的耐磨滑板設(shè)計(jì)中，采用了改性聚四氟乙烯材質(zhì)滑板結(jié)構(gòu)，在其球冠部分選擇了鑄造合金鋁材質(zhì)，有效提高了支座的耐磨性能。在球形支座全壽命設(shè)計(jì)中通過冷噴鋅工藝的運(yùn)用提高其防腐性能，使橋梁工程球形鋼支座的使用壽命得到進(jìn)一步延長。

2 橋梁球形鋼支座施工方法分析

2.1 處理墊石施工要點(diǎn)

在處理墊石施工前，施工人員應(yīng)首先檢查地腳螺栓，在確認(rèn)其孔位、深度和規(guī)格均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，再開展清理作業(yè)。清理時(shí)可以利用電錘、電動(dòng)風(fēng)鎬等工具鑿除孔內(nèi)預(yù)留塑料管等，并鑿毛混凝土表面。在徹底清理墊石頂面后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行磨平處理，將其頂面高差控制在2 mm以內(nèi)。在用水沖洗墊石后，應(yīng)通過空壓機(jī)等工具吹干其表面，確保其表面干燥。

2.2 支座拆分施工要點(diǎn)

在施工現(xiàn)場分拆支座組件時(shí)，應(yīng)按照其出廠說明、棧橋承載性能等，將其拆分成上下支座板、相關(guān)組件、錨固組件三個(gè)主要部分，為后續(xù)的組裝施工創(chuàng)造便利條件。在拆分施工時(shí)，應(yīng)首先將連接板螺栓擰松，為上支座板的起吊做好準(zhǔn)備工作。再通過汽車吊鉤組上支座板板組件，起吊施工時(shí)應(yīng)采取對(duì)角吊裝方式，并注意采取相應(yīng)的保護(hù)措施，將支座板放置于枕木、墊板上，防止上支座板表面被劃傷。在依次將球冠、活塞和下支座板分別拆分起吊，并做好相關(guān)的防塵保護(hù)措施。

2.3 吊裝支座施工要點(diǎn)

在吊裝施工時(shí)，施工單位應(yīng)首先進(jìn)行測量放樣，以準(zhǔn)確確定吊裝位置，再利用汽車吊、平板拖車等專業(yè)吊裝運(yùn)輸設(shè)備將各支座組件運(yùn)抵現(xiàn)場。施工單位應(yīng)根據(jù)支座組件大小、施工要求進(jìn)行吊裝設(shè)備、操作人員的配置，并應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員對(duì)吊裝作業(yè)進(jìn)行指揮調(diào)度。應(yīng)對(duì)支座四角吊點(diǎn)的設(shè)置情況進(jìn)行嚴(yán)格的檢查監(jiān)督，以確保吊鉤和支座中心能夠在起吊過程中保持一致。在吊裝作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)首先起吊錨固組件，并將其放置于墩臺(tái)頂面墊石位置，以便后續(xù)的錨固安裝作業(yè)的開展。在對(duì)球冠、活塞和下支座板進(jìn)行吊裝時(shí)，應(yīng)保證吊機(jī)準(zhǔn)確達(dá)到起吊作業(yè)點(diǎn)，應(yīng)將鋼絲繩吊牢安裝于下支座板的吊點(diǎn)上，應(yīng)對(duì)其受力中心和安裝的牢固性進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后再進(jìn)行起吊作業(yè)。吊裝時(shí)應(yīng)保持緩慢勻速，并應(yīng)在球冠、活塞、下支座板組件與墊石頂面相距0.6 m處進(jìn)行下錨固組件的安裝施工。在安裝過程中應(yīng)利用全站儀等測量儀器對(duì)其平面位置進(jìn)行觀測調(diào)整，再緩慢將其下放，置于墊石頂面上。

最后吊裝上支座板，在將其吊裝到位后，應(yīng)調(diào)整頂面水平度，將臨時(shí)連接板安裝到位。應(yīng)對(duì)支座連接的牢固性、整體性進(jìn)行檢查，以保證施工的質(zhì)量安全。當(dāng)支座吊裝到位后，施工人員應(yīng)將千斤頂分別設(shè)置于其四角墊石頂面處，以頂高支座，頂高高度應(yīng)控制在3 cm左右，以便于后續(xù)灌漿作業(yè)的開展[2]。應(yīng)通過水準(zhǔn)儀或全站儀等，對(duì)支座標(biāo)高和水平位置進(jìn)行復(fù)核，調(diào)整到位后應(yīng)在下支座板下方設(shè)置鋼楔塊。

2.4 管道和模板安裝施工要點(diǎn)

施工單位應(yīng)將型鋼模板設(shè)置于下支座板周圍，利用膨脹螺栓將其固定牢固。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況合理選擇軟管、注漿管材質(zhì)和設(shè)置數(shù)量。施工人員應(yīng)在墊石和支座底板間插入注漿管的一端，注漿管的另一端應(yīng)與軟管相連，在注漿泵上連接好引入軟管。在安裝出氣管時(shí)，應(yīng)將其兩端分別連接再軟管、插入墊石與支座底板間，軟管的豎向長度應(yīng)控制在1.5 m以上。當(dāng)出氣管、注漿管安裝就位后，應(yīng)使用發(fā)泡劑封端，以保證其密封性。

2.5 注漿施工要點(diǎn)

在注漿作業(yè)前，施工人員應(yīng)對(duì)球形鋼支座標(biāo)高和中心進(jìn)行認(rèn)真詳細(xì)的復(fù)核，檢驗(yàn)合格后再開始注漿。注漿時(shí)應(yīng)選擇強(qiáng)度較高且無收縮性的灌漿材料，以確保支座空隙灌漿的密實(shí)度。施工時(shí)應(yīng)通過注漿泵從支座中心處開始注漿，并逐步向四周推進(jìn)，以填滿墊石與下支座板空隙、錨栓孔，確保下支座板緊貼墊石頂面上。施工人員應(yīng)嚴(yán)格檢測注漿過程中的槳葉壓力，應(yīng)控制在0.2 MPa左右。應(yīng)對(duì)出氣管是否有漿液溢出情況進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)漿液溢出時(shí)，應(yīng)及時(shí)封閉出氣管。當(dāng)所有出氣管均有漿液溢出并完成封閉后，在0.2 MPa條件下保持5 min持壓狀態(tài)，再封閉注漿管。

2.6 拆除模板施工要點(diǎn)

施工人員在拆模前應(yīng)對(duì)砂漿強(qiáng)度進(jìn)行檢測，確認(rèn)其符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后再拆除模板，再割除出氣管、注漿管。如果在檢查中發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象存在時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)漿措施。當(dāng)各項(xiàng)檢測合格確認(rèn)無質(zhì)量缺陷存在后，施工人員應(yīng)將下支座板錨栓緊固。

3 結(jié)語

在橋梁工程的建設(shè)中，支座是重要的傳力結(jié)構(gòu)，對(duì)橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性具有重要的影響。因此，在橋梁工程的支座設(shè)計(jì)中，應(yīng)積極運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)方法，科學(xué)分析支座荷載等各種影響要素，合理選擇支座結(jié)構(gòu)形式，提高支座設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量，以延長橋梁工程支座結(jié)構(gòu)使用壽命。施工單位應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，準(zhǔn)確掌握支座施工的各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，保證施工質(zhì)量能夠符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。