談火災(zāi)后梁式混凝土橋梁損壞評(píng)估方法

趙志俊 樊 松

(1.陜西高速公路建設(shè)集團(tuán)公司西渭分公司，陜西 西安 710038； 2.陜西高速公路建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710038)

談火災(zāi)后梁式混凝土橋梁損壞評(píng)估方法

趙志俊1樊 松2

(1.陜西高速公路建設(shè)集團(tuán)公司西渭分公司，陜西 西安 710038； 2.陜西高速公路建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710038)

以某梁式混凝土橋梁為例，通過調(diào)查該橋遇火災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)橋梁的外觀損傷檢查狀況作了介紹，并分析了火場(chǎng)的溫度，得出了一些橋梁損壞評(píng)估結(jié)論，據(jù)此提出了橋梁的加固維修建議。

橋梁，火災(zāi)，評(píng)估，加固

0 引言

近年來，由于高速公路橋梁火災(zāi)事故頻發(fā)，高溫下導(dǎo)致鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能發(fā)生改變，橋梁結(jié)構(gòu)物損傷，承載能力降低，嚴(yán)重影響高速公路運(yùn)營(yíng)安全。因此，橋梁火災(zāi)后評(píng)估維修，已經(jīng)成為高速公養(yǎng)護(hù)的一項(xiàng)重要工作。本文將以某高速公路梁式混凝土橋?yàn)槔?，研究論述橋梁?zāi)后如何檢查評(píng)價(jià)橋梁損壞情況并做出加固修復(fù)計(jì)劃。

1 某橋概況

一輛裝有鋼卷材的天然氣半掛車在某樞紐互通式立交主線橋左幅第五聯(lián)12號(hào)墩防撞裝置發(fā)生碰撞爆炸起火，受天然氣及汽車燃燒的影響，該橋左幅12號(hào)墩位置橋墩墩柱、蓋梁、支座、主梁及路面、護(hù)欄、橋墩防撞設(shè)施等均有不同程度的損傷。受損左幅第五聯(lián)橋梁概貌見圖1。

該橋上部結(jié)構(gòu)先簡(jiǎn)支后預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(共5聯(lián))。下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、柱式橋臺(tái)、肋式橋臺(tái)；基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，墩臺(tái)徑向布置。

本次火災(zāi)受損橋跨為左幅第五聯(lián)，該聯(lián)上跨某高速公路，上部結(jié)構(gòu)采用2×30 m預(yù)制預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，箱梁梁高1.6 m，跨中部分腹板及底板厚18 cm，支點(diǎn)附近腹板及底板厚25 cm，C50混凝土；橋面鋪裝采用8 cm厚C50混凝土橋面現(xiàn)澆層和10 cm厚瀝青混凝土橋面鋪裝。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，樁基礎(chǔ)。橋墩柱徑1.4 m，C30混凝土，樁基直徑1.5 m，C25混凝土。受損的左幅12號(hào)橋墩為該聯(lián)中墩。

2 火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況從以下8方面檢查：

1)起火原因：裝貨(鋼卷材)天然氣半掛車與該橋樞紐互通立交主線橋橋墩防撞設(shè)施發(fā)生碰撞導(dǎo)致爆炸起火。

2)火源：天然氣半掛車中液化氣、汽車。

3)燃燒物性質(zhì)：天然氣、汽車油料及車內(nèi)可燃性物質(zhì)。

4)火災(zāi)持續(xù)時(shí)間：40 min～1 h左右。

5)主燃區(qū)域位置和范圍：車頭(12號(hào)墩東側(cè))及車身。

6)通風(fēng)情況及火災(zāi)蔓延途徑：火災(zāi)發(fā)生區(qū)域通風(fēng)情況良好。

7)滅火方式和滅火過程：火災(zāi)發(fā)生后由消防隊(duì)采用冷水方式滅火。

8)車輛撞擊區(qū)域：波形防撞護(hù)欄、橋左幅12號(hào)橋墩防撞墩，車輛和防撞墩撞擊后，與橋墩未發(fā)生二次碰撞。

綜上所述，火災(zāi)已對(duì)結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的損傷。

3 外觀損傷檢查

現(xiàn)場(chǎng)近距離檢查過火后橋梁各構(gòu)件損傷狀況：

1)左幅1號(hào)～2號(hào)梁間翼板及現(xiàn)澆濕接縫區(qū)域靠近12號(hào)墩6 m范圍混凝土剝落，剝落深度約1 cm～2.5 cm，鋼筋未外露。

2)左幅12-2號(hào)梁靠近12號(hào)墩6 m范圍左、右側(cè)腹板、底板混凝土剝落，剝落深度約5 cm，箍筋及縱向鋼筋外露，部分區(qū)域表觀涂層呈粉紅色。底板無橫向裂縫，腹板無斜向裂縫，腹板混凝土層表面龜裂，裂縫長(zhǎng)約10 cm～20 cm。

3)左幅2號(hào)～3號(hào)梁間翼板及現(xiàn)澆濕接縫區(qū)域靠近12號(hào)墩8 m范圍混凝土剝落，剝落深度約1 cm～2.5 cm,鋼筋未外露。

4)左幅12-3號(hào)梁靠近12號(hào)墩8 m范圍左側(cè)腹板、底板局部混凝土剝落，剝落深度約5 cm，箍筋及縱向鋼筋外露，部分區(qū)域表觀涂層呈粉紅色。腹板混凝土層表面龜裂，裂縫長(zhǎng)約10 cm～20 cm。右側(cè)腹板正常。

5)左幅13-1號(hào)梁靠近12號(hào)墩1 m處左側(cè)腹板局部區(qū)域錘擊反應(yīng)聲音較悶，存在混凝土受熱損傷后空鼓，面積約0.3 m2。

6)左幅12號(hào)蓋梁：1號(hào)柱頂左側(cè)蓋梁懸臂端底部混凝土掉角、剝落、鋼筋外露，面積約1.3 m2，剝落深度5 cm～8 cm，混凝土受火焰炙烤變色；1號(hào)柱頂蓋梁大樁號(hào)側(cè)，蓋梁混凝土剝落，鋼筋外露，頂部有1條豎向裂縫，裂縫形態(tài)上寬下窄長(zhǎng)度約30 cm。部分混凝土受煙熏變色。面積約2.9 m2,剝落深度約5 cm；1號(hào)柱頂蓋梁小樁號(hào)側(cè)，蓋梁小樁號(hào)側(cè)兩處混凝土剝落，鋼筋未外露?？拷鼧蚨瘴恢镁植繀^(qū)域混凝土錘擊聲音發(fā)悶。蓋梁頂有3條豎向裂縫，裂縫形態(tài)上寬下窄，長(zhǎng)度約30 cm?；炷潦芑鹧嬷丝咀兩?。

7)左幅12-1號(hào)墩柱1號(hào)柱頂部區(qū)域1號(hào)柱左側(cè)混凝土呈塊狀剝落，混凝土受火焰炙烤變色，1號(hào)柱右側(cè)混凝土表觀良好。剝落深度大約在8 cm，面積約3.2 m2。

8)左幅12號(hào)墩頂支座，左幅1號(hào)～3號(hào)梁底支座橡膠碳化，表層剝落。

4 火場(chǎng)溫度分析

判斷火災(zāi)時(shí)火場(chǎng)溫度，是評(píng)價(jià)橋梁的受損程度的關(guān)鍵一步。本次火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行推定：

1)按物品變態(tài)溫度推定。由于各種物品的變態(tài)溫度是不同的，因此可以根據(jù)火場(chǎng)殘留的各種物品變態(tài)情況來推斷出火場(chǎng)溫度。

由于鋼材扭曲變形溫度需大于700 ℃，橡膠燃點(diǎn)為130 ℃，鋁合金材料有滴狀物形成的溫度為650 ℃，本次檢查發(fā)現(xiàn)的鋼材未見扭曲變形，鋁合金經(jīng)燒灼后有滴狀物形成現(xiàn)象，火場(chǎng)溫度應(yīng)大于650 ℃。

2)按混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系推定。按混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系，推定混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面曾經(jīng)達(dá)到的溫度及范圍。

墩柱蓋梁底1.6 m范圍之間混凝土顏色呈灰白色、混凝土大面積剝落。墩蓋梁懸臂位置底部靠近墩頂位置混凝土大面積剝落，蓋梁側(cè)面靠近墩頂位置錘擊反應(yīng)聲音發(fā)悶，此處混凝土表面溫度應(yīng)為700 ℃～800 ℃左右。

因此推定該橋構(gòu)件附近火場(chǎng)最高溫度為800 ℃左右。

5 檢查評(píng)估結(jié)論

1)消防隊(duì)采取冷水滅火方式，高溫火焰燒過的混凝土表面用水撲滅火災(zāi)時(shí)，熱的混凝土表面遇水急速冷卻，造成混凝土構(gòu)件內(nèi)外應(yīng)力差，導(dǎo)致混凝土開裂。

2)該橋左幅12-1號(hào)墩柱蓋梁底1.6 m范圍之間混凝土大面積剝落，深度大約在8 cm，混凝土剝落面積約3.2 m2。

3)左幅12號(hào)橋墩蓋梁懸臂位置底部靠近1號(hào)柱頂位置混凝土大面積剝落，鋼筋外露，深度大約在5 cm，混凝土剝落面積約1.3 m2；12號(hào)橋墩蓋梁懸臂位置大樁號(hào)側(cè)靠近1號(hào)墩頂位置混凝土大面積剝落，鋼筋外露，混凝土剝落面積約2.9 m2；12號(hào)橋墩蓋梁懸臂位置小樁號(hào)側(cè)靠近1號(hào)墩頂位置混凝土錘擊反應(yīng)聲音較悶，面積約0.6 m2；1號(hào)柱頂小樁號(hào)側(cè)蓋梁頂有3條豎向裂縫，裂縫形態(tài)上寬下窄；大樁號(hào)側(cè)蓋梁頂有1條豎向裂縫，裂縫形態(tài)上寬下窄。

4)左幅12-1號(hào)梁左側(cè)腹板局部受煙熏發(fā)黑，右側(cè)腹板表觀涂層呈粉紅色，底板正常。1號(hào)～2號(hào)梁靠近12號(hào)墩6 m范圍梁間翼板及現(xiàn)澆濕接縫區(qū)域混凝土剝落，鋼筋未外露，剝落深度約1 cm～2.5 cm。12-2號(hào)梁靠近12號(hào)墩6 m范圍左、右側(cè)腹板、底板混凝土剝落，箍筋及縱向鋼筋外露，剝落深度約5 cm，部分區(qū)域表觀涂層呈粉紅色，底板無橫向裂縫，腹板無斜向裂縫，腹板混凝土層表面龜裂，裂縫約10 cm～20 cm長(zhǎng)。2號(hào)～3號(hào)梁靠近12號(hào)墩8 m范圍梁間翼板及現(xiàn)澆濕接縫區(qū)域混凝土剝落，鋼筋未外露，剝落深度約1 cm～2.5 cm。12-3號(hào)梁靠近12號(hào)墩8 m范圍左側(cè)腹板、底板局部混凝土剝落，箍筋及縱向鋼筋外露，剝落深度約5 cm，部分區(qū)域表觀涂層呈粉紅色，底板無橫向裂縫，腹板無斜向裂縫，腹板混凝土層表面龜裂，裂縫約10 cm～20 cm長(zhǎng)，右側(cè)腹板正常。13-1號(hào)梁近12號(hào)墩側(cè)梁端左側(cè)腹板局部區(qū)域錘擊反應(yīng)聲音較悶，存在混凝土受熱損傷后空鼓。

5)12號(hào)墩頂部分支座損傷嚴(yán)重，已經(jīng)損毀。

6)根據(jù)火場(chǎng)溫度及構(gòu)件內(nèi)部溫度場(chǎng)推定，火災(zāi)已經(jīng)對(duì)混凝土、鋼筋及鋼筋混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度造成不可逆的影響，其抗彎、抗剪和偏心受壓承載能力均有相當(dāng)幅度的降低。

7)過火已經(jīng)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部微裂縫發(fā)展，影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

6 加固維修建議

結(jié)合檢測(cè)評(píng)估分析，建議針對(duì)該橋采取以下措施：

1)對(duì)火災(zāi)影響的左幅第12，13跨主梁、蓋梁和橋墩進(jìn)行清洗。

2)針對(duì)左幅12-1號(hào)墩墩柱，鑿除疏松部位的混凝土，對(duì)橋墩缺陷部位進(jìn)行修復(fù)處理，修補(bǔ)后在柱頂環(huán)向粘貼玻璃纖維進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3)針對(duì)12號(hào)墩蓋梁，鑿除疏松部位的混凝土，采用增大截面法進(jìn)行加固。

4)針對(duì)火災(zāi)影響較嚴(yán)重的12-2號(hào)、12-3號(hào)主梁，鑿除疏松部位的混凝土，采取增大腹板和底板截面厚度的方法進(jìn)行加固，提高結(jié)構(gòu)抗剪承載能力；對(duì)12-1號(hào)、13-1號(hào)主梁，鑿除疏松部位的混凝土，采用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)熏黑的梁體，打磨后采用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。鑿除疏松混凝土?xí)r，箱梁底板處于墩頂負(fù)彎矩受壓區(qū)，建議在墩兩側(cè)做臨時(shí)滿堂支架，對(duì)主梁墩頂負(fù)彎矩區(qū)均勻支撐。

5)對(duì)左幅12號(hào)墩頂全部支座進(jìn)行更換。

7 結(jié)語

火災(zāi)對(duì)橋梁的損壞存在諸多不確定的因素，對(duì)于橋梁養(yǎng)護(hù)管理單位來講，既要保證安全又要控制加固投資，還要盡量縮短工期，減小交通通行壓力，加固評(píng)估并提出合理的加固方案尤為重要。本文中以某橋?yàn)槔?，根?jù)火源特點(diǎn)分析、橋梁構(gòu)造特點(diǎn)分析、滅火方式、燃燒物甄別等方式對(duì)火災(zāi)損傷分布、損傷程度進(jìn)行分析評(píng)估，綜合評(píng)估橋梁受火后的承載能力衰減，評(píng)價(jià)橋梁的實(shí)際承載力和使用性能，提出合理加固建議。目前，該橋已經(jīng)完成加固施工，本文介紹的檢測(cè)評(píng)估與加固方法取得了良好效果。

[1] JTG H11—2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

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[4] 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究·瑞通公司.某高速公路某大橋加固施工圖設(shè)計(jì)[Z].2008.

On evaluation methods for the beam concrete bridge damages after fire accidents

Zhao Zhijun1Fan Song2

(1.XiweiBranch,ShannxiExpresswayConstructionGroupCompany,Xi’an710038,China;2.ShannxiExpresswayConstructionGroupCompany,Xi’an710038,China)

Taking some beam concrete bridge as the example, the paper introduces the bridge appearance damage checking accrording to the site of the bridge after the fire accidents, analyzes the temperature at the fire sites, concludes some bridge damage evaluation, and points out the consolidation and maintenance suggestions for bridges.

bridge, fire accidents, evaluation, consolidation

2015-05-25

趙志俊(1976- )，女，工程師； 樊 松(1977- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0170-02

U446.3

A