于清新，劉君云

(1.連云港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，江蘇 連云港 222069；2.東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

公路運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。然而部分道路運(yùn)輸企業(yè)和個(gè)人在利益的驅(qū)使下超載運(yùn)輸貨物，破壞交通基礎(chǔ)設(shè)施，引發(fā)大量交通事故，造成巨大損失。超載車輛長(zhǎng)期行駛在橋梁上，引發(fā)橋梁大量病害甚至發(fā)生橋梁坍塌重大安全事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，江蘇連云港市242省道某路段日平均行駛大貨車約2 868 輛，其中超載車輛約12輛，車流量較大且大貨車較多，沿線橋梁長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。該文基于江蘇公路超限管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)該路段砼梁橋在超載車輛作用下的病害情況進(jìn)行分析。

1 超載車輛狀況

超載車輛是指車輛所裝載的貨物重量超過(guò)車輛本身所允許的核載重量，即超過(guò)車輛行駛證上標(biāo)定的載重。公路超載車輛是指行駛在公路上的裝載貨物超過(guò)國(guó)家相關(guān)規(guī)定的車輛，車輛荷載超過(guò)公路所承受的最大荷載。公路貨運(yùn)車輛超載認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)(部分代表車型)見(jiàn)表1。

表1 公路貨運(yùn)車輛超載認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)(部分代表車型)

如表2所示，2021年1月，該路段通行運(yùn)輸車輛86 064輛，其中不超載車輛85 691輛，超載0～30%的車輛298輛，超載30%～60%的車輛55輛，超載60%～100%的車輛17輛，超載100%以上的車輛3輛。由此推算，該路段全年通行車輛約1 032 768輛，超載車輛約4 476輛，沿線公路橋梁長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，若不加強(qiáng)對(duì)超載車輛的管控，橋梁病害將持續(xù)惡化。

表2 2021年1月該路段通行運(yùn)輸車輛統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2 超載車輛對(duì)砼梁橋病害的影響分析

2.1 超載車輛對(duì)砼梁橋橋面系病害的影響

橋面鋪裝是直接承受超載車輛輪壓荷載的結(jié)構(gòu)層，其損傷情況也最直觀。橋面鋪裝層在受到超載車輛較大荷載作用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)裂縫、車轍、破碎等現(xiàn)象。在超載車輛行駛較多的國(guó)省干道上，往往不得不經(jīng)常重新鋪筑橋面鋪裝，帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失。

在超載車輛反復(fù)作用下，該路段瀝青砼橋面鋪裝層主要出現(xiàn)裂縫、車轍、破損、坑槽等病害(見(jiàn)圖1、圖2)，水泥砼橋面鋪裝層主要出現(xiàn)裂縫、露骨、剝落、坑洞、破損等病害(見(jiàn)圖3、圖4)。橋面鋪裝層表面出現(xiàn)損傷后，雨水將滲入加快橋面鋪裝病害的發(fā)展。

圖1 橋面網(wǎng)狀裂縫

圖2 橋面縱向裂縫

圖3 橋面破損

圖4 橋面橫向裂縫

伸縮縫是為了滿足橋面變形需要而設(shè)置的，通常布設(shè)在梁與梁之間或梁與橋臺(tái)之間。在超載車輛作用下，橋面板發(fā)生很大變形，不僅引起伸縮縫處豎向位移，也會(huì)引起橫向位移。若長(zhǎng)期受到超重荷載的作用，伸縮縫的使用頻率增加，伸縮縫的錨固區(qū)、鋼板等會(huì)產(chǎn)生病害(見(jiàn)圖5、圖6)。

圖5 伸縮縫錨固區(qū)破損

圖6 伸縮縫鋼板斷裂

2.2 超載車輛對(duì)砼梁橋支座病害的影響

超載車輛的反復(fù)作用會(huì)使橋梁各支座承受超過(guò)設(shè)計(jì)值的荷載，在這種荷載的長(zhǎng)期作用下，板式橡膠支座老化產(chǎn)生裂紋。超載車輛行駛在橋梁上，支座會(huì)承受較大的荷載，長(zhǎng)期作用會(huì)導(dǎo)致橡膠支座剪切變形產(chǎn)生斜向裂縫(見(jiàn)圖7)。梁體作用在支座上，若變形過(guò)大會(huì)使支座發(fā)生局部脫空、鋼板銹蝕等現(xiàn)象，降低支座使用壽命(見(jiàn)圖8)。盆式橡膠支座在超載車輛作用下鋼盆產(chǎn)生裂縫，大大減弱對(duì)橡膠支座的側(cè)向約束。在這種不利荷載的長(zhǎng)期作用下，會(huì)導(dǎo)致盆式橡膠支座損壞。

圖7 支座剪切變形

圖8 支座鋼板銹蝕

2.3 超載車輛對(duì)砼梁橋承重構(gòu)件病害的影響

對(duì)于預(yù)制空心板，在超載車輛作用下各梁板之間橫向連接部位易產(chǎn)生縱向裂縫，開裂后橋面積水滲入加速鉸縫處鋼筋銹蝕，導(dǎo)致橋面橫向聯(lián)系減弱。

對(duì)于預(yù)制小箱梁和T梁，在超載車輛長(zhǎng)期作用下，濕接縫、橫隔板會(huì)發(fā)生裂縫且裂縫深度及寬度逐漸增大，大大減弱預(yù)制梁之間的橫向聯(lián)系。在局部超載輪壓荷載作用下，各梁之間橫向聯(lián)系減弱不能共同受力，易產(chǎn)生單梁(板)受力的不利情況，導(dǎo)致梁(板)底部產(chǎn)生超限的裂縫、橋梁跨中下?lián)?、承載能力下降等現(xiàn)象。

對(duì)于整體式現(xiàn)澆梁(板)橋，超載車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁會(huì)產(chǎn)生較大彎矩，在跨中位置出現(xiàn)下?lián)?、裂縫等病害。通常表現(xiàn)為跨中處梁體底部出現(xiàn)裂縫，隨著超載車輛的反復(fù)作用，裂縫不斷蔓延發(fā)展。在超載車輛作用下，梁體在支座位置承受較大剪力，梁底板產(chǎn)生剪切裂縫，隨著超載車輛的長(zhǎng)期作用，裂縫不斷發(fā)展蔓延。隨著裂縫的不斷蔓延，橋梁呈現(xiàn)下?lián)铣?、承載能力降低的現(xiàn)象(見(jiàn)圖9～12)。

b)當(dāng)C(px,y)==C(px-1,y)且C(px,y)≠C(px,y-1)時(shí)，表示塊px,y和上鄰域塊px,y-1之間存在跨塊缺陷，故Label[x,y]=Label[x,y-1]。

圖9 主梁底裂縫

圖10 主梁下?lián)?/p>

圖11 主梁裂縫

圖12 濕接縫開裂

在超載車輛反復(fù)作用下，墩臺(tái)基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，橋面伸縮縫位置也會(huì)產(chǎn)生高差，形成橋頭跳車現(xiàn)象，不僅降低行車舒適性和橋梁安全性，而且會(huì)加重車輛在橋梁上行駛時(shí)的沖擊效應(yīng)?；A(chǔ)的不均勻沉降易引起橋梁墩臺(tái)產(chǎn)生裂縫，大大降低橋梁的安全儲(chǔ)備和承載能力。

3 控制超載車輛對(duì)砼梁橋病害影響的對(duì)策

3.1 超載車輛的管控措施

為降低超載車輛給橋梁帶來(lái)的較大安全隱患，遏制重大交通安全事故的發(fā)生，對(duì)超載車輛進(jìn)行嚴(yán)格管控。公路管理部門應(yīng)在重點(diǎn)超載橋梁路段設(shè)立超載檢查站，對(duì)超載車輛過(guò)橋采取管控措施，對(duì)于超載較嚴(yán)重的車輛強(qiáng)制卸載后方可過(guò)橋，將超載車輛貨物卸載分批運(yùn)輸，防止橋梁局部承受集中力造成橋梁結(jié)構(gòu)損傷?？紤]到超載車輛作用下局部應(yīng)力集中、橫向分布系數(shù)、沖擊系數(shù)等因素，減輕超載車輛對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷的影響，建議采取以下管控措施：

(1)采取軸間距較大的車輛運(yùn)輸超載貨物，可避免橋梁局部出現(xiàn)集中力，在一定程度上減輕對(duì)橋梁的損傷。

(2)超載車輛在過(guò)橋前派專人檢查貨物裝載是否均勻、平衡，避免貨物集中在同一位置。在過(guò)橋時(shí)派專人指揮車輛，避免多輛超載車輛同時(shí)過(guò)橋。

(3)條件允許的情況下，可實(shí)行分車道控制，在橋梁中間車道設(shè)置超載車輛專用行車道，嚴(yán)禁超載車輛在其他車道上行駛。

(4)對(duì)超載車輛過(guò)橋順序進(jìn)行優(yōu)化，按照橋梁受力最好的工況分批過(guò)橋，同時(shí)橋上不得有其他車輛及人群荷載。

(5)在保證車輛安全行駛距離的情況下，使超載車輛在橋梁中間車道行駛。超載車輛在橋梁中間車道行駛時(shí)橋梁受力均勻，而偏載行駛易造成橋梁局部結(jié)構(gòu)破壞。

3.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

超載車輛嚴(yán)重影響橋梁的安全運(yùn)行，不僅會(huì)破損橋梁結(jié)構(gòu)，甚至?xí)l(fā)重大安全事故。為保證橋梁的安全運(yùn)行，管養(yǎng)單位不得不加大巡查力度，導(dǎo)致人力、物力大大增加，橋梁管養(yǎng)成本增大。隨著科技水平的不斷提高，橋梁檢測(cè)朝著更智能化的方向發(fā)展，橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)被廣泛用于橋梁施工及運(yùn)營(yíng)階段，成為橋梁安全運(yùn)行的守護(hù)使者。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)異常時(shí)發(fā)出預(yù)警通知；根據(jù)監(jiān)測(cè)需要選取不同模塊，如結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形、溫度、風(fēng)速、車流量等；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值時(shí)進(jìn)行交通管制；為橋梁定期檢測(cè)及同類型橋梁深入研究提供依據(jù)。通過(guò)該系統(tǒng)不僅可實(shí)時(shí)掌握橋梁的運(yùn)行狀態(tài)，還可對(duì)橋梁安全狀況進(jìn)行評(píng)定。

3.3 橋梁檢測(cè)與加固維修

橋梁檢測(cè)與加固維修是保證橋梁運(yùn)營(yíng)階段安全的重要措施，在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)病害及時(shí)修補(bǔ)，不僅可延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，而且可減輕超載車輛對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)更深層次的損傷。對(duì)橋梁進(jìn)行定期檢測(cè)及荷載試驗(yàn)，判定橋梁技術(shù)狀況，對(duì)損傷嚴(yán)重、不滿足承載能力的及時(shí)制訂交通管制及維修加固方案并予以實(shí)施，對(duì)在超載車輛荷載作用下造成的橋梁局部損傷及時(shí)進(jìn)行維修。

3.3.1 橋面系的修補(bǔ)

對(duì)橋面鋪裝局部發(fā)生的裂縫、坑槽、破損等病害進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于瀝青砼橋面，局部病害可用瀝青混合料進(jìn)行封閉處理；對(duì)于水泥砼橋面局部病害，一般先將破損處鑿毛露出骨料，然后清水沖洗，再涂抹同等級(jí)的水泥砂漿或其他材料，最后鋪裝4～5 cm水泥砼面層。若橋面鋪裝損傷較嚴(yán)重，可全部鑿除后重新鋪筑。

3.3.2 伸縮縫及支座的修補(bǔ)

橋梁伸縮縫易堵塞，堵塞后將不能發(fā)揮作用，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷不容忽視，應(yīng)進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)清理。在超載車輛反復(fù)作用下，伸縮縫的鋼板會(huì)發(fā)生變形、斷裂等現(xiàn)象，需及時(shí)更換。當(dāng)伸縮縫中橡膠條破損脫落時(shí)，需先清理縫中雜物再進(jìn)行更換。對(duì)伸縮縫錨固區(qū)砼破損、開裂處，可采用級(jí)配良好的新砼進(jìn)行修補(bǔ)。

支座可把上部結(jié)構(gòu)的力傳遞給下部結(jié)構(gòu)，是橋梁結(jié)構(gòu)中重要的傳力構(gòu)件，必須保證其表面清潔。對(duì)于橡膠支座，應(yīng)及時(shí)清理支座處污水，防止支座老化失效。對(duì)于滾動(dòng)支座，應(yīng)保持滾動(dòng)面干凈，定期涂潤(rùn)滑油。對(duì)支座鋼板涂防銹漆，防止鋼板銹蝕而減弱支座剛度。若支座發(fā)生嚴(yán)重病害影響其正常使用功能，則應(yīng)及時(shí)更換。

3.3.3 上部承重構(gòu)件裂縫的修補(bǔ)

超載車輛作用易使橋梁鉸縫、濕接縫開裂，若不及時(shí)處理將降低橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和安全儲(chǔ)備。對(duì)于鉸縫、濕接縫開裂破損處，可先鑿除破損部位，再植入鋼筋重新澆筑砼，以增加梁體間橫向聯(lián)系，避免單板(梁)受力現(xiàn)象的發(fā)生。

在超載車輛反復(fù)作用下，若砼梁底出現(xiàn)橫向裂縫，應(yīng)及時(shí)作灌縫封縫處理，然后通過(guò)粘貼鋼板、碳纖維布等進(jìn)行加固，并觀測(cè)裂縫發(fā)展趨勢(shì)。若裂縫寬度進(jìn)一步惡化，達(dá)到0.5 mm左右時(shí)應(yīng)更換砼梁。對(duì)于箱梁翼板橫向裂縫，采用環(huán)氧砂漿對(duì)其表面涂抹封閉，若裂縫進(jìn)一步惡化，對(duì)其進(jìn)行灌縫封縫處理；箱梁腹板縱向裂縫位于縱向預(yù)應(yīng)力鋼束位置時(shí)，應(yīng)用環(huán)氧砂漿將其表面及時(shí)封閉，避免引起預(yù)應(yīng)力鋼束銹蝕，降低結(jié)構(gòu)體系有效預(yù)應(yīng)力。

3.3.4 下部結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的加固

橋梁下部承重構(gòu)件在超載車輛長(zhǎng)期作用下會(huì)引起橋梁墩臺(tái)沉降、開裂等現(xiàn)象。橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的加固方法一般有擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)加固。擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法是使新增加的擴(kuò)大基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)共同受力，通過(guò)增大基礎(chǔ)的基底受力面積而減小橋梁墩臺(tái)沉降，施工時(shí)應(yīng)使新加部分與原基礎(chǔ)緊密結(jié)合共同受力。樁基礎(chǔ)加固法是在原基礎(chǔ)的承臺(tái)上進(jìn)行擴(kuò)大，然后在原基礎(chǔ)周圍增加樁基礎(chǔ)來(lái)提高原基礎(chǔ)的承載能力，采用該方法加固時(shí)應(yīng)對(duì)蓋梁受力情況進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算通過(guò)后方可使用。

4 結(jié)論

(1)超載車輛的長(zhǎng)期作用，不僅會(huì)損壞橋面鋪裝層，影響駕駛感，而且對(duì)各承重構(gòu)件的損傷不容忽視。應(yīng)增大超載車輛行駛路段橋梁的定期檢查頻率，發(fā)現(xiàn)病害及時(shí)維修加固。

(2)公路管理部門應(yīng)在重點(diǎn)超載橋梁路段設(shè)立超載檢查站，對(duì)超載車輛過(guò)橋采取管控措施，可從超載車輛作用下橋梁局部應(yīng)力集中、橫向分布系數(shù)、沖擊系數(shù)等方面采取相應(yīng)管控措施。

(3)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)超載車輛過(guò)橋時(shí)橋梁的運(yùn)行狀態(tài)，為橋梁管養(yǎng)和交通管理提供參考依據(jù)。