橋梁支座病害及處治分析
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2023-11-30 12:53:43劉永強(qiáng)

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關(guān)鍵詞：不銹鋼板擋塊支座

劉永強(qiáng)

（甘肅省臨夏公路事業(yè)發(fā)展中心臨夏公路段，甘肅臨夏 731100）

1 工程概況

甘肅省道106 線劉家峽大橋（位于東鄉(xiāng)縣考勒鄉(xiāng)）為跨越劉家峽水庫(kù)黃河支溝而設(shè)，2013 年12 月建成通車，已運(yùn)行近10 年，該橋梁樁號(hào)K52+765，是蘭州至臨夏二級(jí)公路重點(diǎn)工程。劉家峽大橋?yàn)?36m 的單跨鋼桁架懸索橋，雙向兩車道，橋面全寬15m，橋面凈寬11m，設(shè)計(jì)行車速度為40km/h，主纜分跨為148m+536m+114m，垂跨比為1∶11。索塔為鋼管混凝土門形框架結(jié)構(gòu)，索塔基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)，錨碇采用三角架式重力錨。主桁采用型鋼桁架，桁高4m，橋面板為正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)。全橋在塔梁之間布置4 個(gè)拉壓球型豎向支座和8 個(gè)球型抗風(fēng)支座，在主桁與橋面板之間布置了固定和滑動(dòng)拉壓柱面支座。

2 支座現(xiàn)狀與病害成因

橋梁豎向支座位移滑板與正常狀態(tài)不同，很多位置出現(xiàn)了磨損，甚至已經(jīng)掉落；支座不銹鋼板更加膨脹，添加一定量的硅脂潤(rùn)滑劑后，這種膨脹問(wèn)題依舊存在；隨著滑動(dòng)阻力的不斷增加，擋塊螺栓疲勞破壞后無(wú)法正常使用，擋塊脫離原有位置后，支座中間體滑出上部擋塊約束位置，主位移不銹鋼板也產(chǎn)生明顯變化，起拱的嚴(yán)重程度不斷加?。恢ё鶛M向位移擋塊螺栓的完整性受損，擋塊脫離原有位置，消除擋塊約束后，支座中間體也發(fā)生特殊問(wèn)題，即竄位滑動(dòng)，支座中間體與之前設(shè)計(jì)位置不同時(shí)，與支座上座板的距離也越來(lái)越遠(yuǎn)；支座橫向位移造成的影響較大，銹蝕的現(xiàn)象隨之出現(xiàn)。

2.1 支座縱向主位異常的原因

第一，縱向主位移相對(duì)復(fù)雜，處在下置安裝的范圍內(nèi)，由于防塵裝置防護(hù)水平不足，防護(hù)功能受限，建筑垃圾、污水、塵土的位置產(chǎn)生變化，大范圍分布在縱向主位移摩擦副不銹鋼板滑動(dòng)面上，成為影響滑動(dòng)阻力的因素，進(jìn)一步加劇了滑板磨損問(wèn)題，當(dāng)這些聚集物的形態(tài)發(fā)展為硬塊后，滑板會(huì)在更短時(shí)間內(nèi)磨損?；宓哪p高度通常是有特定范圍的，即3～3.5mm。當(dāng)前，磨損高度降低情況達(dá)到零，出現(xiàn)金屬-金屬的硬接觸剛性摩擦受力現(xiàn)象，支座的位移滑動(dòng)作用形同虛設(shè)。這種病害促使水平滑動(dòng)阻力在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)為強(qiáng)行阻止，大于設(shè)計(jì)摩擦力很多，除了導(dǎo)致橫向活動(dòng)約束擋塊更多之外，也加大支座傳力部件疲勞而影響原有的穩(wěn)定性，對(duì)于橋梁上下部結(jié)構(gòu)而言，其附加壓力明顯大于之前。

第二，從主位移滑動(dòng)面的角度分析，多數(shù)情況下屬于大位移。當(dāng)滑動(dòng)工況未出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，不銹鋼板圈置焊接約束力可以體現(xiàn)出正向作用，不會(huì)被設(shè)計(jì)摩擦力自由滑動(dòng)而干擾。當(dāng)滑動(dòng)阻礙問(wèn)題發(fā)生時(shí)，實(shí)際水平力的數(shù)值高于設(shè)計(jì)摩擦力。隨著受力范圍內(nèi)較大水平阻力的不斷沖擊，圈置約束力難以適應(yīng)，這種成倍附加的水平阻力負(fù)面影響較大，與不銹鋼板產(chǎn)生接觸時(shí)，由于其中心點(diǎn)是無(wú)約束的，所以薄層不銹鋼板無(wú)法保持原有狀態(tài)，可能下凹，也可能起拱等。不銹鋼板質(zhì)量較差時(shí)，滑板的磨耗問(wèn)題也十分嚴(yán)重，很大程度上削弱了支座位移功能。

第三，從實(shí)際工程的角度分析，由于墊石澆筑存在一定空隙，薄層灌漿調(diào)節(jié)層寬厚比、長(zhǎng)厚比過(guò)大，造成重力灌漿效果與預(yù)期不符的情況，砂漿調(diào)節(jié)層持力水平偏低，預(yù)埋鋼板凹凸不平，混凝土澆筑結(jié)果不達(dá)標(biāo)等。這些因素對(duì)不銹鋼板的正常形態(tài)造成不利影響，滑動(dòng)的平整性逐漸降低，滑動(dòng)阻力呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)。

2.2 支座橫向位移側(cè)向擋塊掉落的原因

第一，過(guò)大的水平阻力在該領(lǐng)域比較常見，會(huì)對(duì)連接件造成影響，隨著松動(dòng)情況的不斷加劇，橫向位移側(cè)向擋塊不再處在原有位置。

第二，擋塊連接螺栓在強(qiáng)度方面有所欠缺，未考慮到實(shí)際情況制定防松措施。

第三，如果鋼板厚度處在偏薄狀態(tài)時(shí)，彎曲變形的狀況隨之出現(xiàn)，擋塊螺栓在某些位置也會(huì)被損壞，造成擋塊脫落的情況。

第四，橫向位移側(cè)向擋塊不保持原有位置后，支座中間體產(chǎn)生一定波動(dòng)，順著豎軸的方向轉(zhuǎn)移。沒(méi)有擋塊控制支座中間體后，會(huì)持續(xù)波動(dòng)在橋梁縱向中（不允許），當(dāng)這種竄動(dòng)位移越來(lái)越嚴(yán)重時(shí)，支座局部受力的狀況將會(huì)發(fā)生，脫空受力也會(huì)加大后續(xù)工作的難度，滑離掉落的速度更快，支座中間體脫落的問(wèn)題比較顯著，導(dǎo)致支座支點(diǎn)缺乏有力保障，經(jīng)過(guò)重車的環(huán)節(jié)，橋面系拉桿的出現(xiàn)率偏高，吊桿斷裂也很容易出現(xiàn)，交通事故的出現(xiàn)使橋梁結(jié)構(gòu)與之前明顯不同。

2.3 其他病害因素及病害后果

第一，對(duì)于支座轉(zhuǎn)動(dòng)體，卡滯無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，要想體現(xiàn)出彎矩、扭矩附加應(yīng)力效應(yīng)十分困難。

第二，當(dāng)支座轉(zhuǎn)動(dòng)體可以十分順暢完成轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支座球面滑板受到的壓力因素更強(qiáng)，可能溢出，需從現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)位置展開精細(xì)化檢查。

第三，支座的側(cè)向受力導(dǎo)向摩擦副、抗拉導(dǎo)向摩擦副可能存在損壞的現(xiàn)象。

第四，支座關(guān)鍵受力鋼板具有一定的特殊性，異常變形問(wèn)題的發(fā)生率較高，需嚴(yán)格按照要求檢查現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)發(fā)生此問(wèn)題的征兆，考慮到諸多因素展開核實(shí)。

第五，對(duì)于主位移不銹鋼板、基襯鋼板，其平整度可能不符合要求，所以開展現(xiàn)場(chǎng)檢查工作十分必要。

第六，橋面系固定支座易在過(guò)大的水平滑動(dòng)阻力下解鎖，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況展開規(guī)范化檢查。解鎖步驟結(jié)束后，橋面系縱向和橫向位置變化的發(fā)生率較高，由于橋梁具有坡度，所以伸縮縫產(chǎn)生變化，對(duì)行車造成一定影響。

3 病害處治措施

3.1 總體要求

第一，無(wú)論是維修設(shè)計(jì)，還是施工，都要將安全放在第一位，并秉持環(huán)保、優(yōu)質(zhì)的理念。

第二，系統(tǒng)性處治要求。防止出現(xiàn)處理實(shí)際問(wèn)題不夠全面的現(xiàn)象，在整個(gè)橋梁中，支座是不可或缺的一部分，支座病害的消極影響較大，此問(wèn)題包括制作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、應(yīng)用的材料不合格，制造效果不佳等。有些誘發(fā)因素也比較常見，例如橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行不合理，大風(fēng)、冰雹等惡劣天氣超載情況等等。在上述因素的影響下，適應(yīng)性明顯低于之前，制作性能大打折扣。在維修設(shè)計(jì)過(guò)程中，要從不同角度思考是哪些因素引起了病害，遵循全面規(guī)范的原則進(jìn)行處理，防止病害對(duì)后續(xù)運(yùn)行造成影響。

第三，專業(yè)性處治要求。從力學(xué)層面來(lái)看，索橋承重結(jié)構(gòu)處在高次超靜定結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，在所有條形中受力是最繁瑣的，索橋不僅具有柔度大的特征，而且體現(xiàn)出大跨度的特點(diǎn)，振動(dòng)周期較長(zhǎng)。由于索橋承重體系涵蓋著諸多特征，所以要高度重視豎向支座和橫向支座約束體系，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行專業(yè)、科學(xué)的設(shè)計(jì)。由于國(guó)內(nèi)在指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)方面有待提高，往往將制作的普通標(biāo)準(zhǔn)作為參考重點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上完成設(shè)計(jì)制造，這與實(shí)際運(yùn)行工況產(chǎn)生一定偏差，所以該領(lǐng)域要十分關(guān)注此問(wèn)題。

第四，處治的技術(shù)先進(jìn)性。要深刻認(rèn)識(shí)到土木專業(yè)和機(jī)械專業(yè)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，將兩種專業(yè)的學(xué)科交叉放在首位。支座設(shè)計(jì)除了屬于產(chǎn)品機(jī)械性能設(shè)計(jì)之外，也要以土木結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，考慮到該結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，展開適應(yīng)性設(shè)計(jì)。同時(shí)，行業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)離不開現(xiàn)代化的技術(shù)及材料，還要及時(shí)摒棄落后的設(shè)備及工藝。支座是實(shí)際工作中的重中之重，與摩擦磨耗性能設(shè)計(jì)密切相關(guān)，選擇相應(yīng)材料的過(guò)程中必須十分謹(jǐn)慎，以質(zhì)量佳、功能強(qiáng)、先進(jìn)的耐磨材料為首選。

第五，及時(shí)性處治要求。還未正式處治之前，需了解應(yīng)急處治措施的流程、注意事項(xiàng)，將相關(guān)措施真正落實(shí)。相關(guān)人員應(yīng)在符合要求的基礎(chǔ)上，做到加密檢查，秉持限速限載的理念，并將臨時(shí)支撐設(shè)置在相應(yīng)位置。

3.2 項(xiàng)目特點(diǎn)及難點(diǎn)

一是鋼梁預(yù)設(shè)頂升點(diǎn)位置布頂高度較高。

解決措施：從鋼梁預(yù)設(shè)頂升點(diǎn)入手，明確支撐平臺(tái)的重要性，將該平臺(tái)設(shè)置在此位置，滿足橋梁頂升力的需求，防止橋梁頂升施工產(chǎn)生異常問(wèn)題。

二是索橋位移的情況比較明顯，現(xiàn)實(shí)中滑動(dòng)次數(shù)較多，失穩(wěn)的狀況屢屢出現(xiàn)。在此過(guò)程中，鋼梁的位置也會(huì)產(chǎn)生變化，不僅對(duì)頂升系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出嚴(yán)格要求，也表明該系統(tǒng)必須在適應(yīng)性方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

解決措施：高度重視頂升系統(tǒng)，圍繞該系統(tǒng)設(shè)置聯(lián)動(dòng)措施，并融入位移滑動(dòng)面，明確轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)面的設(shè)置流程及注意事項(xiàng)，使兩者和頂升系統(tǒng)相融合，最大程度上降低滑移、傾斜的發(fā)生率。

三是施工過(guò)程中，橋梁運(yùn)營(yíng)未出現(xiàn)異常問(wèn)題，拆除舊支座后，橋梁將無(wú)法保持原有的穩(wěn)定性。

解決措施：還未正式拆除舊支座前，要將支座附近位置作為操作范圍，嚴(yán)格按照要求設(shè)置臨時(shí)支撐，避免橋梁發(fā)生橫向位移。

四是支座實(shí)際安裝尺寸與原設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定偏差。

解決措施：以滿足橋梁使用為基礎(chǔ)，在現(xiàn)場(chǎng)中集中更多注意力，針對(duì)實(shí)際尺寸展開測(cè)量，設(shè)計(jì)加工新支座，避免安裝新支座的環(huán)節(jié)面臨阻礙。

五是解決好支座滑動(dòng)問(wèn)題后，殘余位移疊加也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響，比設(shè)計(jì)位移值更大。

解決措施：將新支座滑動(dòng)位移值體現(xiàn)出來(lái)，結(jié)合實(shí)際情況落實(shí)保守設(shè)計(jì)工作。

六是當(dāng)舊支座的運(yùn)行呈現(xiàn)異常狀態(tài)后，橋梁結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生變化，連接狀況與預(yù)期不符，明顯加大了新支座運(yùn)行的復(fù)雜性。

解決措施：利用有效措施增強(qiáng)新支座的承載能力，并從新支座的剛度入手，使其在原有基礎(chǔ)上有所提升，確?？梢杂行?yīng)對(duì)偏差變位的情況[1]。

七是支座主位移面倒置設(shè)計(jì)，防護(hù)效果差。

解決措施：高度重視防塵裝置，考慮到現(xiàn)場(chǎng)面臨的問(wèn)題，展開專項(xiàng)設(shè)計(jì)，采用“不銹鋼骨架+強(qiáng)力透明板+一字折疊剛性風(fēng)琴罩”進(jìn)行全封閉防護(hù)，避免摩擦的防護(hù)質(zhì)量較差，加大檢查力度，轉(zhuǎn)變?cè)缙诘酿B(yǎng)護(hù)理念和方式，注重養(yǎng)護(hù)的全面性，從新支座頂面設(shè)置金屬防水罩，為支座的正常運(yùn)行提供幫助。

八是冬季施工溫度低，風(fēng)力大。

解決措施：首先，根據(jù)實(shí)物工程量提前組織有關(guān)機(jī)具、外加劑和保溫材料進(jìn)場(chǎng)，并對(duì)各種加熱的材料、設(shè)備要檢查其安全可靠性；其次，做好混凝土、砂漿及摻外加劑的冬季施工試配試驗(yàn)工作，提出施工配合比；再次，制定冬季施工的防滑、防凍、防火、防煤氣中毒等安全措施。最后，如果某項(xiàng)控制設(shè)備屬于低溫敏感，要采取科學(xué)合理的保暖措施。

3.3 處治方法

第一，明確認(rèn)識(shí)到舊支座病害對(duì)后續(xù)工作的影響，遵循專業(yè)、全面的原則展開檢測(cè)，判斷哪些因素與病害相關(guān)，找到具體問(wèn)題源頭，以此進(jìn)行消除。

第二，參照美國(guó)AASHTO 規(guī)范、EN1337 歐洲標(biāo)準(zhǔn)及BS5400 英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合劉家峽大橋的支座性能要求，以及支座與橋梁上下部結(jié)構(gòu)的連接要求，開展新支座的專項(xiàng)設(shè)計(jì)與評(píng)審（包括防塵裝置的專項(xiàng)設(shè)計(jì)與評(píng)審）。

第三，編制施工組織方案，當(dāng)評(píng)審結(jié)果無(wú)誤后，使該方案作為維修更換工作中的主要參考。

第四，編制施工監(jiān)控方案，評(píng)審后嚴(yán)格按照方案要求開展監(jiān)控作業(yè)。

3.4 應(yīng)急處治

支座橫向位移側(cè)向擋塊的位置有所不同時(shí)，支座中心體朝著外部方向運(yùn)行，這種竄動(dòng)情況比較明顯，隨著時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，將與支座相分離，導(dǎo)致支座處于徹底脫空的狀態(tài)。此時(shí)，全橋四個(gè)支點(diǎn)無(wú)法繼續(xù)受到約束，受力狀態(tài)呈現(xiàn)異常，很大程度上破壞了橋梁結(jié)構(gòu)。當(dāng)載量較大的車輛通過(guò)時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)再次受到破壞，伸縮縫結(jié)構(gòu)也與正常狀態(tài)下不同，導(dǎo)致該橋梁陷入安全隱患的困境中。

第一，盡快對(duì)支座中間體實(shí)施限制竄位的約束，在桁梁下焊接臨時(shí)橫向?qū)蚧瑒?dòng)擋塊，既約束竄動(dòng)，又保證橫向有一定的位移。

第二，準(zhǔn)備臨時(shí)豎向支撐，當(dāng)支座中間體不再保持原有位置，可以通過(guò)支撐為其帶來(lái)幫助。避免縱橫向位移無(wú)法繼續(xù)推進(jìn)。

第三，提升加密檢查的頻率，每日對(duì)竄動(dòng)量產(chǎn)生明確認(rèn)知，結(jié)合發(fā)展變化情況進(jìn)行控制。

4 支座更換施工技術(shù)

4.1 施工技術(shù)要求

支座更換是一項(xiàng)復(fù)雜程度偏高的過(guò)程，使用千斤頂開展頂升作業(yè)時(shí)，選擇千斤頂?shù)倪^(guò)程中需謹(jǐn)慎，要以千斤頂?shù)恼w能力為主。在頂起落下作業(yè)的過(guò)程中，千斤頂行程高差有同步要求，但存在速度誤差。由于千斤頂是高效工作，所以梁體內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力，倘若忽略了千斤頂高度差的控制，會(huì)引起橋面出現(xiàn)斷裂的情況。每片梁間的提升高度差控制在±1mm 以內(nèi)時(shí)，可以保證梁體及橋面的結(jié)構(gòu)安全。

4.2 工藝流程分析

首先，完成支架和工作平臺(tái)的設(shè)置，開展頂升作業(yè)時(shí)要謹(jǐn)慎。以設(shè)置支架為第一步驟，充分考慮到墩臺(tái)頂設(shè)置千斤頂?shù)那闆r，按照兩種情形進(jìn)行處置：如果設(shè)置千斤頂?shù)目臻g較大，那么只需設(shè)置工作平臺(tái)即可，以此保障行人、材料的運(yùn)行；如果千斤頂?shù)目臻g較小，但具有相應(yīng)基礎(chǔ)，要高度重視頂升量體的臨時(shí)支架，嚴(yán)格按照要求展開設(shè)置，之后再將工作平臺(tái)融入其中。其次，保險(xiǎn)墊塊的設(shè)計(jì)。通常情況下，制作保險(xiǎn)墊塊的材料為鋼板，鋼板的尺寸不可過(guò)大或過(guò)小，防止墊塊失去穩(wěn)定性。開展此項(xiàng)工作時(shí)，應(yīng)保障墊塊數(shù)量和千斤頂相同，并著眼支撐點(diǎn)的下端位置，使此位置的平整程度偏高，墊塊上側(cè)要支撐可以承受全部載荷的位置。具體操作中，當(dāng)千斤頂?shù)纳诞a(chǎn)生變化時(shí)，也要針對(duì)墊塊數(shù)量展開調(diào)整[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)橋梁支座的使用時(shí)間不斷增加時(shí)，病害的發(fā)生率也隨之提高，對(duì)橋梁的正常運(yùn)行造成負(fù)面影響。在對(duì)橋梁加固工作環(huán)節(jié)，需加大對(duì)支座的檢查力度，在恰當(dāng)時(shí)間內(nèi)更換損壞的支座。根據(jù)支座病害的特征和現(xiàn)狀，制訂科學(xué)有效的處治方案，最大程度地確保橋梁使用的安全性與穩(wěn)定性。

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