桥梁球形钢支座全寿命设计及施工方法

刘红誉

（微山县东方建设工程监理有限公司，山东济宁 277600）

随着我国桥梁等基础设施工程规模的不断增加，出现了越来越多的超大宽幅桥梁工程项目，大型、超大型桥梁工程的建设对支座的设计水平、施工质量，均提出了较高的要求。在桥梁工程球形钢支座的设计中，应积极运用全寿命设计理念，对桥梁工程结构特点以及荷载挠度等多种影响因素进行综合考虑，不断优化桥梁工程球形钢支座的设计方案。施工单位在球形钢支座的施工过程中，应严格按照施工规范和设计要求合理选择施工方法，准确把握各项施工技术的要点，提高施工质量，推动我国桥梁工程建设事业的现代化发展。

1 桥梁球形钢支座全寿命设计分析

1.1 概述桥梁球形钢支座

桥梁工程球形钢支座包括上下支座板、上下平面和球面耐磨板、导轨、锚固组件、球冠衬板、活塞等部分。其主要是滑动和转动的分离设计方法，提高桥梁工程支座的承载能力、受力稳定性。目前球形钢支座被广泛应用于多种类型的桥梁工程建设中，在球形钢支座的设计中应积极运用全寿命设计理念，充分考虑球形钢支座在桥梁工程全寿命周期内的各项影响因素，提高设计的水平、质量，为桥梁工程建设奠定良好的基础。施工单位应准确掌握球形钢支座的施工方法、技术要点，保证施工的质量符合设计标准。

1.2 桥梁工程球形钢支座全寿命设计方法

1.2.1 严格遵守桥梁工程支座设计技术规范

在桥梁球形钢支座全寿命设计中，设计人员应严格按照桥梁工程支座设计规范的要求，合理确定各项设计参数，以保证设计方案的质量。例如，在设计中应将球形钢支座结构的竖向压缩变形量控制在支座高度的1%以内。在桥梁工程抗震支座的设计中，应将其上拔力控制在竖向荷载的20%以上，且横向承载应达到其竖向承载的20%以上[1]。在设计单向、固定支座时，其非滑移方向上的水平承载应达到其竖向承载的10%以上。

1.2.2 科学分析球形钢支座荷载

在桥梁球形钢支座全寿命设计中，应在传统球形支座设计理念的基础上对其具体受力进行科学分析，优化设计方案，提高球形钢支座的水平承载性能。在设计中应合理选择盆钢等材质结构，在盆钢内设置球冠，且球冠应弧面向上保持水平。当球形支座受竖向荷载影响转动时，其主要荷载为水平荷载，此时球冠在盆钢内并未承受水平荷载，水平力主要作用于盆钢结构的钢盆壁部分，使球冠底部受力能够保持均匀，且水平状态稳定。

1.2.3 球形钢支座密封结构设计

球形支座转动弧面的密封设计是设计中的重点环节之一。在桥梁工程球形钢支座的设计实践中，可以采用在其活塞部分增设橡胶密封圈的方式，以提高其密封性。设计人员可以将橡胶密封圈设置于盆腔内壁、活塞外壁，从而实现对球形支座盆腔结构的全封闭目的，防止处于盆腔内部的耐磨板、球冠等受到灰尘等杂质的影响，提高支座转动可靠性，延长支座使用寿命。

1.2.4 球形钢支座耐耗设计

在桥梁工程球形钢支座全寿命设计中，设计人员应积极采用具有较好耐磨性能和承压能力的材料，通过试验检测对其耐耗性能进行验证分析。通过试验发现，改性聚四氟乙烯材料在耐耗性能、耐高温性能方面较为突出，具有自润滑功能。因此，在球形钢支座全寿命设计方案中，可以结合桥梁工程的实际情况合理选择该类型材质。

1.3 桥梁工程球形钢支座全寿命设计方案

某桥梁工程为矮塔三塔四跨斜拉桥结构，该桥梁工程的主桥部分包括水中主墩3个，分别采用了临时以及永久性固结体系。该桥梁结构支座宽度、长度均约为3 m，并有单双向两类活动形式。根据该桥梁工程结构特点，在支座设计中采用了球形钢支座。

结合该桥梁工程的结构特点，在本次设计中采用了盆式球形钢支座，其在主体结构部分的设计中，采用由钢盆、滑板构成的盆式橡胶支座，以提高其密封性，延长支座滑动部分的使用寿命。将传统支座的橡胶垫改为球冠设计，并采用支座转角设计，可有效减少由橡胶老化产生的风险隐患。在本次设计中采用了滑动部件与转动部件相分离的设计方法，其中，球形支座的转动设计通过球冠与活塞间的相对转动实现，应确保球冠部分的下滑动面位移的同步性，以达到弯矩释放的目的，利用活塞的上滑动实现其水平位移。在该桥梁工程球形钢支座的耐磨滑板设计中，采用了改性聚四氟乙烯材质滑板结构，在其球冠部分选择了铸造合金铝材质，有效提高了支座的耐磨性能。在球形支座全寿命设计中通过冷喷锌工艺的运用提高其防腐性能，使桥梁工程球形钢支座的使用寿命得到进一步延长。

2 桥梁球形钢支座施工方法分析

2.1 处理垫石施工要点

在处理垫石施工前，施工人员应首先检查地脚螺栓，在确认其孔位、深度和规格均符合设计标准后，再开展清理作业。清理时可以利用电锤、电动风镐等工具凿除孔内预留塑料管等，并凿毛混凝土表面。在彻底清理垫石顶面后，应对其进行磨平处理，将其顶面高差控制在2 mm以内。在用水冲洗垫石后，应通过空压机等工具吹干其表面，确保其表面干燥。

2.2 支座拆分施工要点

在施工现场分拆支座组件时，应按照其出厂说明、栈桥承载性能等，将其拆分成上下支座板、相关组件、锚固组件三个主要部分，为后续的组装施工创造便利条件。在拆分施工时，应首先将连接板螺栓拧松，为上支座板的起吊做好准备工作。再通过汽车吊钩组上支座板板组件，起吊施工时应采取对角吊装方式，并注意采取相应的保护措施，将支座板放置于枕木、垫板上，防止上支座板表面被划伤。在依次将球冠、活塞和下支座板分别拆分起吊，并做好相关的防尘保护措施。

2.3 吊装支座施工要点

在吊装施工时，施工单位应首先进行测量放样，以准确确定吊装位置，再利用汽车吊、平板拖车等专业吊装运输设备将各支座组件运抵现场。施工单位应根据支座组件大小、施工要求进行吊装设备、操作人员的配置，并应指派专业技术人员对吊装作业进行指挥调度。应对支座四角吊点的设置情况进行严格的检查监督，以确保吊钩和支座中心能够在起吊过程中保持一致。在吊装作业时，施工人员应首先起吊锚固组件，并将其放置于墩台顶面垫石位置，以便后续的锚固安装作业的开展。在对球冠、活塞和下支座板进行吊装时，应保证吊机准确达到起吊作业点，应将钢丝绳吊牢安装于下支座板的吊点上，应对其受力中心和安装的牢固性进行检验，确认合格后再进行起吊作业。吊装时应保持缓慢匀速，并应在球冠、活塞、下支座板组件与垫石顶面相距0.6 m处进行下锚固组件的安装施工。在安装过程中应利用全站仪等测量仪器对其平面位置进行观测调整，再缓慢将其下放，置于垫石顶面上。

最后吊装上支座板，在将其吊装到位后，应调整顶面水平度，将临时连接板安装到位。应对支座连接的牢固性、整体性进行检查，以保证施工的质量安全。当支座吊装到位后，施工人员应将千斤顶分别设置于其四角垫石顶面处，以顶高支座，顶高高度应控制在3 cm左右，以便于后续灌浆作业的开展[2]。应通过水准仪或全站仪等，对支座标高和水平位置进行复核，调整到位后应在下支座板下方设置钢楔块。

2.4 管道和模板安装施工要点

施工单位应将型钢模板设置于下支座板周围，利用膨胀螺栓将其固定牢固。应根据现场实际情况合理选择软管、注浆管材质和设置数量。施工人员应在垫石和支座底板间插入注浆管的一端，注浆管的另一端应与软管相连，在注浆泵上连接好引入软管。在安装出气管时，应将其两端分别连接再软管、插入垫石与支座底板间，软管的竖向长度应控制在1.5 m以上。当出气管、注浆管安装就位后，应使用发泡剂封端，以保证其密封性。

2.5 注浆施工要点

在注浆作业前，施工人员应对球形钢支座标高和中心进行认真详细的复核，检验合格后再开始注浆。注浆时应选择强度较高且无收缩性的灌浆材料，以确保支座空隙灌浆的密实度。施工时应通过注浆泵从支座中心处开始注浆，并逐步向四周推进，以填满垫石与下支座板空隙、锚栓孔，确保下支座板紧贴垫石顶面上。施工人员应严格检测注浆过程中的桨叶压力，应控制在0.2 MPa左右。应对出气管是否有浆液溢出情况进行监测，一旦发现浆液溢出时，应及时封闭出气管。当所有出气管均有浆液溢出并完成封闭后，在0.2 MPa条件下保持5 min持压状态，再封闭注浆管。

2.6 拆除模板施工要点

施工人员在拆模前应对砂浆强度进行检测，确认其符合设计标准后再拆除模板，再割除出气管、注浆管。如果在检查中发现有漏浆现象存在时，应及时采取补浆措施。当各项检测合格确认无质量缺陷存在后，施工人员应将下支座板锚栓紧固。

3 结语

在桥梁工程的建设中，支座是重要的传力结构，对桥梁工程整体结构的安全性、稳定性具有重要的影响。因此，在桥梁工程的支座设计中，应积极运用先进的设计理念和技术方法，科学分析支座荷载等各种影响要素，合理选择支座结构形式，提高支座设计的水平和质量，以延长桥梁工程支座结构使用寿命。施工单位应按照设计要求严格遵守相关的技术规范，准确掌握支座施工的各项技术要点，保证施工质量能够符合设计标准，为桥梁工程整体结构的质量安全奠定坚实的基础。