上跨高速公路橋梁火災(zāi)后結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)估實(shí)例分析

■李 寒

（福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州 350001）

1 前言

近年來，隨著公路通車?yán)锍痰拇蠓鲩L(zhǎng)，各類橋梁火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，火災(zāi)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)材料及性能影響大，容易造成結(jié)構(gòu)損傷、變形、承載能力下降和耐久性的惡化，橋梁的安全直接控制著公路的運(yùn)營(yíng)安全。本文主要通過實(shí)例分析，驗(yàn)證火災(zāi)后橋梁的損傷檢測(cè)和評(píng)估方法，以便為同類橋梁火災(zāi)后檢測(cè)評(píng)估提供參考。

2 火災(zāi)后橋梁檢測(cè)評(píng)估流程

（1）收集原始資料。查閱橋梁設(shè)計(jì)圖、歷年經(jīng)常性檢查、定期檢查及特殊檢查報(bào)告，掌握橋梁的基本概況、設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)營(yíng)狀況。

（2）火災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。了解火災(zāi)起因、燃燒物性質(zhì)、燃燒持續(xù)時(shí)間及撲救過程。

（3）確定火災(zāi)影響區(qū)域。通過對(duì)著火位置和橋梁結(jié)構(gòu)過火面的確定結(jié)合混凝土表面顏色等，推定火災(zāi)影響范圍。

（4）災(zāi)后橋梁的外觀檢查、特殊檢查。對(duì)橋梁整體及相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)，包含表觀質(zhì)量、材質(zhì)狀況及狀態(tài)參數(shù)、變形情況等，對(duì)橋梁進(jìn)行安全性評(píng)估，必要時(shí)，對(duì)受損嚴(yán)重的橋跨進(jìn)行荷載試驗(yàn)，綜合評(píng)定橋梁承載能力。

（5）根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，向管養(yǎng)單位提出緊急處治建議、后期維修加固建議。

3 火災(zāi)后橋梁檢測(cè)方法

3.1 外觀（表觀損傷）檢查

（1）確定火場(chǎng)溫度。在火災(zāi)持續(xù)時(shí)間明確的情況下，火場(chǎng)溫度的確定可根據(jù)ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線公式求得，在火災(zāi)持續(xù)時(shí)間無法準(zhǔn)確得知的情況下，可根據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》給定的常見材料變態(tài)溫度與現(xiàn)場(chǎng)燃燒殘留物的形態(tài)進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合過火區(qū)域混凝土構(gòu)件的表觀顏色、錘擊聲音等推算火場(chǎng)溫度。

（2）確定火災(zāi)影響區(qū)域并對(duì)表觀損傷狀況進(jìn)行檢查。將橋梁構(gòu)件以損傷區(qū)和周邊影響區(qū)進(jìn)行劃分，采取目測(cè)的方式進(jìn)行，找出損傷區(qū)橋梁構(gòu)件過火范圍及裂損剝落區(qū)域，周邊影響區(qū)可采用觀察混凝土表觀顏色結(jié)合錘擊聲音的方式進(jìn)行。

3.2 特殊檢查

（1）混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

對(duì)于過火后產(chǎn)生裂縫的混凝土，不應(yīng)采用回彈法或者超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，因?yàn)榇藭r(shí)回彈值、聲速與混凝土強(qiáng)度并無內(nèi)在相關(guān)性，對(duì)于受損的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)應(yīng)采用鉆芯法為宜。

（2）損傷層厚度檢測(cè)

損傷層檢測(cè)可采用超聲法或鉆芯法進(jìn)行。采用超聲法檢測(cè)時(shí)，在過火構(gòu)件的表面選擇若干區(qū)域，依照CECS 21：2000《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》中表面損傷層的超聲檢測(cè)方法測(cè)試計(jì)算混凝土表面損傷層深度，采用鉆芯法檢測(cè)時(shí)，在同一影響區(qū)域鉆取不同深度的芯樣，通過不同深度芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比及芯樣微觀檢測(cè)，推定損傷層厚度。

（3）鋼筋材料力學(xué)性能試驗(yàn)

鋼筋在經(jīng)歷高溫后材料性能將發(fā)生變化，必要時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)截取的鋼筋進(jìn)行拉伸和冷彎性能試驗(yàn)，評(píng)估火災(zāi)對(duì)鋼筋的影響程度。

（4）變形檢測(cè)

采用精密水準(zhǔn)測(cè)量、錘球測(cè)量等的方式對(duì)火災(zāi)后的橋梁進(jìn)行變形檢測(cè)，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)過火的橋梁，應(yīng)對(duì)橋面高程進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)結(jié)果要與最近一次的橋面高程檢測(cè)結(jié)果（可從專項(xiàng)檢測(cè)資料或竣工資料中查閱）進(jìn)行比較，繪出火災(zāi)前后橋面高程曲線對(duì)比圖，以確定橋梁火災(zāi)前后的變形情況；對(duì)于下部結(jié)構(gòu)過火的橋梁，應(yīng)對(duì)墩臺(tái)身豎直度進(jìn)行測(cè)量，依照J(rèn)TG F80/1-2004《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（第一冊(cè) 土建工程）》中有關(guān)墩臺(tái)身豎直度的規(guī)定值進(jìn)行判定。

（5）荷載試驗(yàn)

必要時(shí)，根據(jù) 《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011），對(duì)受損嚴(yán)重的橋跨進(jìn)行靜、動(dòng)載試驗(yàn)，以便合理評(píng)估受火災(zāi)損害后橋梁的受損狀況。

其中，橋梁靜載試驗(yàn)主要檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)在靜載作用下的工作性能，檢驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；動(dòng)載試驗(yàn)主要測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用下的自振頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)，以評(píng)估實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。

4 火災(zāi)后橋梁損傷評(píng)估

火災(zāi)后應(yīng)根據(jù)受損構(gòu)件的顏色，損傷深度、裂縫、變形情況、混凝土強(qiáng)度等評(píng)估橋梁的損傷狀況，可采用表1內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估。

表1 火災(zāi)后橋梁損傷狀況評(píng)估表

5 實(shí)例分析

5.1 工程概況

圖1 火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)

2017年1月15日下午三時(shí)許，一輛掛式貨車在某高速公路預(yù)應(yīng)力混凝土空心板連續(xù)梁上跨橋后方橋下發(fā)生自燃，過火橋跨跨徑20m，大火持續(xù)燃燒約45min后被消防部門采取水淋方式撲滅，此次火災(zāi)事故造成該橋第二跨梁體遭受火災(zāi)損傷，現(xiàn)場(chǎng)照片見圖1和圖2。

5.2 火場(chǎng)溫度及火災(zāi)影響區(qū)域的確定

圖2 梁體受損情況

5.2.1 火場(chǎng)溫度的推定

推定火場(chǎng)溫度有助于正確評(píng)價(jià)橋梁過火構(gòu)件的受損程度，根據(jù)ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線公式：

式中：T——火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃；

T0——自然界溫度（16℃）；

T——火災(zāi)持續(xù)時(shí)間（45min）。

由此推定的起火點(diǎn)火場(chǎng)溫度T=898℃。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘，起火點(diǎn)位于上跨橋后方橋下空間，距離橋梁大約8m位置，受風(fēng)力影響火焰燃向橋梁，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)混凝土表觀呈現(xiàn)淺灰色，部分區(qū)域錘擊聲較沉悶，由此推測(cè)受損構(gòu)件表面溫度大約在500℃左右。

5.2.2 火災(zāi)影響區(qū)域的確定

根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，主要受損區(qū)域?yàn)榈诙缈招陌辶旱卓v橋向13m范圍內(nèi)，單跨5片梁均有不同程度的損傷。

5.3 外觀檢查結(jié)果

檢查結(jié)果表明過火構(gòu)件中度損傷的部位出現(xiàn)小面積的混凝土剝落、露筋，多集中于空心板梁邊角位置，混凝土表面出現(xiàn)輕微網(wǎng)裂現(xiàn)象，輕度損傷的部位混凝土表面被黑煙覆蓋，清理煙塵后梁體未出現(xiàn)明顯缺陷。本次火災(zāi)后橋梁外觀檢查結(jié)果見表2。

5.4 特殊檢查結(jié)果

5.4.1 混凝土強(qiáng)度

選取第二跨5片梁過火構(gòu)件受損最嚴(yán)重的部位，各鉆取1組芯樣進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)及評(píng)定結(jié)果見表3。

表2 外觀檢查情況一覽表

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果一覽表

5.4.2 損傷層厚度

在第二跨2-1梁、2-2梁和2-3梁選取過火構(gòu)件受損最嚴(yán)重的部位，各布設(shè)1個(gè)測(cè)區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)采用超聲法檢測(cè)，通過繪制“時(shí)-距”坐標(biāo)圖，運(yùn)用損傷層厚度計(jì)算式，推定過火構(gòu)件表面損傷層厚度，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 損傷層厚度計(jì)算結(jié)果一覽表

5.4.3 變形檢測(cè)

在第二跨橋面中軸線上每隔2m布設(shè)測(cè)點(diǎn)，采用精密水準(zhǔn)儀對(duì)橋面高程進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，并將實(shí)測(cè)高程與設(shè)計(jì)高程進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表5和圖3。

由高程測(cè)量結(jié)果對(duì)比可知，所測(cè)橋跨測(cè)點(diǎn)最大高差為14mm，小于梁式橋活載容許撓度值L/600=33mm。

5.4.4 荷載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)測(cè)試跨選擇該橋第二跨，應(yīng)變測(cè)試截面選擇該跨的跨中截面和1#墩頂支點(diǎn)截面，撓度測(cè)試截面選擇該跨的跨中截面。本次荷載試驗(yàn)分為2種試驗(yàn)工況即中載和偏載，每種試驗(yàn)工況采用4輛3軸載重汽車按兩列車隊(duì)進(jìn)行加載。通過現(xiàn)場(chǎng)靜、動(dòng)載試驗(yàn)以及后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到試驗(yàn)結(jié)果：橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度滿足設(shè)計(jì)要求；結(jié)構(gòu)的整體剛度較大，行車狀況較好。

5.5 檢測(cè)評(píng)估結(jié)論

表5 橋面高程數(shù)據(jù)對(duì)比表

荷載試驗(yàn)結(jié)果表明：該上跨橋的受力性能和正常使用狀態(tài)承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)（公路II級(jí)）要求，結(jié)構(gòu)工作狀況符合通車條件，依照外觀檢查和特殊檢查結(jié)果，綜合評(píng)定橋梁構(gòu)件的損傷狀況為二級(jí)（中度損傷），此次火災(zāi)事故對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全或正常使用產(chǎn)生不利影響，特別是對(duì)橋梁的耐久性影響更甚，建議對(duì)該橋采取局部加固補(bǔ)強(qiáng)措施。

6 結(jié)語

通過對(duì)火災(zāi)后橋梁損傷實(shí)例檢測(cè)和評(píng)估分析，驗(yàn)證了火災(zāi)后橋梁損傷檢測(cè)的流程及檢測(cè)評(píng)估方法運(yùn)用可行性。本次檢測(cè)評(píng)估對(duì)象僅是預(yù)應(yīng)力混凝土空心板連續(xù)梁橋，由于橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和形式的多樣性，采納的檢測(cè)方法或多或少都有自身的局限性，還需要更深入的理論研究和實(shí)踐積累，以上實(shí)例分析希望能為同行提供參考和借鑒。

圖3 橋面高程曲線對(duì)比圖

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