广东省公路桥梁板式橡胶支座病害调查分析

吴玉财，张 勇

(1.广东省高速公路有限公司，广东广州 510100;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

由于板式橡胶支座在桥梁工程造价中所占比例较小，往往未引起工程技术人员和管理人员的重视，在使用过程中极易成为桥梁结构的薄弱环节，使支座病害成为公路桥梁的多发病害和常见病害。

本文根据广东省内多条高速公路桥梁病害调查结果，对板式橡胶支座的病害类型进行分类，并对病害产生的原因进行了初步分析，为评估支座病害对结构的影响和制定养护维修对策提供依据。

1 典型病害类型

1)局部脱空及整体脱空

局部脱空是指支座上顶面与梁底面(或不锈钢板底面)或支座下底面与支座垫石顶面(或盖梁顶面)接触不密实，导致支座出现局部承压的现象。局部脱空(图1)将导致支座使用应力增大，压缩变形增大，可能引发支座出现开裂等其它次生病害。

整体脱空是指支座上顶面与梁底面(或不锈钢板底面)存在间隙而未进行接触，从而使上部结构偏离原设计支撑状态。整体脱空将产生支座反力的重分配，导致其它支座反力增大，相应的压缩变形亦增大，可能引发支座开裂等其它次生病害。

2)剪切变形超限

普通板式橡胶支座(非四氟滑板支座)主要通过橡胶的剪切变形来适应上部结构由于温度、混凝土收缩徐变和活载的作用等引起的变形。由于板式橡胶支座橡胶层总厚度一定，因此普通板式橡胶适应上部结构变形的能力有限，当上部结构的变形超过支座容许的剪切变形能力时，支座将产生剪切变形超限的病害，部分病害严重的支座甚至出现支座卷边的现象(图2)。

图1 支座局部脱空

图2 支座剪切变形超限

3)橡胶开裂

板式橡胶支座橡胶开裂指支座表面产生规则或不规则的裂纹(图3)，裂纹宽度、深度及分布位置无明显规律性，部分病害严重的支座甚至出现加劲钢板锈蚀、支座分块丧失承载能力的现象。

4)橡胶不均匀鼓凸变形

图3 支座橡胶开裂

正常工作状态下，支座外表面在各层加劲钢板之间应产生鼓凸高度大致相等，且分布均匀的轻微变形。

橡胶不均匀鼓凸变形是指支座在竖向荷载作用下，支座外表面产生鼓凸高度不等的变形(图4)，部分病害严重的支座甚至出现整个支座高度范围橡胶保护层的鼓凸变形。产生不均匀鼓凸的原因应是支座偏压及支座内部钢板与橡胶脱胶等。

图4 支座橡胶非均匀鼓凸变形

5)滑板支座病害

四氟滑板支座在使用过程中常见病害包括四氟滑板挤出、梁底未安装不锈钢板、四氟滑板破损(图5)、卷边及四氟滑板与橡胶层硫化失效等，导致支座失去滑动功能，无法满足上部结构由于温度、收缩、徐变和活载的作用等产生的变形要求。

图5 四氟滑板支座病害

6)安装偏位

支座安装偏位指支座底面偏出支座垫石(或下垫钢板)范围或支座顶面偏出梁底面或预埋钢板及不锈钢板(图6)，导致支座出现部分承压、部分悬空的现象。

图6 板式橡胶支座安装偏位

7)工作环境差

工作环境差指支座在使用过程中被施工垃圾(泥砂、砂浆、模板等)包裹，遭受雨水浸渍和污染物污染等(图7)，存在此类病害的支座将部分或全部失去其正常功能(如承压、转动、滑动)，支座使用性能及耐久性难以得到保证。

图7 板式橡胶支座工作环境不规范

2 原因分析

从全寿命过程来看，影响支座正常使用的因素主要包括四个方面:设计选型、加工制造、施工安装及养护维修。根据支座在正常使用过程中出现的病害及表现特征，可将引起各种病害的原因分为以下几类。

2.1 设计选型

1)型号偏小，使用应力偏大

由于支座极限承载能力较支座设计承载能力大(板式橡胶支座极限抗压强度要求不低于设计强度的7倍)，型号偏小导致支座承载能力丧失的病害较为少见，但支座型号偏小后橡胶的使用应力偏大，往往引起橡胶鼓凸变形增大，导致橡胶开裂。若考虑超载车辆运营及支座反力重分配等因素，支座型号偏小后支座使用应力增大的水平往往难以估计。

2)注重承载力选型，忽视位移能力选型

国内大跨径桥梁支座设计一般较为注重承载力和位移能力的设计选型，但对于中小跨度桥梁(占全部桥梁的比重较大)往往更多地关注承载力的选型，忽视位移能力的设计选型。这样可能引起支座安装后就出现病害的情况。

3)支座布置方式缺陷

板式橡胶支座布置方式缺陷主要表现在矩形支座和圆形支座的选用上。从承载力角度而言，矩形支座和圆形支座都能满足要求，但是从适应位移的角度而言，直线桥由于其位移方向较为明确宜选用矩形支座，弯斜坡桥由于其位移方向不明确宜选用圆形支座。如果在弯斜坡桥上选用矩形支座，容易造成支座出现局部脱空的病害。

4)原材料选择

板式橡胶支座目前常用的两种原材料为天然橡胶和氯丁橡胶，两者适用的温度有较大的重合区间，常规条件下支座可以选用上述两种原材料。由于氯丁橡胶耐老化性能、抗臭氧能力、耐热性、耐油性均好于天然橡胶，因此，对于广东省湿热环境而言，支座原材料宜优先选用氯丁橡胶。

2.2 加工制造

1)橡胶原材料

虽然《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4—2004)中明确规定橡胶中不得使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶(硫化废弃物);但受原材料价格及人工成本上涨因素的影响，为了获得低价中标的机会，部分厂家在原材料中一般要掺入再生胶或硫化橡胶，导致支座力学性能、耐臭氧老化性能、耐热性能等均大为降低，严重影响支座的正常使用功能。

2)加工制造工艺

目前国内厂家由于胶片炼制工艺的不足，存在胶片厚度或大小与设计不一致的情况，这样往往导致支座成品与设计目标不一致。国外部分生产厂家采用精炼工艺炼制胶片，可以保证胶片厚度和大小处于相对稳定的水平，与薄钢板硫化时可控制各层钢板之间橡胶层厚度基本一致，更为接近设计的目标状态，可以更好地实现支座的各项功能。

2.3 施工安装

对比国外桥梁支座的安装施工来看，国内支座安装施工质量处于失控状态，这是支座产生较多病害的主要原因之一。支座安装的主要施工缺陷表现为:

1)梁底预埋钢板或混凝土底面及垫石顶面平整度不满足支座安装精度要求;

2)矩形支座长短边方向安装错误;

3)支座安装出现高差时随意塞垫钢板或砂浆;

4)支座安装时偏出预埋钢板或支座垫石范围;

5)四氟滑板支座不安装不锈钢板或不锈钢板与预埋钢板脱开;

6)施工垃圾未清理，导致支座的工作环境恶化，影响支座的耐久性和正常使用。

2.4 养护维修

从养护角度来说，支座投入运营后养护单位未及时清理支座周边的建筑垃圾，使支座处于恶劣的工作环境，从而影响支座的正常使用。正常运营过程中运营单位未安排支座的定期检查，从而无法及时发现支座出现的病害，并跟踪病害的发展情况。

从维修角度来说，设计单位往往未认真分析病害产生的原因，亦未进行病害对结构及支座自身影响程度的评估工作，维修措施往往过于单一;施工单位对病害处治工作亦未引起足够重视;运营单位存在支座出现病害就草率处理的现象。从而导致病害处治后重复出现的现象，甚至出现病害处治完成后原来未出现病害的支座继续出现病害的情况。

3 结语

板式橡胶支座病害已成为公路桥梁的常见病害和多发病害。本文根据广东省内多条高速公路桥梁病害调查结果，对板式橡胶支座的典型常见病害进行了分类，并从设计选型、加工制造、施工安装及养护维修四个方面对支座病害的产生原因进行了初步分析，为支座危害的评估及处治提供依据。上述分析结果表明，只有重视支座使用过程中各个环节的质量控制，才能从根本上改善目前支座病害较为普遍的现象。

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