高速铁路简支梁支座开裂原因分析及处理措施研究

汪志飞

摘 要：支座和支座垫石在桥梁结构中起到“承上启下”的作用，在均匀地传递载荷延长桥梁使用寿命方面起到了至关重要的作用。本文根据宿迁特大桥277号墩支座开裂修补的工程对支座开裂的原因进行了详细分析，并根据现场情况详细阐述的具体施工方案和注意事项，对类似工程有一定的借鉴和启发。

关键词：宿迁特大桥;支座;垫石;开裂原因;处理措施

中图分类号：U443.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0098-02

0 引言

由桥墩支撑的桥面板易受车辆运动和热膨胀的损坏。而为了延长桥面的使用寿命，需要桥梁支座均匀地传递来自于桥面的负载和物体运动带来的载荷。桥梁支座是桥梁的一个部件，通常在桥墩和桥面之间提供一个支撑面。桥梁支座的目的是允许受控运动，从而减少所涉及的应力。运动可以是热膨胀或收缩，或其他来源的运动，例如地震活动。根据包括桥梁跨度在内的许多不同因素，使用了几种不同类型的桥梁支座。最古老的桥梁支撑形式只是两个彼此叠置的板。现代桥梁支座的一种常见形式是弹性支座。其具有足够的竖向刚度以承受来自垂直方向上的巨大荷载，能将上部结构的反力有效地传递给墩台;有良好的弹性以适应梁端的转动;由较大的剪切变形以满足上部结构的水平位移;还具有构造简单、安装方便、养护简便、易于更换、建筑高度低、有隔振作用等优点[1-2]。

在桥面和支座之间常常设置有支座垫石，支座垫石随着交通基础建设日益追求完善的趋势下得到了越来越多的重视，其设计、施工和监理等方面全面得到了发展。依据《公路工程质量验收评定标准》JTJF801-2012中的规定，将支座垫石列为桥梁工程中单元工程的基础以及下部结构，并且支座垫石还是分部工程中一个重要的单独分项工程，由此可见其重要性。支座垫石属于连接部分，其作用是连接桥台、墩顶部以及支座，支座垫石一般都是使用混凝土现场浇筑得到。因此支座垫石拥有混凝土的独特之处，其体积较小，受力较大，并且应力相对集中，分布的钢筋密集，同时对施工精度要求较高。支座垫石有着十分重要的作用，主要原因有三点：首先，如支座受外界影响发生变形或破坏时，需对弹性支座进行更换，支座垫石的存在可以在定期更换支座时提供必要的空间，以便放置千斤顶从而进行支座的更换。其次，桥梁支座连接着桥梁组成的各个构件，起到传递载荷的作用，在各个构件连接处，应力组成十分复杂，会存在应力集中的地方，容易造成损坏，形成危险源。而支座垫石可以作为过渡构件可以平缓均匀地传递载荷，从而降低危险源的风险。最后，由于支座垫石以上的作用使其成为了支撑桥面板的主要载体，位于桥梁上下部结构衔接的重要位置，属于桥梁不可或缺的组成部分，并且支座垫石在施工阶段可以起到调整桥墩和桥面板之间因种种原因引起的误差和偏差，即支座垫石可以起到调整横坡的作用[3-4]。

因此，当支座及其墊石出现损坏时需要分析破损原因及处理措施，本文通过工程实例对支座垫石破损原因和处理措施进行详细研究。

1 工程概况和原因分析

1.1 工程概况

新建徐盐铁路站前工程XYZQ-Ⅳ标宿迁特大桥起止桩号DK119+213.850-DK133+105.100，全长13891.25m，含6座连续梁，简支梁399榀，宿迁特大桥277号墩垫石在架梁过程中发现破裂现象，需对垫石进行修补。277号墩支座采用TJQZ球型钢支座，支座吨位5000 kN，墩顶小里程侧布置2个固定支座，大里程侧布置2个纵向活动支座。垫石混凝土标号为C40，垫石设计尺寸240×120×35cm。钢筋直径φ12mm钢筋采用HRB400，直径φ8mm钢筋采用HPB300。

1.2 支座垫石损坏情况及原因分析

支座垫石损坏情况如图1所示。该支座垫石有一个拐角部位混凝土出现开裂脱落，局部开裂进入支座钢板锚栓处。

支座垫石出现损坏的原因有很多，主要有以下几个方面：支座垫石在施工过程中出现了轴线上的偏移;支座垫石与台帽之间，以及支座垫石与盖梁之间结合得不够紧密，产生了水平上的滑动;支座垫石上铺设的钢板与支座垫石之间结合不紧密，存在空洞或者气泡;支座垫石强度不够，支座混凝土出现了开裂或者裂缝，以及蜂窝和麻面等情况;支座垫石尺寸不合适，即支座垫石顶面高程存在较大误差，导致支座呈现悬空。除以上几点外，支座垫石厚度、保护层厚度偏大以及预留锚栓孔深度不足，顶面四角高差超过1cm，支座垫石存在表面不平整，棱角线不平直以及支座垫石露筋和钢筋加工不达标，以及现场管理不善，技术人员责任心不强等。

通过对现场情况的具体分析，本次支座垫石破损的主要由于现场管理不善和技术人员的懈怠导致支座混凝土保护层偏大，混凝土的强度不够。

2 修补方案的实施

2.1 准备工作

将277号墩墩顶处箱梁防落梁挡块拆除，与277号墩相邻的276号墩和278号墩处箱梁防落梁挡块现场已安装完成，不需进行拆除。在箱梁端部每个横向防落梁挡块预埋件下设置2台千斤顶（每个千斤顶吨位为200t），每台千斤顶顶部设置2cm厚的钢板与箱梁底部防落梁挡块预埋钢板紧密贴合。277号墩大、小里程和左、右侧一共布置8台千斤顶。同时现场施工人员与技术人员及时沟通，建立起高效及时的沟通反馈机制。

2.2 具体施工

在顶升作业之前，为了方便观察整个顶升施工系统的工作状态，需要进行试顶升试验。在顶升之前应将千斤顶进行校核并将支座下钢板地脚螺栓解除。在顶升期间需要安排测试人员进行箱梁顶面高程的实时监测，观测高程变化情况并及时反馈。首先试顶升升高3mm，再将其他千斤顶同步提升3mm，千斤顶的升高速度不能超过1mm/min，锁紧液压阀，测试人员检查系统有无漏油等异常情况，如有异常情况应该及时进行反馈。最后收回千斤顶，测试人员检测箱梁回落的情况，如发现异样也应该及时进行反馈。

试顶升顺利完成后进行正式的顶升，整个顶升过程应当保持位移同步误差小于1mm并且任何一缸的压力误差必须小于平均值的5%，一旦超过限值，应当立即关闭控制系统中的液控单向阀，以确保梁体安全，起顶高度高出设计标高3mm-5mm后锁定千斤顶，具体高度视现场施工需求而定。根据支座设计技术的参数，设计转角为0.02rad，支座设计调高量为20mm，千斤顶起顶高度高出设计标高3mm-5mm即认为符合设计要求。正式顶升过程中，支座下钢板采用临时约束与支座上钢板连接，与梁体同时顶升。顶升完成后，使用钢板及钢楔子进行临时支撑，临时支撑放置在千斤顶旁。

修补工作首先需要将垫石混凝土凿除，凿除采用风镐逐步凿除。凿除时要注意保护原有垫石钢筋，不得随意切割。之后再进行钢筋绑扎，按照垫石钢筋加固图纸要求绑扎焊接垫石钢筋，由于现有垫石钢筋保护层厚度偏厚，在现有垫石钢筋基础上进行绑扎安装垫石补强钢筋，确保垫石钢筋保护层厚度在60mm。

将破损的垫石混凝土凿出后，进行垫石混凝土的浇筑，即在垫石外侧制安垫石侧模，混凝土用输送车送至桥下后，放入小料斗，人工用麻绳起吊混凝土入模，振捣采用30型振动棒振捣，浇筑C40混凝土并覆盖土工布洒水养护不少于7天，养护时在墩顶设置养护水桶进行滴灌养护。待垫石混凝土强度达到设计强度后，进行支座的安装，支座的安装采用重力灌浆法进行安装。在支座安装前对支座垫石顶面进行凿毛清理，清除浮浆，使其露出75%以上新鲜混凝土面，发现混凝土质地均匀，浆体饱满并且表面无气泡，外观上也可以判断出混凝土强度达到要求。然后将支座垫石预留锚栓孔清理干净，用水将支座垫石表面湿润，灌浆模板采用钢模，固定在支座垫石顶面，灌浆模板布置如图2所示。

支座就位后，将277号墩墩顶千斤顶回落，使梁顶达到设计高程后锁定千斤顶。支座下座板与支座垫石顶面之间留有20-30mm的空隙，以便灌注无收缩高强度灌注材料，灌浆材料采用抗压强度不低于50MPa的灌浆料，灌浆材料施工质量符合《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）第9.9.6条至第9.9.13条的规定。施工采用重力灌浆方式，灌浆过程从支座中心部位向四周注浆，直至从模板与支座底板周边间隙观察到灌浆料全部灌满为止。最后待灌浆料强度达到20 MPa后，拆除千斤顶。

3 施工注意事项

现场施工时有一些注意事项对于施工效果和现场施工的安全起着至关重要的作用，现总结如下：

（1）在现场施工过程中，现场技术主管必须全程在场把控，协调调度;（2）施工时不得造成支座和防落梁挡块外观的破损;（3）施工时不得污染现有结构物;（4）现场养护材料需提前准备，混凝土初凝后应当及时养护;（5）现在作业人员需佩戴安全帽、安全带;（6）现场用电采用发电机发电，需加强用电安全管理，避免触电事故的发生;（7）凿除混凝土块，应清理至指定区域，注意高空坠物管理，防止伤人;（8）为防止千斤顶出现故障，现场應有备用千斤顶，备用千斤顶不得少于3个;（9）施工时应有专职安全员进行防护，确保施工安全。

4 结语

本文对新建徐盐铁路站前工程XYZQ-Ⅳ标宿迁特大桥277号架梁过程中发现垫石存在的破裂现象，进行了详细地分析，从材料到施工逐一排查，最后结合历史经验和现场实际检测分析发现本次支座垫石破损的主要原因是保护层太厚导致的强度不足，现场管理不善和技术人员的懈怠导致支座混凝土的强度不够。然后详细地介绍了对破损支座垫石的现场修补方案及措施。最后对施工过程中的注意事项进行了介绍。

本文结合实际工程施工对支座垫石的破损原因进行了详细分析，介绍了具体施工的方案和注意事项，对其他类似支座及支座垫石的修补防护工程起到了一定的参考作用。

参考文献

[1] 宋杰华.论桥梁支座垫石的缺陷和改善措施[J].山西交通科技，2011（1）：44-46.

[2] 段世华，抄玉民.浅谈桥梁支座垫石施工质量提高的完善措施[J].河南科技， 2014（19）：152-153.

[3] 汪洪加.桥梁支座垫石混凝土裂缝预防措施[J].公路交通科技（应用技术版），2012（12）.

[4] 陈强华.铁路桥梁支座垫石施工工艺及质量控制[J].水利水电施工，2013（6）：80-82.