桥梁结构不同类型支座的现场施工技术分析

马 兰

（青海民族大学，青海 西宁 810007）

支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键受力构件，将上部结构荷载平稳安全地传递给下部墩柱和索塔，使得荷载进一步传递到桥梁地基基础中。桥梁结构支座类型众多，根据其结构型式主要分为板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形支座等主要类型，这些支座的构造方式不同，其力学机理和连接上下部结构的主要方式也不同[1-2]，所应用的桥梁跨径也有所差异，同时其施工技术方法和要点也不同[3]。

为了明确不同支座在建设过程中的施工建造技术，需要掌握支座类型的力学机理和构造特点，本文将系统研究板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形支座等主要支座类型，归纳其工作机理和施工技术要点，为这些支座的应用提供参考。

1 桥梁支座类型及其工作机理

桥梁应用广泛的支座类型是板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球形支座，这几种支座类型基本涵盖了所有跨径和所有桥型的应用，以下也主要对这3种支座类型的构造特点及工作机理进行分析，从而掌握这些支座在现场施工时的难点与要点。

1.1 板式橡胶支座

板式橡胶支座是由数层橡胶薄片与薄层钢板进行镶嵌、黏合及压制制造而成，如图1所示，板式橡胶支座显然有足够的竖向刚度和承受竖向荷载的能力，将上部结构荷载可靠安全地传递给下部墩柱结构。同时，由于橡胶的存在，支座又有很好的竖向弹性变形能力，能够适应桥梁上部结构荷载作用下梁体在支座处的转角变形；分层压制的钢板与橡胶具有很好的剪切变形以满足上部结构在水平荷载作用下的水平变形能力。

图1 板式橡胶支座的构造示意图

通过对板式橡胶支座的构造特点与工作机理的分析，可知该结构构造较为简单，橡胶与薄钢板之间的镶嵌、黏合与压制等工艺简单，加工制造方便，同时用钢量较少，成本较好，且该支座结构现场的安装工艺不复杂。板式橡胶支座由于其体量和竖向承载力，主要还是适用于中小跨径桥梁，包含公路、铁路和城市道路桥梁结构，我国公路桥梁规定在标准跨径20 m以内的梁桥和板桥，主要采用板式橡胶支座，因其适用的支座反力大小主要在2 MN以下，大于该数值采用板式橡胶支座则不经济。

板式橡胶支座的工作性能与其所采用的橡胶材料高度相关，目前板式橡胶支座所采用的橡胶材料主要有氯丁橡胶、天然橡胶和三元乙丙丁橡胶，其中氯丁橡胶的耐老化性能好且耐热性、耐油性相对天然橡胶均较好，因而其使用寿命比天然橡胶高，重要的桥梁结构都建议采用氯丁橡胶类型的支座。然而，氯丁橡胶的低温性能较差，一般只能应用于最低温度大于-25℃的环境，而天然橡胶的低温下限是-40℃，因此，在上述温度范围内的桥梁建设，采用天然橡胶较为合适。三元乙丙丁橡胶则同样具有优异的耐低温和耐老化特性，但其与钢板的黏结性能相对较差，这也是限制其广泛应用的关键难题。

为了提高板式橡胶支座相应的变形能力，很多新型板式橡胶支座子类开始研发应用，其中聚四氟乙烯板式橡胶支座可以极大改善板式橡胶支座在平面内的移动性能，圆型板式橡胶支座则可以改善其转动性能并方便维修，球形板式橡胶支座则改善支座受力不均匀及偏压受力问题，这些新开发的支座类型都是在原有的板式橡胶支座基础上进行某一方面的改良与完善，适用具体情况下的桥梁支座受力与变形性能。

1.2 盆式橡胶支座

盆式橡胶支座由上下支座板及支座锚栓、中间衬板及不锈钢板、聚四氟乙烯板、橡胶板和橡胶密封圈等构造形成，其中上下支座板提供盆式橡胶支座的平面接触受力，例如梁体底板为斜面和曲面时，可以通过支座板调整为平面；橡胶密封圈等为橡胶板提供密封功能，防止水汽倾入影响橡胶的工作性能；聚四氟乙烯板提供橡胶与支座之间的释放变形，由于聚四氟乙烯板良好的滑动性能，当要释放某一方向的约束时，采用聚四氟乙烯板可以很好地达到上述效果；橡胶板是支座中承载与变形受力的主体，通过橡胶板的变形，使得梁段转动释放。

图2 盆式橡胶支座的构造示意图

盆式橡胶支座构造简单，采用聚四氟乙烯板后支座的滑动摩擦系数小、转动灵活。相对于一般的铸钢支座具有重量轻、建筑高度低以及加工制作方便等优势；相对于板式橡胶支座，其具有承载能力更大，允许支座的变形更大等优势，因此其能够用于大跨径桥梁中。一般而言，盆式橡胶支座能够适应1 MN以上的大跨径桥梁，并可以制作成单向、多向和固定的支座类型。

1.3 球形支座

球形支座是在盆式支座上发展而来的新型支座类型，主要是面向更大转角要求的支座类型，同时也是目前板式和盆式橡胶支座的补充和完善。球形支座一般设计能够达到0.01～0.02 rad的转角，甚至可以达到0.05 rad，且其设计支座反力也可达1～30 MN，应用非常广泛。球形支座良好的变形能力特别适用于弯桥和宽桥的设计与施工中。

图3 球形支座的构造示意图

球形支座由下支座凹形钢板、密封板、球面板、聚四氟乙烯板和上支座钢板组成，其中上下支座钢板与盆式橡胶支座的上下层钢板功能相同，都是提供支座的平面受力承载基础；密封板则是保护球面连接体，防止水汽和油渗入影响支座的工作性能；聚四氟乙烯板则是提供变形性能的基础，因其摩擦系数很小，变位容易；球面板提供了支座的各向转动性能，因此其转角范围显著高于普通的板式和盆式橡胶支座。通过对球形支座的构造约束，可以将其制造形成单向、多向和固定活动支座类型。

球形支座通过球面进行传力，因此上部结构荷载作用到球面支撑混凝土上的反力分布较为均匀，不会出现作用集中问题；球形支座的转动力矩很小，特别适用于大转角要求的桥梁结构，而且球面的各向转动性能一致，适用于曲线桥和宽幅桥梁，且可以通过约束某一方向的转动性能，实现该方向变位的约束效应。球形支座内部不采用橡胶，因此不存在橡胶老化、变硬等问题，可以适用于低温和高温环境等。球形支座在我国的应用主要在上述提及的曲线桥梁、连续弯板结构和大跨径斜拉桥等结构型式。

2 桥梁支座的施工技术与要点分析

桥梁支座都需要进行现场安装，安装完整后的支座提供了支座的承载和变形受力性能。根据上述3种主要支座类型，其施工技术与要点的分析详述如下。

2.1 板式橡胶支座的施工

板式橡胶支座的安装包含安装准备工作、支座安装两个重要环节。

2.1.1 安装准备工作

支座安装前需要对支座产品的性能进行检查，确保达到支座出厂的质量检查标准，因此需要掌握支座的出厂指标和检查标准，对不符合质量要求的产品不能安装采用。

支座安装前需要对支撑垫石施工完毕，垫石性能直接影响支座的工作性能，支撑垫石的混凝土强度应该满足设计的要求，特别是支撑垫石的顶面标高和平整度等都要严格要求，一般要求误差不超过3 mm，避免安装支座发生倾斜、不均匀受力和脱空等问题。

支座安装前需要对桥墩、支座垫石和梁底面进行清理，并且采用水泥砂浆进行抹平，确保支座的平整性。涂抹用的水泥砂浆水灰比小于1∶2，且水泥和砂的比例要求为1∶3，抹浆后顶面标高符合设计要求。

2.1.2 支座安装环节

根据设计给定的支座中心位置，在支撑垫石上安装支座各个部件，板式橡胶支座的准确安装需要确保支座中心线与支撑垫石的中心线重合在一起，考虑到橡胶受到温度影响的收缩变形问题，支座的安装应该尽可能在年平均气温的季节里，且在一天中温度变化不敏感的时间点，降低因为温度变化引起的橡胶变形以及支座的剪切变形问题。支座安装过程中如果发现墩台两侧的标高不相同，或者顺桥向与横桥向有明显纵坡时，应该按照设计规范进行处理，使得支座的受力和变形在平面内。一般要求支座的间隙偏差在0.3 mm以内，支座的轴线偏差在2 mm以内。

支座安装完成以后需要对支座内部预设的间隙进行灌浆处理，固定支座的位置，使得后期的运营使用过程中支座性能良好，不出现位置偏差引起受力集中和橡胶破坏等系列问题。

2.2 盆式橡胶支座的施工

盆式橡胶支座的施工大部分情况下与板式橡胶支座的施工内容相同，在此基础上，还需要对以下几个关键点进行质量把控，保证盆式橡胶支座的安装质量。

首先，墩台上设置的支座支撑垫石，其标高需要考虑预埋的支座下钢板的厚度，或者在支撑垫石上预留一定的厚度安装下支撑板，并将支撑下钢板采用环氧砂浆黏结于支撑垫石内。

其次，支座下钢板与球面板、聚四氟乙烯板等均应该中心线重合放置，为了防止施工中中心线的偏移，需要设置临时固定措施，确保施工建设的质量。

再则，梁底预埋的支座上钢板应该与聚四氟乙烯板连接紧密，特别是在安装过程中需要确保表面清洁，同时需要在四氟板表面上涂抹硅脂油。注意应该将不锈钢板嵌入梁底的上钢板内部，或者采用不锈钢螺钉直接固定在上钢板上。

最后，在梁体预应力施工完成，二期铺装之前，拆除支座的临时固定装置，并安装支座的防尘防污染装置。

2.3 球形支座的施工

球形支座相对于前述的板式和盆式橡胶支座，其施工中需要注意以下关键要点：

a）支座出厂前需要提出球形支座的预设转角和位移，为方便厂家的施工制造，并预先调配好。

b）球形支座所涉及的连接螺栓较多，在支座安装前应该确保不能任意转动相关连接螺栓及拆卸支座部件。

c）如果支座安装采用螺栓连接，应该在下支座底板采用钢楔块调整水平，使得支座底面高出桥墩顶面2～5 cm；如果采用焊接连接，应该将支座对准定位后采用对接间断焊接，焊接中应防止烧伤支座和混凝土。

球形支座的安装应该确保水平和平整，一般要求支撑面的4个角高差不大于2 mm。为了使得预应力施加效果，应该在张拉预应力前将球形支座的上下连接钢板拆除，以防其约束梁段转动；在拆除连接钢板后及时安装防尘等装置。

3 结论

桥梁支座类型众多，不同支座的工作原理、应用范围和施工技术都存在差异。论文主要探讨了板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球形支座的工作特点与机理，并对其施工技术和注意事项进行了详细探讨分析，为这些支座类型的正确应用和安全使用提供参考。