桥梁支座病害及处治分析——以刘家峡大桥为例

刘永强

（甘肃省临夏公路事业发展中心临夏公路段，甘肃临夏 731100）

1 工程概况

甘肃省道106 线刘家峡大桥（位于东乡县考勒乡）为跨越刘家峡水库黄河支沟而设，2013 年12 月建成通车，已运行近10 年，该桥梁桩号K52+765，是兰州至临夏二级公路重点工程。刘家峡大桥为536m 的单跨钢桁架悬索桥，双向两车道，桥面全宽15m，桥面净宽11m，设计行车速度为40km/h，主缆分跨为148m+536m+114m，垂跨比为1∶11。索塔为钢管混凝土门形框架结构，索塔基础为钻孔桩基础，锚碇采用三角架式重力锚。主桁采用型钢桁架，桁高4m，桥面板为正交异性钢桥面板结构。全桥在塔梁之间布置4 个拉压球型竖向支座和8 个球型抗风支座，在主桁与桥面板之间布置了固定和滑动拉压柱面支座。

2 支座现状与病害成因

桥梁竖向支座位移滑板与正常状态不同，很多位置出现了磨损，甚至已经掉落；支座不锈钢板更加膨胀，添加一定量的硅脂润滑剂后，这种膨胀问题依旧存在；随着滑动阻力的不断增加，挡块螺栓疲劳破坏后无法正常使用，挡块脱离原有位置后，支座中间体滑出上部挡块约束位置，主位移不锈钢板也产生明显变化，起拱的严重程度不断加剧；支座横向位移挡块螺栓的完整性受损，挡块脱离原有位置，消除挡块约束后，支座中间体也发生特殊问题，即窜位滑动，支座中间体与之前设计位置不同时，与支座上座板的距离也越来越远；支座横向位移造成的影响较大，锈蚀的现象随之出现。

2.1 支座纵向主位异常的原因

第一，纵向主位移相对复杂，处在下置安装的范围内，由于防尘装置防护水平不足，防护功能受限，建筑垃圾、污水、尘土的位置产生变化，大范围分布在纵向主位移摩擦副不锈钢板滑动面上，成为影响滑动阻力的因素，进一步加剧了滑板磨损问题，当这些聚集物的形态发展为硬块后，滑板会在更短时间内磨损。滑板的磨损高度通常是有特定范围的，即3～3.5mm。当前，磨损高度降低情况达到零，出现金属-金属的硬接触刚性摩擦受力现象，支座的位移滑动作用形同虚设。这种病害促使水平滑动阻力在实际运行中表现为强行阻止，大于设计摩擦力很多，除了导致横向活动约束挡块更多之外，也加大支座传力部件疲劳而影响原有的稳定性，对于桥梁上下部结构而言，其附加压力明显大于之前。

第二，从主位移滑动面的角度分析，多数情况下属于大位移。当滑动工况未出现异常状态时，不锈钢板圈置焊接约束力可以体现出正向作用，不会被设计摩擦力自由滑动而干扰。当滑动阻碍问题发生时，实际水平力的数值高于设计摩擦力。随着受力范围内较大水平阻力的不断冲击，圈置约束力难以适应，这种成倍附加的水平阻力负面影响较大，与不锈钢板产生接触时，由于其中心点是无约束的，所以薄层不锈钢板无法保持原有状态，可能下凹，也可能起拱等。不锈钢板质量较差时，滑板的磨耗问题也十分严重，很大程度上削弱了支座位移功能。

第三，从实际工程的角度分析，由于垫石浇筑存在一定空隙，薄层灌浆调节层宽厚比、长厚比过大，造成重力灌浆效果与预期不符的情况，砂浆调节层持力水平偏低，预埋钢板凹凸不平，混凝土浇筑结果不达标等。这些因素对不锈钢板的正常形态造成不利影响，滑动的平整性逐渐降低，滑动阻力呈现快速增加的趋势。

2.2 支座横向位移侧向挡块掉落的原因

第一，过大的水平阻力在该领域比较常见，会对连接件造成影响，随着松动情况的不断加剧，横向位移侧向挡块不再处在原有位置。

第二，挡块连接螺栓在强度方面有所欠缺，未考虑到实际情况制定防松措施。

第三，如果钢板厚度处在偏薄状态时，弯曲变形的状况随之出现，挡块螺栓在某些位置也会被损坏，造成挡块脱落的情况。

第四，横向位移侧向挡块不保持原有位置后，支座中间体产生一定波动，顺着竖轴的方向转移。没有挡块控制支座中间体后，会持续波动在桥梁纵向中（不允许），当这种窜动位移越来越严重时，支座局部受力的状况将会发生，脱空受力也会加大后续工作的难度，滑离掉落的速度更快，支座中间体脱落的问题比较显著，导致支座支点缺乏有力保障，经过重车的环节，桥面系拉杆的出现率偏高，吊杆断裂也很容易出现，交通事故的出现使桥梁结构与之前明显不同。

2.3 其他病害因素及病害后果

第一，对于支座转动体，卡滞无法转动的问题时有发生，要想体现出弯矩、扭矩附加应力效应十分困难。

第二，当支座转动体可以十分顺畅完成转动时，支座球面滑板受到的压力因素更强，可能溢出，需从现场的各个位置展开精细化检查。

第三，支座的侧向受力导向摩擦副、抗拉导向摩擦副可能存在损坏的现象。

第四，支座关键受力钢板具有一定的特殊性，异常变形问题的发生率较高，需严格按照要求检查现场有无发生此问题的征兆，考虑到诸多因素展开核实。

第五，对于主位移不锈钢板、基衬钢板，其平整度可能不符合要求，所以开展现场检查工作十分必要。

第六，桥面系固定支座易在过大的水平滑动阻力下解锁，应结合实际情况展开规范化检查。解锁步骤结束后，桥面系纵向和横向位置变化的发生率较高，由于桥梁具有坡度，所以伸缩缝产生变化，对行车造成一定影响。

3 病害处治措施

3.1 总体要求

第一，无论是维修设计，还是施工，都要将安全放在第一位，并秉持环保、优质的理念。

第二，系统性处治要求。防止出现处理实际问题不够全面的现象，在整个桥梁中，支座是不可或缺的一部分，支座病害的消极影响较大，此问题包括制作结构设计不当、应用的材料不合格，制造效果不佳等。有些诱发因素也比较常见，例如桥梁结构实际运行不合理，大风、冰雹等恶劣天气超载情况等等。在上述因素的影响下，适应性明显低于之前，制作性能大打折扣。在维修设计过程中，要从不同角度思考是哪些因素引起了病害，遵循全面规范的原则进行处理，防止病害对后续运行造成影响。

第三，专业性处治要求。从力学层面来看，索桥承重结构处在高次超静定结构的范围内，在所有条形中受力是最繁琐的，索桥不仅具有柔度大的特征，而且体现出大跨度的特点，振动周期较长。由于索桥承重体系涵盖着诸多特征，所以要高度重视竖向支座和横向支座约束体系，严格按照要求进行专业、科学的设计。由于国内在指导标准方面有待提高，往往将制作的普通标准作为参考重点，在此基础上完成设计制造，这与实际运行工况产生一定偏差，所以该领域要十分关注此问题。

第四，处治的技术先进性。要深刻认识到土木专业和机械专业的相同点和不同点，将两种专业的学科交叉放在首位。支座设计除了属于产品机械性能设计之外，也要以土木结构为切入点，考虑到该结构的现状，展开适应性设计。同时，行业的发展远远离不开现代化的技术及材料，还要及时摒弃落后的设备及工艺。支座是实际工作中的重中之重，与摩擦磨耗性能设计密切相关，选择相应材料的过程中必须十分谨慎，以质量佳、功能强、先进的耐磨材料为首选。

第五，及时性处治要求。还未正式处治之前，需了解应急处治措施的流程、注意事项，将相关措施真正落实。相关人员应在符合要求的基础上，做到加密检查，秉持限速限载的理念，并将临时支撑设置在相应位置。

3.2 项目特点及难点

一是钢梁预设顶升点位置布顶高度较高。

解决措施：从钢梁预设顶升点入手，明确支撑平台的重要性，将该平台设置在此位置，满足桥梁顶升力的需求，防止桥梁顶升施工产生异常问题。

二是索桥位移的情况比较明显，现实中滑动次数较多，失稳的状况屡屡出现。在此过程中，钢梁的位置也会产生变化，不仅对顶升系统的稳定性提出严格要求，也表明该系统必须在适应性方面占据优势。

解决措施：高度重视顶升系统，围绕该系统设置联动措施，并融入位移滑动面，明确转动调节面的设置流程及注意事项，使两者和顶升系统相融合，最大程度上降低滑移、倾斜的发生率。

三是施工过程中，桥梁运营未出现异常问题，拆除旧支座后，桥梁将无法保持原有的稳定性。

解决措施：还未正式拆除旧支座前，要将支座附近位置作为操作范围，严格按照要求设置临时支撑，避免桥梁发生横向位移。

四是支座实际安装尺寸与原设计产生一定偏差。

解决措施：以满足桥梁使用为基础，在现场中集中更多注意力，针对实际尺寸展开测量，设计加工新支座，避免安装新支座的环节面临阻碍。

五是解决好支座滑动问题后，残余位移叠加也会带来负面影响，比设计位移值更大。

解决措施：将新支座滑动位移值体现出来，结合实际情况落实保守设计工作。

六是当旧支座的运行呈现异常状态后，桥梁结构也会产生变化，连接状况与预期不符，明显加大了新支座运行的复杂性。

解决措施：利用有效措施增强新支座的承载能力，并从新支座的刚度入手，使其在原有基础上有所提升，确保可以有效应对偏差变位的情况[1]。

七是支座主位移面倒置设计，防护效果差。

解决措施：高度重视防尘装置，考虑到现场面临的问题，展开专项设计，采用“不锈钢骨架+强力透明板+一字折叠刚性风琴罩”进行全封闭防护，避免摩擦的防护质量较差，加大检查力度，转变早期的养护理念和方式，注重养护的全面性，从新支座顶面设置金属防水罩，为支座的正常运行提供帮助。

八是冬季施工温度低，风力大。

解决措施：首先，根据实物工程量提前组织有关机具、外加剂和保温材料进场，并对各种加热的材料、设备要检查其安全可靠性；其次，做好混凝土、砂浆及掺外加剂的冬季施工试配试验工作，提出施工配合比；再次，制定冬季施工的防滑、防冻、防火、防煤气中毒等安全措施。最后，如果某项控制设备属于低温敏感，要采取科学合理的保暖措施。

3.3 处治方法

第一，明确认识到旧支座病害对后续工作的影响，遵循专业、全面的原则展开检测，判断哪些因素与病害相关，找到具体问题源头，以此进行消除。

第二，参照美国AASHTO 规范、EN1337 欧洲标准及BS5400 英国标准，结合刘家峡大桥的支座性能要求，以及支座与桥梁上下部结构的连接要求，开展新支座的专项设计与评审（包括防尘装置的专项设计与评审）。

第三，编制施工组织方案，当评审结果无误后，使该方案作为维修更换工作中的主要参考。

第四，编制施工监控方案，评审后严格按照方案要求开展监控作业。

3.4 应急处治

支座横向位移侧向挡块的位置有所不同时，支座中心体朝着外部方向运行，这种窜动情况比较明显，随着时间的不断延长，将与支座相分离，导致支座处于彻底脱空的状态。此时，全桥四个支点无法继续受到约束，受力状态呈现异常，很大程度上破坏了桥梁结构。当载量较大的车辆通过时，桥梁结构再次受到破坏，伸缩缝结构也与正常状态下不同，导致该桥梁陷入安全隐患的困境中。

第一，尽快对支座中间体实施限制窜位的约束，在桁梁下焊接临时横向导向滑动挡块，既约束窜动，又保证横向有一定的位移。

第二，准备临时竖向支撑，当支座中间体不再保持原有位置，可以通过支撑为其带来帮助。避免纵横向位移无法继续推进。

第三，提升加密检查的频率，每日对窜动量产生明确认知，结合发展变化情况进行控制。

4 支座更换施工技术

4.1 施工技术要求

支座更换是一项复杂程度偏高的过程，使用千斤顶开展顶升作业时，选择千斤顶的过程中需谨慎，要以千斤顶的整体能力为主。在顶起落下作业的过程中，千斤顶行程高差有同步要求，但存在速度误差。由于千斤顶是高效工作，所以梁体内部会出现不同程度的应力，倘若忽略了千斤顶高度差的控制，会引起桥面出现断裂的情况。每片梁间的提升高度差控制在±1mm 以内时，可以保证梁体及桥面的结构安全。

4.2 工艺流程分析

首先，完成支架和工作平台的设置，开展顶升作业时要谨慎。以设置支架为第一步骤，充分考虑到墩台顶设置千斤顶的情况，按照两种情形进行处置：如果设置千斤顶的空间较大，那么只需设置工作平台即可，以此保障行人、材料的运行；如果千斤顶的空间较小，但具有相应基础，要高度重视顶升量体的临时支架，严格按照要求展开设置，之后再将工作平台融入其中。其次，保险垫块的设计。通常情况下，制作保险垫块的材料为钢板，钢板的尺寸不可过大或过小，防止垫块失去稳定性。开展此项工作时，应保障垫块数量和千斤顶相同，并着眼支撑点的下端位置，使此位置的平整程度偏高，垫块上侧要支撑可以承受全部载荷的位置。具体操作中，当千斤顶的升降产生变化时，也要针对垫块数量展开调整[2]。

5 结语

综上所述，当桥梁支座的使用时间不断增加时，病害的发生率也随之提高，对桥梁的正常运行造成负面影响。在对桥梁加固工作环节，需加大对支座的检查力度，在恰当时间内更换损坏的支座。根据支座病害的特征和现状，制订科学有效的处治方案，最大程度地确保桥梁使用的安全性与稳定性。