某混凝土橋梁火災(zāi)損傷后檢測評估及維修措施

張學(xué)亮

(上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，上海　200331)

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某混凝土橋梁火災(zāi)損傷后檢測評估及維修措施

張學(xué)亮

(上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，上海200331)

摘要：針對混凝土橋梁火燒損傷的特點，結(jié)合工程實例詳細(xì)介紹了火災(zāi)后混凝土橋梁的損傷檢測和評估的方法，并提出維修加固措施，對同類型橋梁火災(zāi)后的檢測評估及維修加固具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；火災(zāi)； 損傷識別；承載力；橋梁加固

1受損橋梁概況

海門市某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛架橋，為21 m+26 m+21 m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛架橋。橋梁全長73.16 m，橋面橫向布置：3.0 m(人行道)+5.0 m(慢車道)+3.0 m(隔離帶)+22.0 m(快車道)+3.0 m(隔離帶)+5.0 m(慢車道)+3.0 m(人行道)=44 m。快車道與慢車道分離，為三幅獨立布置，其中快車道橋?qū)挒?3.0 m(八片箱梁)，慢車道橋?qū)?.5 m(三片箱梁)。該橋北幅慢車道橋3#孔發(fā)生火災(zāi)。

2火災(zāi)后混凝土橋梁損傷檢測、評估內(nèi)容

2.1火災(zāi)后混凝土橋梁現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容及方法

(1)初步查勘。了解橋梁概況，包括：橋梁結(jié)構(gòu)形式，所處位置，建造時間，橋梁周邊環(huán)境，橋梁的重要性等；初步了解火災(zāi)情況和火災(zāi)橋梁損傷情況，當(dāng)橋梁損毀嚴(yán)重，影響結(jié)構(gòu)安全時，應(yīng)先采取應(yīng)急措施。(2)現(xiàn)場詳細(xì)調(diào)查?，F(xiàn)場詳細(xì)調(diào)查內(nèi)容包括：①收集橋梁檔案資料；②火災(zāi)前橋梁現(xiàn)場情況調(diào)查，重點調(diào)查火災(zāi)源堆放情況，記錄火災(zāi)源的種類、數(shù)量計堆放位置，必要時繪制火災(zāi)源堆放及布置情況示意圖；③調(diào)查起火點、火災(zāi)原因、火災(zāi)持續(xù)時間和火災(zāi)蔓延途徑，調(diào)查火災(zāi)影響到的面積，調(diào)查滅火方式及火災(zāi)過程；④調(diào)查現(xiàn)場物品的燒損情況，并詳細(xì)記錄燒損物品的名稱、位置和燒損程度，收集現(xiàn)場殘留物；⑤調(diào)查并記錄火災(zāi)后受損構(gòu)件的外觀情況，包括混凝土保護(hù)層脫落情況，混凝土顏色情況以及構(gòu)件的截面尺寸情況等；⑥調(diào)查混凝土結(jié)構(gòu)外觀損傷時，應(yīng)特別注意受力主筋的狀態(tài)，注意支座受損情況；⑦通過拍照或攝像方式客觀地反映建筑物遭受火災(zāi)后的損壞情況，做好記錄和標(biāo)記。

2.2火災(zāi)后混凝土橋梁現(xiàn)場檢測內(nèi)容及方法

(1)混凝土燒傷深度檢測?？捎贸暡ǚ?、碳化測定法或回彈法檢測?；貜椃z測混凝土燒傷深度方法為：首先現(xiàn)場選取未被火燒到部位進(jìn)行回彈值測量，測區(qū)選擇參照回彈法檢測混凝土強(qiáng)度；然后用砂輪機(jī)對受損部位進(jìn)行打磨，打磨過程中用回彈儀測試其回彈值，并與未被火燒部位測得的回彈值進(jìn)行比較，當(dāng)測得回彈值與未被火燒回彈值接近時即認(rèn)為該位置混凝土未被燒損，混凝土構(gòu)件表面到該位置的距離為燒傷深度。(2)火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度檢測。由于受火的不均勻性，構(gòu)件各部位混凝土強(qiáng)度的損失是不同的。即使在同一截面內(nèi)，截面內(nèi)部的混凝土強(qiáng)度較截面外部的混凝土強(qiáng)度損失小很多。可采用多種方法進(jìn)行檢測比較，然后綜合分析給出火災(zāi)后受損層混凝土平均強(qiáng)度推定值。檢測的方法一般有敲擊法、回彈法、超聲—回彈法和鉆芯法等。(3)鋼筋材料性能檢測。鋼筋性能的變化直接影響結(jié)構(gòu)的承載力，火災(zāi)后鋼筋性能變化的檢測方法主要有間接法、直接法、化學(xué)分析法和電鏡觀察法四種。(4)火災(zāi)后混凝土構(gòu)件裂縫檢測。主要包括詳細(xì)檢測及記錄混凝土構(gòu)件的裂縫數(shù)量、寬度、走向和長度，繪制裂縫布置圖。(5)結(jié)構(gòu)變形量測。主要是只鋼筋混凝土梁板的撓度測量和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)拱度損失測量。

2.3火災(zāi)溫度推定

(1)利用火災(zāi)后混凝土梁板的表面顏色及外觀特征來判定火災(zāi)溫度，根據(jù)混凝土顏色、混凝土疏松脫落情況、混凝土錘擊聲音等因素進(jìn)行判斷，對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

(2)由火災(zāi)時間推算火場溫度

普遍采用的計算公式如下

T=3 451g*(8t+1)=T0

(1)

式中：t為火災(zāi)燃燒時間，min；T0為火災(zāi)時的氣溫，℃。

表1　火災(zāi)溫度與火災(zāi)后混凝土表面特征關(guān)系表

(3)根據(jù)殘留物特征判斷火災(zāi)溫度

火災(zāi)主要由可燃物燃燒引起，而可燃物的燃燒形態(tài)特征是可以掌握的，因此可以根據(jù)燃燒物的燃燒特征來判定火場溫度。金屬材料、玻璃的變態(tài)溫度，各種材料燃點溫度可查閱相關(guān)資料獲取。然后再根據(jù)現(xiàn)場材料的燃燒情況判定火災(zāi)溫度。

(4)結(jié)構(gòu)燒損厚度判定火場溫度

溫度較高時混凝土表面出現(xiàn)損傷裂縫，當(dāng)溫度繼續(xù)升高或燃燒時間持續(xù)，其裂縫即延展，進(jìn)而表層剝落。因此混凝土表層剝落、疏松程度(即燒損厚度)可以推定其火場溫度。

(5)其他方法：還有超聲波法、電子顯微鏡分析和根據(jù)鋼筋強(qiáng)度變化等方法判定火災(zāi)溫度。

2.4火災(zāi)后橋梁承載力評估

以橋梁現(xiàn)場損傷檢測為基礎(chǔ)，通過收集資料、現(xiàn)場檢測，對火災(zāi)橋梁進(jìn)行損傷識別，判斷該橋的受損程度，進(jìn)而建立有限元模型進(jìn)行損傷評估，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限承載能力驗算和正常使用狀態(tài)驗算，看是否滿足設(shè)計荷載(或通行荷載)要求，并據(jù)此提出加固處理方案。

3海門市某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛架橋火災(zāi)后檢測評估

3.1現(xiàn)場詳細(xì)檢測情況

該橋北幅慢車道橋3#孔被火燒，火災(zāi)范圍在靠近3#橋臺3.5 m范圍內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查火源為菜籽秸稈及部分木材，無人工滅火，火源燃燒時間約15～20 min。火燒后箱梁混凝土脫落，混凝土脫落面積約為15 m2，火燒后混凝土表面多數(shù)呈粉紅色，局部呈灰白色。3#-1#梁和3-2#梁球冠橡膠支座表層橡膠燒焦，刮去表層燒損橡膠，發(fā)現(xiàn)橡膠保護(hù)套未被燒透，只燒到支座外層橡膠?；馂?zāi)燒損具體情況如表2所示。

表2　火災(zāi)燒損情況表

3.2火災(zāi)溫度判定

(1)由結(jié)構(gòu)外觀特征推算火災(zāi)溫度

火燒部位，混凝土脫落較深，混凝土脫落區(qū)大部分面積呈粉紅、局部灰白，溫度在500～800 ℃，酚酞試液滴定后混凝土均變?yōu)榧t色。

(2)由火災(zāi)燃燒時間推算火災(zāi)溫度

根據(jù)火災(zāi)發(fā)生15～20 min后自然熄滅，火災(zāi)燃燒時間為15～20 min，大氣的溫度為20 ℃。則火災(zāi)溫度為

T1=3 451g(8t+1)+T0=3 451g(8×15+1)+20=739 ℃

T2=3 451g(8t+1)+T0=3 451g(8×15+1)+20=781 ℃

推斷火災(zāi)溫度在739～781 ℃之間。

(3)根據(jù)殘留物特征判斷火災(zāi)溫度

該橋下的燃燒物為植物秸稈，植物秸稈全部燒盡，木材也基本燒盡，可判定為火災(zāi)燃燒溫度為600～800 ℃。

(4)火災(zāi)溫度綜合判定

通過結(jié)構(gòu)外觀特征、火災(zāi)燃燒時間和火災(zāi)后殘留物特征的判斷與分析，火災(zāi)的溫度為600～800 ℃之間。

3.3火災(zāi)后結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)變化

(1)混凝土燒失深度

火燒后箱梁底面混凝土脫落較嚴(yán)重，用錘子敲擊周圍混凝土，局部出現(xiàn)空鼓、悶聲。采用回彈法對混凝土燒失深度進(jìn)行檢測，燒失深度檢測結(jié)果如表3所示。

表3　燒失深度檢測結(jié)果

(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失

橋梁的火災(zāi)溫度與構(gòu)件的表面溫度是不同的概念，混凝土結(jié)構(gòu)是一種熱惰性材料，混凝土構(gòu)件表面溫度與構(gòu)件受火災(zāi)溫度的升高有一定的滯后過程，火災(zāi)溫度為600～800 ℃，保護(hù)層的厚度為35 mm，查閱相關(guān)資料可知預(yù)應(yīng)力鋼束處的溫度小于200 ℃，在200 ℃以下時鋼束的預(yù)應(yīng)力基本無損失。

3.4綜合評定及維修加固措施

(1)對混凝土脫落面積<0.5 m2的區(qū)域，對混凝土表面脫落部分進(jìn)行打磨，徹底清除松散混凝土，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；

(2)對混凝土脫落面積≥0.5 m2的區(qū)域，對混凝土表面脫落部分進(jìn)行打磨，徹底清除松散混凝土，植鋼筋、焊接新鋼筋網(wǎng)，澆筑細(xì)骨料自流平聚合物混凝土；

(3)對露筋銹蝕區(qū)域，鋼筋除銹后在進(jìn)行混凝土施工。

4結(jié)語

(1)橋梁結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷的檢測和評價是一項技術(shù)復(fù)雜的工作，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本文介紹的方法可供同類型橋梁火災(zāi)后承載力檢測評估參考。

(2)火災(zāi)溫度的推定是損傷評價的關(guān)鍵，目前類似檢測中尚無統(tǒng)一方法和指標(biāo)可以精確推定火災(zāi)溫度，但通過綜合比較法，基本可滿足工程檢測要求。

(3)火災(zāi)后橋梁鋼筋損傷情況及對火災(zāi)構(gòu)件耐久性方面的影響仍需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2016-03-11

作者簡介：張學(xué)亮(1981-)，男，河北平山人，工程師，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)檢測評估、橋梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計等方面的工作。

中圖分類號：U445.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0095-02

Detection evaluation and repairing of concrete bridge after fire

ZHANG Xue-liang

(Shanghai Tongna Construction Test Co.,Ltd.，Shanghai 200331,China)

Abstract:To aim at the characteristics of Concrete Bridge after Fire ,describes the defects detection and evaluation method for concrete bridge after fire as an example, the repair and reinforcement scheme is suggested. There is reference significance for detection and reinforcement of the congener bridge after Fire

Keywords:concrete bridge;fire;defects recognition;bearing capacity;bridge strenthening