巧换构件保健康——高速公路组合箱梁桥盆式橡胶支座更换技术研究

在桥梁结构体系中，支座扮演着至关重要的角色，堪称确保桥梁安全稳定运行的“关键枢纽”。它犹如桥梁的“关节”，肩负着支撑梁体庞大重量的重任，同时精准且高效地将上部结构所承受的各类荷载传递至桥墩与基础。然而，支座在其服役过程中，选型不当、原材料质量不佳、环境及交通荷载等不利因素，都可能使支座“受伤”，影响支座的正常使用和桥梁结构的安全。

某高速路段全长约28km，双向4车道，于2016年12月28日通车运营。该路段部分桥梁上部结构为组合箱梁，建设期间，该类组合箱梁桥支座进行了变更，由圆板式橡胶支座变更为盆式橡胶支座，这是国内较早一批组合箱梁桥采用盆式橡胶支座的高速路段。

图1 典型横截面（尺寸单位：m）

相比于板式橡胶支座，盆式橡胶支座将橡胶块置于金属盆内，使橡胶块处于有侧限受压状态，支座的承载力得到大大提高，耐久性也较板式橡胶支座有较大提升，但同时也有其不利之处，就是在安装工艺上要变得相对复杂。

以该路段组合箱梁桥某三跨一联为例，在横向上有4片组合箱梁，盆式橡胶支座的设计布置及安装情况主要介绍如下。

图2 盆式橡胶支座布置（三跨一联）

（1）每个墩（台）的每片梁下布置两个盆式支座；

（2）取一中间墩为固定墩，在该墩上某片梁下布置两个固定支座，其余为横向滑动支座；

（3）其余墩（台），某片梁下布置两个纵向滑动支座，其余为双向滑动支座。

(1)对于端支点支座：

①预埋钢板在箱梁预制阶段即预埋至梁底，并使其中心露出梁底15mm；

②支座顶板与梁底预埋钢板采用断续焊接。

(2)对于中支点支座，此类组合箱梁桥施工时存在一个体系转换过程，首先架梁支承于临时支座上形成简支体系,然后浇筑现浇段，张拉负弯矩钢束；最后拆除临时支座落梁于永久支座上，完成体系转换。对应的支座安装工序为：

①吊梁前，将支座及预埋钢板准确就位；

②吊梁时，在钢板顶面抹环氧砂浆一层，环氧砂浆整平中心露出梁底10mm；

③主梁就位后，放置于临时支座上，应保证支座在无支承力下和主梁完全接触；

④支座顶板与梁底预埋钢板采用断续焊接。

图3 盆式橡胶支座安装

运营期，该路段组合箱梁桥盆式橡胶支座检查发现的主要病害为：

(1)支座顶板与梁底预埋钢板均没有焊接。这意味着梁体可以在支座顶板上自由滑动。这从本质上就导致整座桥梁约束体系的失效,所有的支座都可以看做为滑动支座。

(2)未按要求对梁底进行调平，支座顶板存在倾斜、脱空等病害。导致在运营期无法按原设计要求通过补焊来恢复支座顶板与梁底锚固的要求。

(3)其他的支座病害如固定墩支座纵向限位挡块挤压开裂、预埋钢板缺失、支座顶板滑移等。

(a)支座顶板与 梁底预埋钢板未焊接

(b)支座顶板倾斜

(c)固定墩横向滑动支座 限位挡块开裂、变形

(d)支座顶板滑移

图4 盆式橡胶支座主要病害

针对上述盆式橡胶支座病害情况，相关专业单位经专项检查评估认为，该路段组合箱梁桥盆式支座从现场实际构造和受力性能上看，不符合原设计要求和桥梁规范的有关规定，存在着安全隐患，建议对该路段此类组合箱梁桥盆式支座进行更换。

据调查，该类组合箱梁桥盆式支座更换尚无可借鉴案例，需在保证桥梁正常运营的同时，于受限的操作空间内，实现盆式橡胶支座与梁体的有效锚固，恢复支座传递梁体荷载和变形的功能。具体可总结为解决盆式橡胶支座“四连接一调平”的技术难点，即：①调平钢板与梁体的连接；②支座顶板与调平钢板的连接；③支座钢盆与垫石的连接；④垫石与盖梁的连接；⑤支座的安装调平。

项目创新引入试点工程制，选取某座桥梁的典型墩台位置作为试点，开展工艺试验，研究明确处治工艺、控制标准和施工组织方案，并形成技术状况提升指南，为本项目的全面开展提供技术支撑。在试点工程的逐步摸索中，研究出盆式橡胶支座“四连接一调平”的技术解决方案。

根据盆式橡胶支座所处墩台位置的不同，按照过渡墩（或桥台）、中间墩的非固定墩和固定墩分类，对应给出三种设计方案。

①支座位于过渡墩（或桥台）。此位置梁底预埋钢板在厂内箱梁预制阶段即已预埋至梁底，可靠度好，通过新增调平钢板与原预埋钢板结构胶黏结后，再将原预埋钢板与新增调平钢板间通过焊条、短钢筋头或连接板焊接。

图5 调平钢板与梁体连接（过渡墩或桥台）

②支座位于中间墩的非固定墩。此位置为现浇段，梁底预埋钢板与梁体的连接可靠度参差不齐，实际养护维修过程中出现梁体顶升后原预埋钢板掉落的情况。有鉴于此，通过凿开梁体底板两侧边角处原N25主筋（非预应力筋），在调平钢板结构胶调平后，用小钢板将调平钢板与N25主筋焊接，通过这种方式实现新增调平钢板与梁体的连接。

图6 调平钢板与梁体连接（中间墩非固定墩）

③支座位于中间墩的固定墩，对支座的锚固连接要求更高，则在上述非固定墩的基础上，在新增调平钢板前后再增设挡块钢板，挡块钢板通过植筋锚固于梁体，同时也与调平钢板焊接牢固。通过这种方式，实现固定墩支座调平钢板与梁体的锚固。

图7 调平钢板与梁体连接（中间墩固定墩）

通过现场精确放样，在厂内加工制作调平钢板并激光高精定位钻孔攻丝牙后，将支座顶板与调平钢板采用高强螺栓连接，并非按建设期原设计将顶板与调平钢板焊接。这样可以避免高温对调平结构胶的损伤，同时钢板也不会因高温而起拱。下次更换支座时也比较方便，可直接拆卸螺栓安装新支座。

图8 支座顶板与调平钢板连接

垫石浇筑前先用套筒螺栓支承盆式支座，套筒与盖梁相抵，布设完垫石钢筋网片后，将套筒与钢筋网片焊接，通过这种方式实现支座钢盆与垫石的连接。

图9 支座钢盆与垫石连接

原盖梁若有植筋，凿除垫石过程中则注意保留；对于原盖梁无植筋的情况，受限于现有状态下的梁底操作空间，考虑将盖梁顶面凿毛后，在腹板两侧对应位置处的盖梁顶面重新植筋，并将所植钢筋与垫石钢筋网片焊接。

图10 垫石与桥墩盖梁连接

分为梁底楔形块的调平和支座本身的平整。梁底楔形块的调平，通过固定可调式调平托架提高调平钢板水平度，相比于传统方法，车辆行驶时，结构胶固化不会发生扰动。同时，为控制支座本身的四角高差，对出厂支座更换新的连接板，在四角处制作安装定位销，再到现场安装，支座四角高差可控制在1mm以内。

在本次支座更换项目中，技术人员遇到了一个棘手的问题：梁体原预埋钢板未设置预留孔，导致盆式支座顶板固定螺栓无法安装。为解决这一难题，设计拟决定在所有梁体底面安装一块新的带有预留孔的钢板，既可用于固定盆式支座，又可作为支座顶板调平的基准面。然而，新增的调平钢板单块质量接近100kg，仅凭人力难以将其安装至梁底对应位置并进行高精度调平。此外，由于本次支座更换过程中未中断桥面交通，当车辆通过时，结构胶会发生扰动，产生空鼓现象。一旦新增调平钢板出现空鼓，这将对支座受力产生重大影响，甚至可能引发钢盆翘曲等病害。为了解决这一难题，采用在组合箱梁梁体腹板上安装调平托架的方法。当路面有车辆行驶时，新增调平钢板表面的结构胶与箱梁合为一体，两者共同运动，在结构胶固化过程中不会发生扰动。同时，通过两侧的通丝螺杆调节预埋钢板四角的高度，实现对新增调平钢板的精准调平。这种方法不仅有效解决了结构胶扰动的问题，还提高了施工的精度和效率，确保了支座更换工程的顺利进行。

图11 可调式调平托架

盆式支座四角高差，即支座组装完成后其4个角点的高度差值，是桥梁支座更换质量把控的关键参数。一旦该高差超出允许偏差，便可能引发支座受力不均或局部脱空，进而严重影响支座的受力性能。为了将盆式支座四角高差精准控制在目标值1mm以内，项目实施过程中创新发明了两种方法。

第一种方法：定位销的巧妙应用。该方法的核心在于拆除支座出厂后的临时连接件，然后在支座四角安装经过精密加工的定位销。通过这一举措，施工人员能够在组装过程中精准把控四角高差，确保其达到目标值要求。在确认四角高差符合标准后，再于支座顶板两侧重新定位钻孔，并安装临时连接件，从而为支座的后续安装与使用奠定坚实基础。此方法借助定位销的精准定位功能，有效解决了四角高差控制难题，为支座的稳定安装提供了可靠保障。

图12 支座安装调平装置创新

第二种方法：临时连接件的创新改造。在第一种方法的实践基础上，进一步拓展思路，对原有支座临时连接件进行直接改造，并增设调平螺母。通过调平螺母，在支座安装过程中灵活可控地调整支座四角高差，确保处于目标控制值内。该方法简化了操作流程，提高了施工效率，保证了支座安装精度的可调、可控。

梁体顶升、落梁是支座更换施工的核心环节，其中梁体竖向位移是控制顶升设备工作的重要指标。梁体竖向位移监测点通常布置在梁底位置，常见的监测设备为百分表、拉绳式位移计等。为了避免影响支座更换施工，在梁体顶升结束后常拆除监测设备，待落梁前再重新安装。这一做法产生的不利影响为：①两阶段监测会产生拆装误差，梁体的竖向位移监测也从绝对值变为相对值，影响监测的准确性；②持荷施工阶段缺少竖向位移监测，一旦施工过程出现顶升设备失效的意外情况，难以在第一时间予以发现。

图13 激光位移测距传感器监测布置

为解决上述两个问题，项目实施过程中引入了高精度激光位移测距传感器，将其固定在横隔板上，在盖梁顶面对应安装金属标记点作为监测点。该监测装置小巧、轻便，避免了对支座更换施工的影响和设备二次拆装的前后误差。技术人员可以实时读取梁体竖向位移，使所测梁体竖向位移从相对值变为绝对值，实现施工全过程的监控。