高等级公路中单板受力现象及原因

“单板受力”病害概述
河北省处于运营期的多条高等级公路上，存在部分钢筋混凝土板梁桥“单板受力”现象，这是一种综合性病害，发展到一定程度后，会影响高速公路正常运行。

当重车通过桥梁时，受力单板（梁）与其他板（梁）的挠度差较大，使得混凝土梁板受到的上部力不能进行有效的横向分配，单块梁板产生疲劳破坏。

“单板受力”削弱了上部结构的整体作用，大大降低了桥涵的整体承载能力，使得上部主要承重构件处于非常不利的受力状态，降低了上部结构的耐久性，同时给行车安全造成了严重隐患。

“单板受力”病害一般特征“单板受力”病害的一般特征为以下几点：
当重型车辆通过“单板受力”的梁板时产生明显弹性下挠，使其与两侧的板上下错动后，形成台阶。

待重车过后，这种错动消除，又恢复原状。

“单板受力”致使桥梁上部构造整体受力体系受到严重削弱；
一般发生在各种不同跨径的钢筋混凝土板梁桥上，而其它形式桥梁，如箱型梁桥、T型梁桥则很少发生或不发生；
一般发生在重车方向行车道范围内的钢筋混凝土板上；
发生病害的钢筋混凝土板梁桥，其铰缝混凝土被剪坏，并逐步松散而脱落；
由于车轮的冲击疲劳作用下，桥面行车道上的沥青面层普遍存在车辙和纵向贯通裂缝，纵向裂缝具有规律性地分布在行车道铰缝的上方，严重时形成一条破碎带；
由于桥面上积水不能得到顺利排泄，开裂后的防水混凝土层不能阻止雨水、雪水向下渗漏，板底与墩台帽上留下明显的渗水痕迹，并因受到水分侵蚀而碱化；
如果长期经受超过设计标准的重型车辆作用，使“单板受力”现象逐渐加重，进入这种病害 “后期”阶段，则弹性下挠逐渐变成塑性变形，“单板受力”的板与两侧的板之间形成永久性台阶；
对多条高等级公路存在“单板受力”现象的桥梁分析，其病害程度多数尚属初期阶段，它既没有形成塑性变形的台阶，也没有明显的弹性下挠。

初期阶段是对它进行处理的最好时期。

“单板受力”病害原因分析一般高等级公路跨径8m以上的小桥涵采用钢筋混凝土空心板，跨径6m以下的小桥涵采用钢筋混凝土矩形实心板，标号多为30号混凝土。

桥面铺装上面层为沥青混凝土，下面层一般为30号防水混凝土，铰缝采用30号小石子混凝土。

通过对出现“单板受力”病害的桥涵进行综合分析，认为产生病害的原因主要有下列几点：
桥梁长期经常性受到超过设计标准的重型车辆作用，多条高等级公路通车以后交通量增加较快，尤其考虑到我省的实际情况，货物运输量相对较大，大型车辆所占比重较大。

而在大型车辆中超载、超限车辆所占比例较大，一些重车在120t以上，普通重车也达到了70～80t。

因此，超过设计标准的重载运输是客观存在的。

尽管有的高等级
高等级公路中“单板受力”现象及原因
文 / 霍航鹰
“单板受力”是指在公
路桥梁的梁板式桥中，由于板
间铰缝被剪断，造成车辆通过
时的荷载不能通过铰缝进行传
递，所受荷载只能由单个梁板
承受，形成的一种桥梁病害。

随着我省高等级公路运营时间
的增长，交通量尤其是超载、
超限车辆迅速增长，对桥梁的
通行能力和承载能力的要求也
越来越高，随之出现的“单板
受力”现象也逐渐引起公路工
程设计、施工及管理人员的足
够重视，成为一个亟待解决的
问题。

H IGHWAY现代公路
TRANSPOWORLD 2012 No.22 (Nov)
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公路采取了限制措施，但是由于利益驱动，仍然有一些重载车选择夜间行车，逃避检查。

超重车辆由于载重太大，而且车速较慢，形成了“重车集中，成串通行”的现象，对桥梁及路面都造成了严重损害。

超重车辆荷载长期冲击、疲劳作用是形成上述病害的根本原因，也是引导原因。

钢筋混凝土空心板梁由于受建筑高度的限制，它在强度与刚度方面，与箱型梁、T型梁等梁式结构比较，相对偏小。

铰缝的形式不够合理。

例如梁端一定范围的绞缝宽度只用1cm,如果再加上梁板预制和安装就位时的误差，使得铰缝的浇注质量难以保障。

另外，在跨中部位的铰缝形式也不尽合理，其抗剪效率不够理想。

用铰缝来保证整个上部构造的整体作用相对薄弱。

这些结构上的“先天不足”，又长期受到超过设计标准的重型车辆作用，极其容易造成‘单板受力’。

‘单板受力’现象出现后，使得混凝土梁板受到的上部力不能进行有效的横向分配，单块梁板产生疲劳破坏，大大降低了桥梁的整体承载能力。

桥梁上部结构横向联系薄弱，铰缝混凝土标号偏低，铺装层钢筋较细，间距较大，铰缝混凝土和铺装混凝土产生裂缝，加之铺装混凝土的防水性能较差，雨水和雪水的渗透、浸泡、软化、冻胀等作用加速了上述病害的产生速度和程度。

施工中质量存在一些问题。

钢筋混凝土空心板梁结构，是高速公路上中、小跨径桥梁的常用结构形式。

而中、小跨径桥梁施工中，其施工队伍的技术力量比较薄弱，施工机械比较简陋，操作要求不够严格，这些因素都造成桥梁的工程质量与大型桥梁相比存在一定差距。

铰缝混凝土的浇筑与桥面铺装层的铺筑等几道工序是在施工现场进行操作，在施工质量上常常有不尽人意的地方。

有的施工人员甚至将一些建筑垃圾
直接灌入铰缝中，而铰缝与桥面铺装层
正好是保证板梁桥整体受力与防止出现
‘单板受力’现象的关键部位。

钢筋混
凝土空心板、矩形板的铰缝设计宽度一
般为1cm，而有些中、小桥涵的铰缝施
工宽度达到3-4cm。

少数桥梁的铰缝以
木条充填，部分桥梁板的铰缝混凝土
配比不合理，粗骨料太多，而水泥浆液
较少，铰缝混凝土未形成很好固结。

小
桥涵铰缝混凝土普遍存在开裂、脱落现
象，尤其是行车道下梁板的铰缝混凝土
脱落严重，影响上部构造整体受力，造
成‘单板受力’现象的产生。

少数桥梁行车道下梁板之间的铰缝
完全失效，单板在超重车辆的作用下，在
跨中部位形成规律性极强的受力裂缝，其
强度和刚度明显下降，严重影响过往车辆
的行车安全和桥梁的运营寿命。

结论与建议
通过对多条高等级公路中、小桥
涵的桥面铺装情况、铰缝破损情况以及
引发的“单板受力”现象调查、分析，
提出以下结论及建议：
统计资料显示，随着时间的推
移，出现‘单板受力’现象的桥涵数量
呈急剧增加的趋势。

‘单板受力’影
响高等级公路的正常运营，危及行车安
全，同时造成巨大的经济损失。

所以对
于小跨径的桥梁，尽量设计成整体现浇
结构。

在预制板的跨中和两端设计横隔
暗梁，以加强相邻梁体间的联结作用。

铰缝响应部位的钢筋也须予以加强。

超过设计荷载的车辆为超载、超
限车辆，在大型车辆中超载、超限车辆
作用下，超重荷载的冲击疲劳作用是造
成桥面损坏、铰缝破损和‘单板受力’
的根本原因。

因此有必要引起足够的重
视，相应采取一定必要的措施。

在大型
车辆中超载、超限车辆作用下，桥梁上
部结构的实际竖向刚度远不能满足现有
车辆的运营要求。

‘单板受力’削弱
了上部结构的整体作用，降低了桥涵的
承载能力，使得上部主要承重构件处于
非常不利的受力状态，降低了上部结构
的耐久性，同时给行车安全造成了严重
隐患，故应及时处理。

为保障高速公路
的交通与结构的安全，接近设计荷载的
重车，如轴重超过25t、总载重超过90t
的车辆，应控制出入。

必须通过时，重
车要在行车道行驶，避免进入超车道。

重车通过特大、大、中桥时，只允许一
辆重车行驶。

养护部门在重车通过时随
同检查。

施工方面的原因：预制梁板的单
板受力与施工质量有着密切的关系，因
为在同一条路线、同一种结构形式的桥
梁，有的发生单板受力，有的却没有发
生，便足以说明这一问题。

在施工时一
般应注意如下几个问题：（1）预制板
侧面应认真凿毛，并仔细清除由于凿毛
而产生的松动混凝土块，以增强新旧混
凝土间的粘结和抗剪能力。

（2）绞缝
混凝土浇注前，应对梁体侧面进行洒
水湿润，以保证新旧混凝土间的良好结
合。

（3）绞缝混凝土务必灌满震实，
并进行必的养护。

（4）最好能够使用
防收缩或微膨胀水泥浇注绞缝混凝土。

（5）梁板吊装时，要密切关注支座受
力的均衡性，切忌支座悬空。

（6）绞
缝混凝土未达到设计强度前，严禁在桥
上行驶车辆等重型荷载，以免使绞缝产
生内伤。

基于出现‘单板受力’的原因分
析，我们需要在设计阶段提出有针对的
加强措施，将此种病害消灭于萌芽状
态。

比如，通过加大铰缝尺寸，然后在
铰缝处埋设钢筋，使铰缝混凝土与桥面
铺装混凝土密切结合为一体；通过对梁
板铰缝处预埋钢筋、钢板，加强梁板的
横向整体性；加强铰缝混凝土的标号，
或铰缝混凝土外掺合成材料；提高桥
面防水混凝土的标号，并加强铺装层钢
筋，使桥面铺装层参与梁板受力等。

作者单位：河北省交通规划设计院
187
2012年第22期《交通世界》
(11月下)。