高速公路桥梁支座病害检测及维修处治分析

秦东伟

（河北高速集团工程技术有限公司，石家庄 050000）

1 引言

板式橡胶因受力与构造良好，在中小跨径公路桥梁中应用广泛。但橡胶支座在桥梁工程造价中所占比例较小，很难获得技术与管理者的重视，在长期应用中缺乏有效养护修复，易成为桥梁结构的薄弱环节，增加病害发生概率。近年来，高速公路数量不断增加，桥梁设备比例随之提升，桥梁技术不断更新换代，对支座提出了更高要求，其后期检查与养护标准更为严格。以高速公路桥梁支座为例开展针对性分析，创新支座病害检测与维修措施，有效预防和解决橡胶支座常见的开裂、脱空、变形等质量问题，从而延长支座使用寿命，减少后期维修成本，使其满足工程运营需求。

2 工程概况

以石衡（石家庄—衡水）高速公路为例，主线全长82.80 km，双向6车道，联系石家庄与衡水两市的主城区，既能弥补省会东南区域高速公路稀疏的缺陷，还可缓解石黄高速公路的交通压力。该工程设置大桥3座、中桥9座、马庄服务区1处、停车区2处、养护工区2处、通信监控分中心1处。桥梁均采用板式橡胶支座，支座质量直接影响桥梁结构的稳定性及使用寿命。投入使用后，部分支座存在开裂、变形、脱空等质量病害，需加强观测与维修养护，使质量病害提早得到防护，避免威胁行车安全。

3 高速公路桥梁支座常见病害检测

3.1 开裂

支座开裂点一般位于支座端部，以45°倾斜缝为主，如若支座出现水平方向裂缝，大多因剪切力过高所致，发生概率较小。裂缝的典型表现为长度较短，分布较为紧凑，开裂原因是施工阶段受力不均。结合现场情况，主要因支座安装偏差较大、桥梁设计带有纵横坡，设计不科学、后期防护不到位，使支座柔韧性降低，出现开裂情况[1]。

3.2 变形

该病害是在外力作用下，梁底与垫石出现相对位移，在支座界面上形成了带有一定角度的平行四边形。此类病害多出现在弯道段、长下坡段，且带有显著的外部特征，在平直桥梁中出现概率较低，检测结果如表1所示[2]。在梁体设计阶段，因未能充分考虑坡度、施工中忽视支座垫石标高、水平度控制不精准、投入使用后墩台出现不均匀沉降等，均会引发剪切变形。当支座支撑面出现倾斜情况时，势必要承受梁体与上部结构荷载产生的作用力，力的方向与支撑面平行。现阶段，重车超载情况十分普遍，且存在上坡加速、下坡减速的驾驶规律。由于设计阶段忽视重型车辆加速行驶中产生的振动，剪切力高于支座自身承受力，便会增加剪切变形概率。

表1 支座变形检测结果

3.3 脱空

在混凝土梁架设完毕后，在横向与纵向连接具有整体性特征。投入使用后，受温度变化、预应力作用、行车荷载等因素影响，梁体形状逐渐发生改变，导致下部支座受力不均，长此以往，出现脱空病害。从总体看，该病害成因在于上部结构徐变作用，还可能因梁板尺寸不精准、安装阶段出现定位偏差等，增加脱空病害的发生率。支座脱空病害分为两种，一种为局部脱空，另一种为完全脱空。其中，局部脱空因梁底和垫石出现相对位移，导致支座剪切变形；完全脱空主要发生在桥梁上部结构，其原因为板底凹凸不平、垫石高度控制不足、后期管理缺乏，出现质量病害后未及时发现并采取补救措施，最终导致支座出现完全脱空情况，检测结果如表2所示。

表2 支座脱空检测结果

3.4 位置偏移

桥梁支座偏位类型主要有两种，即横向型与纵向型。出现偏位病害后导致受力不均，支座可能因局部受力过大而受损，如图1所示。此类质量问题的成因是不准确的桥梁垫石或支座放样。在支座承受水平荷载高于剪切变形力的情况下，支座将通过各类材料间的错位滑动，使上部桥梁水平位移需求得到满足。当支座不锈钢板出现锈蚀、支座垫石碎裂、支座与墩台固定时，会使支座材料间的摩擦阻力增加，桥梁支座无法正常滑动，故应根据现场情况制订相应的维修方案，及时纠正支座错位情况，必要时可更换新的支座[3]。

图1 支座位置偏移

4 高速公路桥梁支座病害的维修措施

4.1 明确梁板顶升要点

在病害支座维修养护过程中，梁板顶升十分关键，应严格把控整幅梁体的同步顶升与回落情况，其高差应控制在2 mm以内，以免因梁板受力不均而受损。所用施工设备主要为千斤顶，与桥检车一同使用。基本原理是多个千斤顶用相同油管输油，再用相同油泵供油，使多个千斤顶能在作业中提供相同的升力，确保顶升距离、速度基本相同。选择千斤顶时应合理控制数量，一般T梁每个端口设置1台，箱梁每个端口设置2台，在互通立交位置千斤顶数量最多，由8片箱梁构成。为扩大顶升操作空间，应合理选择顶升高度与千斤顶规格，可采用相对较小规格的设备，以高强垫板为辅助，合理调整高度。部分桥梁在维修时仍处于通车状态，故应在顶升期间采用千分表精确顶升高度，确保梁体各段同步顶升，其高度控制在10 mm以内，以确保作业安全，车辆通行不受影响。

4.2 实施针对性支座病害维护技术

因高速公路桥梁支座病害类型较多，应在保障前期设计、施工的基础上，加强运营后期的维护与管理，根据现有设计指标分析梁体状态，及时清理支座周围脏污，定期检查桥梁底部，提早发现支座异常情况。对于常见的剪切变形、脱空、开裂等病害实施针对性维护，确保支座正常使用。

1）超限剪切变形维护。支座剪切变形应与设计要求相符，如支座剪切作用理想，则无须处理；如剪切变形超过规范值，影响其剪切功能发挥，则需维修养护。当相同盖梁或台帽上仅有少数支座剪切变形超出限制，可利用局部顶升法更换支座；如大部分剪切变形超限，可利用整体顶升法更换，对于未出现病害的支座也应一并更换，确保相同盖梁上支座均有相同或相似的剪切刚度。

2）脱空维护。针对支座顶面与梁底间的脱空问题可采用局部顶升的方式，梁体塞垫整块楔形不锈钢板，其钢板面积应超过支座的30~50 mm，利用环氧水泥浆将钢板与梁底楔块黏结，在必要情况下可将垫石顶面标高内盖梁适当降低，解决钢板空间不足的问题；支座底面与垫石间的脱空情况主要是垫石不平整所致，故可采用局部顶升法，先将垫石外表打磨平整，使其顶面标高适当低于标高，解决支座安装高度提升的问题，再将整块楔形钢板垫入，用环氧水泥浆与垫石顶面相连接，从而解决此类脱空问题[4]。

3）开裂维护。受支座产品质量与环境因素影响，橡胶支座易出现老化、开裂情况。当支座中裂缝宽度不足1 mm时，可在确保支座使用环境良好的情况下继续使用，并密切检查其发展速度；如裂缝宽度超过1 mm，可利用CSM涂抹表面，加强防护效果；当支座钢板出现严重锈蚀情况时，可采用顶升方式替换支座，局部和整体顶升原则与变形维护方案相同，在温度适宜条件下完成支座更换；日常也应做好除锈工作，外表涂抹防锈、防腐涂料，使支座各项指标满足交通体系要求，降低病害发生概率。

4.3 引入桥梁盆式支座更换工法

以往支座垫石顶面平整度无法满足精度要求，导致支座安装后易出现局部脱空现象。基于此，可结合橡胶支座结构特点，利用注浆法安装盆式支座，对支座垫石进行浇筑，以提高垫石平整度，如图2所示，具体工艺如下。

图2 盆式支座注浆法示意图

1）安装灌浆用模板，预防灌浆时出现泄漏，用水泥浆将支撑垫石区域的盖梁混凝土表层浸湿。

2）吊装和安装支座，确保支座安装位置与高程符合要求，利用钢楔块楔入支座四角，调平支座。

3）利用重力灌浆法将支座底部与盖梁缝隙填满，先从支座中间朝着周围注浆，待浆体从缝隙处溢出才可停止；待灌浆混凝土强度达标后拆除模具，检查垫石是否存在漏浆之处，查漏补缺。

4）将钢楔块拆除，对留边侧补浆，再将支座锚栓拧紧；浇筑梁体混凝土，待其强度达标后，拆除其连接作用的螺栓，安装支座围板。

5 结语

综上所述，大部分桥梁支座为空心板结构、橡胶材质，在长期使用中易出现质量病害，不但影响桥梁使用功能发挥，还对车辆安全造成威胁。这就要求工程师始终坚持“检大于修”的理念，特别对于高速公路桥梁，更要严格遵循养护与维修标准，针对支座常见的开裂、脱空、变形等病害，在实际管理中注重检查和维护，综合分析各方原因，制订科学的维护管理方案，做到对症下药。通过明确梁板顶升要点、优化支座病害维护方案、完善维护管理机制等方式，确保支座结构安全稳固。在未来发展中，可引入数字化检修与维护技术，及时发现支座病害并实现动态跟踪，进而促进桥梁运营可持续发展。