季冻区高速公路板梁支座脱空现象分析及防治措施

王文华，赵文丁，王立坡

0 前言

近十几年来，随着大规模公路建设的展开，吉林省公路桥梁建设取得了明显的进步，已形成了一套适合吉林省实际情况的新结构、新技术、新工艺，推动了吉林省公路桥梁建造水平的不断提高。但吉林省早期修建的高速公路到目前为止已运营十几年，近几年来陆续发现一些病害，也发现了一些新的问题。通过对于季节性冰冻地区的吉林省已建长春至四平、长春至吉林和长春至营城子高速公路桥梁设计、建设、运营情况的调查，发现中小跨径装配式板梁桥支座脱空现象较为明显，是引起桥梁上部结构各种病害的原因之一。本文针对板梁桥支座脱空现象做统计、分析和研究工作，并提出有针对性的解决方法和改进措施，供工程设计、建设参考，以确保工程的可靠性和技术经济合理性。

1 支座脱空统计

在高速公路设计中，对于小跨径桥梁为尽可能地降低桥头路堤的填筑高度，板梁桥由于其建筑高度小而成为首选的桥型。但在实际建设过程中，为加快施工进度和施工质量，板梁多采用集中预制，再运到工地拼装成桥，板梁的质量得到了保证，但由于每个桥所处的平面和纵断面各不一致，所以其每片板梁下4个支座位置处的垫块或垫石就各不相同，在板梁预制时就不宜掌握。在对长春至营城子高速公路（见图1）和长春至四平高速公路（见图2）及长春至吉林高速公路（见图3）的装配式桥梁调查中，发现占总数3.1%的装配式板梁存在支座脱空不受力的状态及支座丢失的现象，见表1。

表1 吉林省高速公路情况表

2 支座脱空危害

支座是联系桥梁上部和下部结构之间的重要装置，起到将上部结构所承受的荷载传递到下部结构的作用。如果支座有所变化，使桥梁结构体系产生变化，将对上部结构和下部结构产生不利影响，进而会影响到桥梁结构的安全。

图1 长营高速桥台支座脱空

图2 长平高速桥墩支座脱空

图3 长吉高速桥台支座脱空

2.1 支座脱空将影响其余支座

在调查中发现，在一片梁一端的一个支座有脱空现象时，其另一个支座的橡胶块就有较大的变形，并有橡胶老化的迹象。这主要是因为，在设计时每片主梁下设4个支座支承，如一个支座脱空，那荷载及恒载就由其余的3个支座承担，这样支座所受的压力就有可能超过其容许压应力。当2个支座发生脱空现象时，所受的压力将更大。如果支座长期处于此种工作状态，支座内的橡胶块就长期处于被严重压缩的状态，极易使橡胶老化，逐渐地将对支座产生破坏，使其失去作用。

2.2 支座脱空将影响铰缝和铺装

支座脱空后，在汽车荷载的不间断作用下，板梁极易引起翘曲，长时间作用下更使早期设计板梁之间联系的浅铰缝发生破坏，进而使整个桥主梁之间的铰缝发生破坏，使桥面铺装产生损坏，发生桥面漏水，加重了桥梁结构的冻融腐蚀，降低了桥梁使用的安全性。这一点我们在桥梁调查中也证实了这种情况确实存在，而且发生的数量较多。虽然产生桥面铺装损坏的原因很多，但支座脱空是其中之一。

2.3 支座脱空将产生单板受力

而且在调查中发现，部分支座脱空严重的板梁，在梁底的中轴线附近还出现了斜裂缝。这主要是因为，在发生铰缝和铺装破坏后，主梁之间的联系大大降低，桥梁主梁没有形成一个整体，板梁出现单板受力现象。在荷载的不间断作用下，主梁除受弯距影响外，还受扭矩效应，进而出现斜裂缝，极大地影响了桥梁使用的安全性。

3 支座脱空原因分析

结合调查情况，我们分析引起支座脱空的原因很多，但主要应从2个方面考虑，即施工和设计方面。

3.1 施工原因

3.1.1 梁板底模不符合标准

板梁底模在预制过程中，未能做到精心施工，加上有斜角度的影响，造成底模的平整度不精确，从而导致梁底支座处预留钢板的标高不一，在板梁安装时就造成梁底4个支座不在一个平面上，从而导致支座脱空的现象。还有一种情况是某些施工单位为节约资金，在施工过程中不论跨径大小均采用同一底模，这样更难保证梁底预埋钢板在同一平面上。

3.1.2 支座垫石在施工中未控制好

盖梁或台帽处支座垫石水平块标高及水平度的施工控制未做好，导致支座安放后，4个支座不在同一平面上，在安梁时也易导致支座脱空现象。即便用垫板找平，也难做到在同一平面上。

而根据JTJ F80/1—2004《公路工程质量检验评定标准》中与支座有关的要求为：支座顶面高程允许偏差为±5 mm（设计未规定时）。这也说明要使4个支座处于完全同一平面是很难做到的。

3.1.3 梁板架设时操作不仔细

梁板架设施工时，在操作上不仔细，没有足够重视，有随意性；安好梁板之后还没有复查，或在有空隙的地方为图方便，在支座底抹一点砂浆、垫一块薄钢板了事，这样在实际中造成了支座处于未受力状态。

3.1.4 未控制好桩基沉降而产生脱空

在采用摩擦桩基础的桥梁，由于地质情况的差异，钻孔桩施工质量有所差异，使各桩的沉降量并不完全一致，这也会引起支座标高的改变，在桥梁调查中也发现了钻孔桩有不均匀沉降的情况。

3.2 设计原因

从桥梁调查结果来看，支座脱空现象并不是每一座桥均有，但支座脱空现象却有发生，而且对桥梁的安全有影响。

3.2.1 铰缝深度较浅

在理论上讲，要求4点处在同一平面上是很难做到的，也即从设计角度看，不能保证在板梁安装好之后，每片板梁下的4个支座均能均匀地参与受力，若有一个支座脱空，板梁下只有3个支承点，则会改变板梁的受力状态。在所调查高速公路的板梁设计中，采用的均是易于施工的浅铰缝，其不能加强两板梁之间的联系，进而不能通过桥面整体化混凝土使板梁间结合成一个整体。如果铺装产生破损，则铰缝易于破坏。

3.2.2 垫石高度较小

在所调查的高速公路的板梁设计中，支座下垫石的高度采用的均较小，还有的不设凸起支座垫石。由于高度大小，在安装板梁时很难检查支座与梁底是否紧密接触，进而易产生支座脱空。

3.2.3 桥面整体化铺装薄弱

在所调查的高速公路的板梁设计中，桥面铺装层厚度均较薄，而且桥面铺装均有不同程度的破损，影响桥面整体化层，进而使铰缝破坏，减弱了两板梁之间的联系，使梁间不能结合成一个整体，产生单板受力，支座脱空。

4 支座脱空防治措施

通过以上原因分析，可得出引起位于季节性冰冻地区的吉林省内高速公路板梁桥支座脱空的原因，针对此原因，应在施工和设计方面针对处于季节性冰冻地区的桥梁采取如下措施，避免在以后的工程中发生支座脱空现象。

4.1 施工措施

要预防支座的脱空现象，在施工上要做到精心化、标准化施工，从梁板底模的制作，盖梁台帽支座垫石水平块的浇筑、支座的安放及梁板的吊装到桩基沉降的控制等环节，均应做到准确无误，无论哪一环节出现问题都将增加支座脱空的隐患。近期国家在工程施工中推行标准化施工，吉林省也针对季节性冰冻地区的标准化施工提出了具体详细要求，在以后的施工过程中将会更加加强标准化施工控制，杜绝不精细施工。

4.2 设计措施

对以往的预制装配式板梁桥设计加以优化，使其在结构上更加合理性，避免产生支座脱空现象。板梁间采用深铰缝形式，能加强两板梁之间的联系，通过加强的桥面整体化混凝土使板梁间结合成一个整体。加大垫石高度，使板梁在安装时更易于检查支座与梁底是否紧密接触。通过近几年我省高速公路（吉珲高速、吉草高速及大广高速等）使用情况来看，效果还是很好的。

近期设计的小跨径桥梁还采用了整体性好的现浇板梁（跨径小于等于8 m的板梁桥），很好地解决了铰缝深度较浅和桥面整体化铺装薄弱这一问题。而且8 m现浇板梁的建筑高度比预制板梁的要小，减少了路基的填土高度，还节约了造价。

5 结语

本文经过对位于季节性冰冻地区的吉林省内早期建设的高速公路中预制装配式板梁桥支座脱空现象的调查、统计和分析，找出了引起该类桥梁支座脱空现象的原因并加以分析，提出了有针对性的解决方法和改进措施，只有在施工中做到精心化、标准化施工，在设计中对结构加以合理优化，就能保证支座脱空现象的发生，并能确保工程的可靠性和技术经济的合理性。

［1］JTJ B01—2003，公路工程技术标准［S］.

［2］赵文丁.公路水毁调查报告［R］.长春：吉林省公路勘测设计院，2010.

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