連續(xù)箱梁橋梁火災(zāi)后的損傷評估

■王子楸（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)工程重點(diǎn)試驗室，福州350004）

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連續(xù)箱梁橋梁火災(zāi)后的損傷評估

■王子楸1，2
（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)工程重點(diǎn)試驗室，福州350004）

某國道一座通車多年的連續(xù)箱梁橋遭遇火災(zāi)，由于該橋地處交通要道，必須短時間內(nèi)對橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)后損壞程度做出全面的評估鑒定。通過現(xiàn)場外觀檢查和無損試驗，特別是對受災(zāi)橋跨和鄰近橋跨分別測試，評估災(zāi)后橋跨的損傷程度，為后期加固設(shè)計提供必要資料。鑒于結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全和耐久性要求，需及時對受損部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固，并加強(qiáng)日后監(jiān)測。

連續(xù)箱梁火災(zāi)事故災(zāi)后檢查無損檢測損傷評估

1引言

今年，由于城市擴(kuò)張，原有國省干線已經(jīng)被城市化所包圍，橋下違章搭建較為嚴(yán)重。違章建筑物燃燒造成的橋梁結(jié)構(gòu)損傷的幾率增大?；馂?zāi)不僅造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且對橋梁結(jié)構(gòu)本身造成不同程度的破壞，損壞嚴(yán)重的必須加固補(bǔ)強(qiáng)才可投入運(yùn)營［1］。本文結(jié)合某連續(xù)箱梁橋?qū)嵗?，介紹火災(zāi)后檢測評估方法和內(nèi)容，為后期加固設(shè)計提供必要資料。

2工程概況

某預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋位于國道G324線改線工程，2002年建成通車。本橋上部結(jié)構(gòu)采用40m等跨、等截面

圖1　橋梁橋型布置

3橋梁缺損狀況檢查

3.1橋梁結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)調(diào)查

火災(zāi)對橋跨的傷害主要集中在第12跨箱梁主梁距11#墩6.0m～20.0m之間梁底范圍和11#、12#墩柱。橋梁損傷如圖2～5所示。

3.1主梁受損狀態(tài)

（1）結(jié)構(gòu)受損區(qū)域（范圍）：縱橋向，箱梁梁體的缺損主要集中在第12跨，整個受損區(qū)域面積有78.0m2。受損區(qū)域損傷類型有三類：第一類是混凝土局部粉刷層剝落，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁，共15跨。橋型布置圖如圖1所示。箱梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，頂板寬14.0m，底板寬6.0m，箱梁高2.50m，跨中截面底板厚度為0.22m。箱梁底普通縱向筋設(shè)計保護(hù)層厚度為37mm。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎(chǔ)，墩柱、樁身直徑均為1.5m。墩柱豎向主筋設(shè)計凈保護(hù)層厚度為60mm。橋臺采用混凝土耳墻式，鉆孔樁基礎(chǔ)。道路等級為城市主干道I級，設(shè)計荷載為汽車-20級，掛車-100級，人群3.50kN/m2。2016年2月8日，凌晨01∶30左右，橋下廢品回收站堆積在橋下的廢舊塑料制品因不明原因起火燃燒。據(jù)現(xiàn)場介紹，大火持續(xù)燃燒約2個小時左右后被撲滅。且未剝落區(qū)域內(nèi)部有層離現(xiàn)象，錘子敲擊出現(xiàn)網(wǎng)裂；第二類是表層混凝土爆裂、剝落；第三類是梁底混凝土保護(hù)層酥松、大面積剝落，鋼筋出露，橫向鋼筋扭曲變形。三類損傷的混凝土表層顏色分別為粉紅、灰白、淺黃。

圖2　大橋火災(zāi)起火位置（單位：m）

圖3　箱梁梁底受損圖

圖4　橋梁墩柱受損圖

圖5　第12跨箱梁缺損狀況分布圖

（2）梁底混凝土損傷厚度：在清除表層松散的損傷混凝土之后，測量混凝土表層脫落厚度。一般砼剝落的厚度均達(dá)到20mm，靠近火源區(qū)域受損最為嚴(yán)重，脫落厚度最深達(dá)45mm，且梁底右側(cè)邊角位置混凝土剝落嚴(yán)重，梁底預(yù)應(yīng)力束架立鋼筋出露；截面受損如圖6所示。

圖6　第12跨箱梁距11#墩11.50m處截面受損圖

（3）主梁裂縫：箱梁梁底共計6條橫向裂縫，且均延伸至腹板，其中4條較2014年檢測結(jié)果無變化，2條為火災(zāi)后新增裂縫，梁底最大縫寬0.20mm，腹板最大縫寬為0.14mm，縫深最大為37mm。

（4）箱梁左側(cè)腹板、翼緣板出現(xiàn)大面積混凝土剝落露筋。

3.2支座受損狀態(tài)

火災(zāi)影響區(qū)域內(nèi)4個支座（盆式固定）鋼板防銹油漆表面附著黑煙，且有脫皮現(xiàn)象。

3.3墩柱受損狀態(tài)

（1）結(jié)構(gòu)受損：4根墩柱均出現(xiàn)混凝土保護(hù)層剝落、露箍筋、豎向主筋損傷，11-2墩柱損傷程度最嚴(yán)重，混凝土受損最大深度78.42mm，表面呈土黃色、灰白色。

（2）墩柱空鼓：11#、12#墩4根墩柱被大火灼燒的區(qū)域敲擊空鼓沉悶聲明顯。

（3）墩柱裂縫：11-1墩柱3條豎向裂縫，縫長分別為L1=1.20m、L2=1.40m、L3=1.00m，縫寬分別為D1=0.36mm、D2=0.36mm、D3=0.40mm。

4火災(zāi)溫度判定

因現(xiàn)場燃燒物燃燒量已不能確定，根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS252：2009）“附錄B混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系”，結(jié)合外觀檢查結(jié)果，可推定火災(zāi)過程中該橋各主要受災(zāi)跨梁體和墩柱可能達(dá)到的溫度，如表1、表2所示。

表1　某橋主要受災(zāi)梁體推定火場溫度

5橋梁材質(zhì)強(qiáng)度檢測評定

根據(jù)外觀檢查的火災(zāi)影響范圍，選取部分梁體和墩柱進(jìn)行混凝土回彈測試。其中墩柱選取11-1墩柱、11-2墩柱進(jìn)行混凝土回彈測試，選取的測試面為墩柱未直接受火燃燒的表面完好區(qū)域；12-1墩柱、12-2墩柱受火災(zāi)影響，混凝土沿環(huán)向發(fā)生剝落，裸露的混凝土呈顆粒狀，同時用錘子敲擊完好區(qū)域有空鼓沉悶聲，推斷內(nèi)部混凝土已經(jīng)出現(xiàn)分層，不滿足回彈法測試混凝土強(qiáng)度的條件，建議對墩柱鉆取小芯樣檢測災(zāi)后混凝土強(qiáng)度。上部結(jié)構(gòu)梁體選取火源所處的第12跨以及附近第11跨、第13跨梁體進(jìn)行混凝土回彈測試。為了獲得進(jìn)一步獲得火災(zāi)對橋梁上部結(jié)構(gòu)影響范圍，根據(jù)外觀檢查結(jié)果，將第12跨區(qū)域劃分為直接受火區(qū)域和間接受火區(qū)域1、2，分別進(jìn)行混凝土回彈測試。

表2　某橋主要受災(zāi)墩柱推定火場溫度

表3　主要受災(zāi)構(gòu)件測區(qū)的回彈修正系數(shù)

根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JTJ T23-2011）規(guī)定，當(dāng)混凝土表面遭受了火災(zāi)或內(nèi)部有缺陷時，不能直接采用回彈法檢測，而應(yīng)用火災(zāi)專用測強(qiáng)曲線。目前國內(nèi)尚未有統(tǒng)一火災(zāi)后混凝土測強(qiáng)專用曲線，僅上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ08-219-96）對回彈法檢測火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度作出規(guī)定。該市地理環(huán)境與上海市接近，故可參考上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ08-219-96）對火災(zāi)后混凝土回彈強(qiáng)度進(jìn)行修正，檢測結(jié)果如表3和表4所示。

6損傷成因分析

（1）混凝土保護(hù)層剝落、露筋主要原因：現(xiàn)場溫度逐漸升高后，混凝土毛細(xì)孔中游離水大量蒸發(fā)，水泥石膨脹和骨料變形差異增大，水泥石中的氫氧化鈣等水化物脫水分解，導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞，水泥石與骨料之間的粘結(jié)喪失，保護(hù)層逐漸剝落。

（2）鋼筋扭曲變形是因為火場溫度過高，達(dá)到或接近鋼材的軟化點(diǎn)，但鋼筋不同部位溫度不同而導(dǎo)致變形不協(xié)調(diào)，致使鋼筋出現(xiàn)扭曲變形。

（3）梁體出現(xiàn)裂縫主要原因：現(xiàn)場溫度逐漸升高后，混凝土體積急劇膨脹，同時預(yù)應(yīng)力鋼束、普通鋼筋力學(xué)性能在高溫環(huán)境下受影響，致使梁體表面出現(xiàn)裂縫。

7初步鑒定評級結(jié)果與建議

7.1橋梁災(zāi)后初步鑒定評級結(jié)果

根據(jù)外觀檢測結(jié)果，參照《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECTS252-2009）對某橋受火災(zāi)影響的梁體和墩柱進(jìn)行初步鑒定評級，結(jié)果如表5所示。

7.2災(zāi)后應(yīng)急處置意見與建議

經(jīng)災(zāi)后外觀檢查和無損檢測，該橋目前能夠滿足小型車輛通行要求，但應(yīng)限制大型載重車輛通行。同時，應(yīng)盡快對災(zāi)后損傷結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。

（1）對上部結(jié)構(gòu)梁體混凝土保護(hù)層剝落、露筋，應(yīng)先將松動的保護(hù)層鑿去，并清除鋼筋銹跡，然后用高強(qiáng)度等級混凝土修復(fù)保護(hù)層，破損面積不大處，可用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，損壞面積較大處，可噴高強(qiáng)度砂漿修補(bǔ)，要注意密實，與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)牢固，養(yǎng)生到位。

表5　某橋各主要受災(zāi)構(gòu)件火災(zāi)后初步鑒定評級

（2）對箱梁腹板、梁底裂縫，采用壓力灌漿法灌注環(huán)氧樹脂膠或其他灌縫材料進(jìn)行封閉，并采用粘貼碳纖維布或鋼板等有效加固方式進(jìn)行加固，增強(qiáng)橋梁的抗彎承載力。

（3）對梁體混凝土表面出現(xiàn)網(wǎng)裂部分，應(yīng)進(jìn)行裂縫封閉處理。

（4）對破壞墩柱，應(yīng)先鑿除表層松散的保護(hù)層至新鮮混凝土表層，采用增大墩柱截面積方法進(jìn)行加固，且加固時要保證新舊混凝土粘結(jié)性能。

（5）12-1墩柱、12-2墩柱由于現(xiàn)場達(dá)不到回彈測試的條件，同時現(xiàn)場所測得的11-1墩柱、11-2墩柱回彈強(qiáng)度較低，建議對以上4根墩柱鉆取小芯樣檢測災(zāi)后混凝土強(qiáng)度。

（6）由于盆式支座橡膠體被鋼護(hù)筒包圍，火災(zāi)后橡膠的損傷情況無法檢查。根據(jù)《公路橋梁盆式橡膠支座》（JT391-1999），支座橡膠成分主要為氯丁橡膠，分解溫度230℃～260℃，短期可耐120℃～150℃，具有一定的耐熱性和阻燃性。根據(jù)支座火場溫度（100～300℃），推斷火災(zāi)過程中護(hù)筒內(nèi)橡膠可能已出現(xiàn)軟化，故建議對火災(zāi)影響范圍內(nèi)的盆式支座進(jìn)行監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即對支座進(jìn)行更換，同時對盆式支座進(jìn)行除銹防腐處理。

［1］劉其偉，王峰，等.火災(zāi)受損橋梁檢測評估與加固處理［J］.公路交通科技，2005（2）：71-74.

［2］CECTS252-2009，火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計劃出

報社，2009.

［3］DBJ08-219-96，火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.上海：上海市建筑

科學(xué)研究院編制，1996.

［4］JT391-1999，公路橋梁盆式橡膠支座.北京：人民交通出版社，1999.

［5］JTGH11-2004，公路工程養(yǎng)護(hù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.