車輛超限超載對公路橋梁的影響

賀玲玲

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

公路運輸是我國綜合運輸體系中的一種主要交通運輸方式。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，公路運輸建設(shè)突飛猛進。然而，由于近年來運輸市場的無序競爭，部分運輸企業(yè)和個體在利益的驅(qū)使下超限超載運輸貨物，破壞公路、橋梁設(shè)施，擾亂公路運輸市場秩序，引發(fā)大量交通事故，逃避繳納國家交通規(guī)費和路橋收費，對國家造成極大的經(jīng)濟損失。在眾多交通運輸?shù)倪`規(guī)亂象中，車輛超限超載以其占比大、危害重十分突出。由于長期的超限超載使公路橋梁始終處于超負(fù)荷運營狀態(tài)，引發(fā)大量病害繼而使使用壽命大大縮短，甚至發(fā)生多起因車輛超限超載引發(fā)橋梁垮塌的重大事故。

1 車輛超限超載

1.1 車輛超限超載界定

公路車輛超載是指公路運輸車輛在裝載貨物時超過車輛本身核定的裝載質(zhì)量，即超過行駛證上核定的載貨質(zhì)量（標(biāo)記噸位），是車輛本身對其裝載的限制。公路車輛超限是指公路上行駛的運輸車輛裝載貨物時超過國家管理規(guī)定的行為，是運輸車輛裝載超過公路對車輛的限值，主要研究的是車輛裝載與公路的關(guān)系[1]。

1.2 車輛超限超載類型

1.2.1 早期修建的老橋建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低

我國在20世紀(jì)六七十年代修建的大量橋梁，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低（當(dāng)時大部分允許通行的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)為10～20 t），但仍在大量服役。由于當(dāng)時的設(shè)計荷載較低，荷載標(biāo)準(zhǔn)值大部分達不到現(xiàn)在的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)，因此對于這些仍在運營的老舊橋梁來說，正常的車輛也屬于超載車輛的范圍。

1.2.2 橋梁運營交通量大于預(yù)測設(shè)計交通量

交通量的變化在車輛超限超載的過程中也起到相當(dāng)大的作用。由于經(jīng)濟發(fā)展原因，許多早年間修建的公路目前運營交通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)測設(shè)計交通量，使橋梁始終處于超負(fù)荷運營狀態(tài)。武漢長江二橋設(shè)計車流量為5萬輛/d，而目前最高車流量能達到14.54萬輛/d（2016年交通調(diào)查數(shù)據(jù)），大大超過設(shè)計流量。

圖1 武漢長江二橋現(xiàn)場照片

1.2.3 單車超載

單車超載一直是車輛超載中占比最大的類型。2001年廣東省某公路抽樣調(diào)查結(jié)果：車輛總重最大131.8 t，單軸重最大31 t。2006年河北省張同公路抽樣調(diào)查結(jié)果：車輛總重最大134 t，單軸重最大43 t。2009年杭州蕭山治超站調(diào)查結(jié)果：超載車638輛，車輛總重超過100 t的22輛，最重129.05 t。這次造成無錫高架橋傾覆的超載車輛總重超過了170 t。

單車超載由于不確定性較大，超載的比例屢次突破極限，因此單車超載對于橋梁的破壞也最大，造成的后果也最嚴(yán)重。

1.2.4 重載車隊行駛過橋

重載車隊超載也一直是最主要的車輛超載類型，重載車隊超載對橋梁的破壞主要為多輛超載貨車密集排列于橋梁一側(cè)，導(dǎo)致橋梁傾覆。2012年8月24日，哈爾濱市陽明灘大橋上行匝道橋發(fā)生傾覆，事故發(fā)生時4輛大貨車總重約485 t，且全部位于橋梁右側(cè)。2009年7月15日，津晉高速匝道橋發(fā)生傾覆，事故原因為3輛超載貨車一致停放在道路右側(cè)導(dǎo)致傾覆。

另外對于裝配式結(jié)構(gòu)，如板梁、T梁絞縫損壞，單梁受力，超載車輛通過造成破壞。2011年7月15日凌晨，杭州錢江三橋引橋在通過多輛大貨車后，部分橋梁坍塌。

2 公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)變化

2.1 公路橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)變化

2015版《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中將公路橋涵設(shè)計采用的作用分為了永久作用、可變作用、偶然作用和地震作用四類，本文重點研究的是可變作用，橋涵設(shè)計的可變作用中最主要的就是汽車荷載。

2004版《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》以前的歷次橋梁設(shè)計規(guī)范中橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)一直是車隊荷載，車隊荷載是根據(jù)對實際公路中的運輸車輛運營情況（主要是車輛輪軸數(shù)目、前后軸間距和軸重等）進行了標(biāo)準(zhǔn)化的荷載，將經(jīng)常地、大量出現(xiàn)的汽車排成車隊，作為計算荷載；把偶然地、個別出現(xiàn)的平板掛車或履帶車作為驗算荷載，類似于鐵路特種荷載，公路驗算荷載也只對較小跨徑的橋梁或局部構(gòu)件起控制作用。而04版《通規(guī)》則第一次使用了車道荷載模式。在車道荷載的表示上采用均布荷載qk和集中荷載Pk。與81年《技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》以及85年《通用規(guī)范》中的汽車荷載相比，04版《通規(guī)》中的公路-Ⅱ級汽車荷載相當(dāng)于以前的汽車-20級車輛荷載，而公路-Ⅰ級汽車荷載比汽車-超20級車輛荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)平均提高了6%～8%[2-3]。

2015版《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中二級公路汽車荷載提高為公路-Ⅰ級，四級公路原來的汽車荷載折減被取消。在近些年由于二級公路大部分取消收費，大貨車、重車比例增大許多，二級公路實際運營荷載較大。全國國省道中二級公路占相當(dāng)大的比例，而二級公路中中小橋涵較多，因此在2015版《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中將小跨徑橋梁荷載增大了30%。并且考慮六軸車輛已成為主力車型，整車不超載，軸重超載普遍，為了更好地反映實際車型及軸重情況，將車輛荷載分項系數(shù)增大為1.8[2，4]。

2.2 公路超限超載車輛認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)

公安部、交通部在2004年下發(fā)的《關(guān)于進一步加強車輛超限超載集中治理工作的通知》中對于車輛超限超載有較為明確的規(guī)定。具體規(guī)定為二軸車輛總重大于20 t，三軸車輛車貨總重大于30 t，四軸車輛車貨總重大于40 t，五軸車輛車貨總重大于50 t，六軸及六軸以上車輛車貨總重大于55 t等5種情形均認(rèn)定為超限超載車輛。

3 車輛超限超載對橋梁影響

3.1 安全性

3.1.1 長期作用

橋梁結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下會發(fā)生疲勞、下?lián)?、裂縫等破壞，在超限超載作用下會發(fā)生梁板斷裂等。超載車輛的長期作用會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)實際受力超過設(shè)計及規(guī)范允許值，直接造成結(jié)構(gòu)的損傷或破壞。超載車輛的長期作用還會導(dǎo)致橋面瀝青大面積開裂，形成坑槽、擁包，影響橋梁的正常使用。

2014年7月和2015年1月，鸚鵡立交的部分橋梁（預(yù)制T梁）由于長期貨車碾壓，絞縫處破損，形成空洞，威脅橋梁安全和行車安全。

3.1.2 傾覆

傾覆是超載超限車輛對于公路橋梁危害中比較大的破壞形式之一。公路橋梁設(shè)計者對于傾覆的機理和驗算一貫是比較重視的?！豆蜂摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）中明確“公路橋涵的持久狀況設(shè)計應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)的要求，對構(gòu)件進行承載能力及穩(wěn)定驗算，必要時尚應(yīng)進行結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移驗算。[5]”新版《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）中直接增加了對于橋梁傾覆的驗算條文[6]。

圖2 橋梁傾覆的驗算條文圖示[6]

在超載車輛荷載偏心作用下，單向受壓支座一次脫離受壓狀態(tài)；同一橋墩的一對橫向雙支座構(gòu)成的“抗扭支撐”，形成的對扭矩和扭轉(zhuǎn)角度的雙重約束，雙支座中的一個支座脫離受壓狀態(tài)后，另一支座僅形成對扭矩的約束；當(dāng)箱梁的抗扭支撐全部失效，箱梁失穩(wěn)。

圖3 橋梁傾覆機理圖示

2012年8月24日，哈爾濱市陽明灘大橋上行匝道橋發(fā)生傾覆，事故發(fā)生時4輛大貨車總重約485 t，且全部位于橋梁右側(cè)。2011年2月21日，浙江上虞市春暉立交橋引橋發(fā)生傾覆，事故發(fā)生時，橋上4輛貨車停放在橋梁同一側(cè)，總重量達389 t。

3.2 耐久性

結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計確定的環(huán)境作用和養(yǎng)護、使用條件下，結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在設(shè)計使用年限內(nèi)保持其安全性和適用性的能力。長期的超載作用，使橋梁結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生疲勞裂紋，特別是對于鋼結(jié)構(gòu)橋梁，疲勞裂紋的不斷擴展，將影響鋼結(jié)構(gòu)的使用，甚至導(dǎo)致斷裂破壞。在一些系桿拱橋中由于長期超載貨車作用，吊桿產(chǎn)生疲勞，加上結(jié)構(gòu)受到腐蝕，吊桿會出現(xiàn)斷裂。

吊桿局部受到腐蝕疲勞作用，加上長期超載，導(dǎo)致吊桿斷裂。2011年7月14日，福建武夷山公館大橋吊桿斷裂，發(fā)生垮塌。2011年4月12日，新疆庫爾勒市孔雀河大橋吊桿斷裂，發(fā)生垮塌。

4 結(jié)論

本文敘述了對車輛超限超載的界定，介紹了超限超載車輛的類型，并從設(shè)計規(guī)范角度闡述了公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)的變化，重點從安全性和耐久性兩方面分析了超限超載車輛對公路橋梁的影響，為設(shè)計、運營、管理等單位在公路橋梁的設(shè)計、管養(yǎng)等方面提供一定的參考。