超限运输对公路桥梁的破坏作用

　

0前言
我国公路桥梁TRANBBS设计中，计算荷载汽车车队分为汽车―10级，汽车―15级，汽车―20级和汽车超―20级四个等级，汽车―10级的重轴载质量为10t（单轴），汽车―15级的重轴载质量为13t（单轴），汽车―20级的重轴载质量为24t（双联轴），汽车超―20级的重轴载质量为28t（双联轴）。
计算荷载中车辆的轴载质量，与实际行驶的车辆轴载质量是两个不同的概念。
由于实际行驶在桥梁上的车辆荷载组合与设计采用的荷载标准不会一致，并考虑到桥梁必要的安全系数以保证其使用寿命，计算荷载中的最大轴载质量必需大于实际通行的车辆轴载质量限值。有人把两者等同起来，认为计算荷载中的重轴载质量有多大，轴载质量的限值也应该有多大，这显然是不正确的。
我国TRANBBS交通部《超限运输车辆行驶公路管理规定》对公路上运行的各种机动车辆的轴载质量限值作了明确规定：
单轴（每侧单轮胎）载质量6t；
单轴（每侧双轮胎）载质量10t；
双联轴（每侧皆单轮胎）载质量10t；
双联轴（每侧各一单胎、双胎）载质量14t；
双联轴（每侧双轮胎）载质量18t；
三联轴（每侧单轮胎）载质量12t；
三联轴（每侧双轮胎）载质量22t；
同时规定，单车、半挂列车、全挂列车车货总质量限值为40t，集装箱半挂列车车货总质量限值为46t。
超过上述限值的超重车辆运输，需向省、市公路管理机构办理申批手续，由公路管理机构选定合理的运输路线，验算桥、路承载能力，制定通过方案，对运输线路、桥梁等采取必要的加固改建措施，运输车辆需持公路管理机构签发的《超限运输车辆通行证》在批准的时间和指定的公路上行驶。
绝大多数运输企业为了追求运输效益，没有执行《公路法》和交通部《超限运输车辆行驶公路规定》等法律、法规的规定，超限车辆在公路上任意行驶。
据有关资料，现在全国国省道干线公路上行驶的各类超限运输车辆的比例占20％以上，有的甚至高达80%~90%，而且超限量越来越大，许多超限车辆质量大大超过限值的规定和桥涵的设计承载能力，使公路路面损坏，桥梁损坏、严重的甚至倒塌，成为公杀手。
据统计，湖州市公路上的超载车辆达80%，为了修复损坏的路面、桥梁，每年需投入公路大中修经费数千万元。
超限运输对公路路面的破坏作用已经论述得比较多，著名的“四次方法则”，已经是众所周知，即汽车对路面的破坏作用与汽车轴载质量的n次方成正比（n≈4）。
本文针对湖州市情况讨论超限运输对公路桥梁的破坏作用。
1  超限运输对桥梁结构的破坏作用
以在湖州市境内行驶的超限车辆东风ZQ155、星马AH5152通过13m空心板桥为例，在最不利位置时的弯矩如表1。
由表1可以看出，东风ZQ155超限车辆通过13m桥梁时产生的弯矩是设计荷载汽车－超20级的1.4倍，汽车－20级的1.5倍，汽车－15
表1超限车辆和设计荷载弯矩对照表
                                                   
级的2.1倍，汽车－10级的2.8倍；星马AH5152通过13m桥梁时产生的弯矩是设计荷载汽车－超20级的1.2倍，汽车－20级的1.3倍，汽车－15级的1.8倍，汽车－10级的2.4倍，都大大超过了桥梁的设计荷载。
湖州市公路桥梁设计荷载除高速公路为汽车－超20级外，均为汽车－20级以下，有些七十年代以前建造的桥梁设计荷载只有汽车－10级。
超限车辆行驶可造成公路桥梁结构损伤。这种损伤一般是累积性的，损伤的积累，达到一定程度会引起破坏，影响安全和使用，使桥梁寿命缩短，使一些桥梁成为危桥、险桥。湖州市一些桥梁使用不到十年，由于超限运输，被重车压坏，进行加固，有的甚至拆除重建。
1.1  超限运输对梁板桥结构的破坏作用
1.1.1  产生过大的弯矩使梁板产生弯曲裂缝。弯曲裂缝为垂直裂缝，首先出现在跨中附近，从底边向上发展，随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，数量增多，裂缝区域向两侧发展。
1.1.2  产生过大的剪力，使梁板支座附近产生剪切裂缝。剪切裂缝为斜裂缝，与轴线成25～50°左右的角度，自下部开始往上发展，随着荷载的增大，裂缝长度不断增长并向受压区发展，裂缝数量不断增多，裂缝区域也逐渐向跨中方向发展。
1.1.3  过大的荷载，使装配式板桥的铰缝混凝土开裂，导致桥面横向分布削弱，桥板承受荷载增加；严重时铰缝混凝土破坏，形成单块桥板受力，使桥板断裂，产生险情，严重威胁桥梁和行车安全，如不及时采取措施，将造成严重事故。
1.1.4  超限车辆通过时，由于梁式桥的主梁受力不均匀，使梁间横隔板产生裂缝，接头砼脱落。
据调查，湖州市公路梁板桥各类裂缝较普遍，104国道、318国道、长牛线等车流量大，超限运输严重的公路尤为严重。长牛线、老湖盐线等公路都曾发生过桥板断裂，由于发现和处理及时，避免了事故，维护了交通安全。
1.2  超限运输对钢筋混凝土拱桥结构的破坏作用
1.2.1  双曲拱桥：双曲拱桥是具有我国民族风格的桥型，六七十年代曾在全国推广，湖州市境内尚有一定数量的双曲拱公路桥。这种桥梁由于结构整体性较差，设计荷载偏低，病害率较高，承载能力不足。超限车辆行驶使双曲拱桥的病害加速发展，主拱圈拱顶、拱脚附近产生径向裂缝，拱波产生纵向裂缝，肋波结合处产生水平裂缝；腹拱开裂，腹孔微弯板裂缝不断增多、增长、增宽、增深，甚至混凝土碎裂，局部结构破坏。
如老湖盐线双福桥（1－35m双曲拱桥），超限运输使该桥病害迅速发展，95～96年对该桥病害进行连续观察，表明该桥拱波纵向裂缝、横向裂缝、波肋脱开等不断发展，腹孔严重破损。于96年封闭交通，98年拆除。
1.2.2  桁架拱桥：桁架拱桥是在双曲拱桥基础上发展起来的轻型拱桥。超限车辆行驶，使桁架拱薄弱杆件发生裂缝，随着荷载的增加和反复作用，裂缝扩展，导致薄弱杆件断裂，成为险桥，严重威胁桥梁和行车安全。湖州市104国道大茆桥（1－40m桁架拱大桥）97～98年间曾多次发生桁架上弦断裂进行抢修。乔莫线老路笼糠山桥（1－50m桁架拱大桥）发生多排竖杆断裂，2001年10月进行了抢修。这些桥梁病害如不及时检查，及时发现和及时抢修，将酿成桥毁人亡的严重事故，后果不堪设想。
1.2.3  石拱桥：湖州