廣西某火損橋梁安全檢測與評估

韋積分 易志雄 毛振方

（1招商局公路網(wǎng)絡(luò)科技控股股份有限公司桂林公司, 廣西 桂林 541200;2重慶交通大學(xué), 重慶 400000; 3招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400000）

0 引言

了解火災(zāi)對橋梁的損傷機理，運用現(xiàn)有的檢測手段對火災(zāi)后的橋梁進行損傷程度的檢測評估，更好反映橋梁火災(zāi)后的真實情況，成為當(dāng)前急需解決的問題[1-2]。本文通過參照《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，將其檢測流程應(yīng)用到橋梁上并驗證是否適用，總結(jié)出橋梁火損后的檢測內(nèi)容與評估流程。文獻[3]結(jié)合工程實例，介紹了火災(zāi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷特點，檢測的方法、內(nèi)容及程序，利用國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線ISO 834火災(zāi)時間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線、構(gòu)件外觀檢查，混凝土回彈檢測對比分析及構(gòu)件內(nèi)部溫度場對火損橋梁進行了綜合檢測。文獻[4]通過具體的案例分析，并結(jié)合混凝土橋梁具體特點和常見評估方法給出混凝土橋梁火損評估的流程和方法。本文將通過實際工程案例，總結(jié)出橋梁火損后的檢測方法與評估流程。

1 檢測內(nèi)容與方法

2.1 檢測程序及方法

火災(zāi)后的橋梁受損檢測評估尤為重要，參照中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》從混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)等特征推斷混凝土受火溫度，并結(jié)合混凝土剝落、受力鋼筋露筋、受力鋼筋粘結(jié)性能、變形等方面進行構(gòu)件鑒定評級。具體的檢測評估順序如下：發(fā)生火災(zāi)→了解火災(zāi)起因經(jīng)過并收集資料→混凝土回彈檢測→確定火損的區(qū)域分布→推定火損區(qū)域內(nèi)部溫度場分布→推定構(gòu)件混凝土損傷深度及程度；檢測鋼筋的保護層厚度→構(gòu)件狀況綜合評定并按受損程度分類。

2.2 檢測內(nèi)容

火災(zāi)后的鑒定程序可根據(jù)結(jié)構(gòu)鑒定的需要，分為初步鑒定和詳細(xì)鑒定兩個階段?；饟p橋梁檢測評定內(nèi)容[5]主要包括：受火橋梁資料的收集，火災(zāi)概況調(diào)查，火場范圍、溫度推定，構(gòu)件外觀檢查，構(gòu)件受火區(qū)域及溫度推定，混凝土性能檢測，鋼筋性能檢測，構(gòu)件總體綜合評定。

2 實際工程的應(yīng)用

2.1 工程概況

位于廣西的某高速公路橋梁，分左右幅橋，橋梁全長104.92m，橋面總寬28.00m，大橋跨越河流。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)空心板，橋梁的跨徑組合為（19.98+20+20+20+19.98）m。橋面鋪裝采用瀝青混凝土。設(shè)計荷載等級：公路-I級。

2.2 初步鑒定

初步檢測一般分為火災(zāi)現(xiàn)場情況調(diào)查和外觀檢測。廣西某大橋橋面因2017年11月9日貨車在橋面應(yīng)急車道位置發(fā)生自燃，該事故造成廣西某大橋應(yīng)急車道、行車道橋面鋪裝層約20m2損毀，瀝青面層出現(xiàn)瀝青燒化、松散、剝落，防撞墻砼表面燒裂，鋼管扶手軟縮等不同程度的損害?；馂?zāi)影響較大的橋跨7#～10#板梁上方橋面鋪裝直接受到火燒和高溫的作用,損傷較為嚴(yán)重。1處網(wǎng)狀裂縫，L=5.4m，δ=0.04mm；3處剝落、泛白，S總=20.25m2，1處熏黑，S=0.85m2。橋面鋪裝損害情況如圖1。

2.3 詳細(xì)鑒定

本文中詳細(xì)鑒定大致包括火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的專項檢測與分析，構(gòu)件總體綜合評定。

2.3.1 火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布

火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布是詳細(xì)檢測的一個重要部分，根據(jù)橋梁外觀檢查結(jié)果可以確定橋梁火損區(qū)域分布如圖2。參考《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 252-2009），通過混凝土構(gòu)件的表面顏色及損傷程度來判斷其表面的受火溫度，進而得到結(jié)構(gòu)表面的溫度場分布情況，如表1所示。

圖1 橋面鋪裝病害

圖2 ：右幅4#、5#跨火損狀況分布示意圖

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系

根據(jù)火損混凝土狀況與溫度的關(guān)系表1，并結(jié)合現(xiàn)場檢測的實際情況，可以推定火災(zāi)時的溫度場為：

1）火損區(qū)域4cm瀝青混凝土面層：參考圖3中瀝青混凝土大面積爆裂、剝落，存在較多裂縫，錘擊后混凝土粉碎，推定溫度最高大于800oC。

2）火損區(qū)域6cm瀝青混凝土中層：參考圖4中瀝青混凝土中層局部最嚴(yán)重區(qū)域存在火損裂縫，混凝土剝落；大部分火損區(qū)域細(xì)微裂縫，輕微剝落，推定中層頂面溫度在300oC～500oC。

3）火損區(qū)域10cm橋面現(xiàn)澆層：參考圖5中現(xiàn)澆層頂面未見明顯裂縫和混凝土剝落現(xiàn)象，故推定溫度小于200oC

根據(jù)大火發(fā)生時間、現(xiàn)場殘留物及橋梁外觀檢測情況，取火災(zāi)有效燃燒時間為180min，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線ISO 834火災(zāi)時間-溫度計算可得火場最高溫度（瀝青混凝土面層溫度）為：

T=T0+345×lg(8t+1) =15+345×lg(8×180+1)=1104.74oC

其中，T為火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)溫度，oC；T0為自然界溫度，oC；t為火災(zāi)經(jīng)歷時間，min。

故可推定火損區(qū)域4cm瀝青混凝土面層溫度達1104.74oC

圖3 右幅瀝青混凝土面層頂面火損照片（h=0cm）

圖4 右幅瀝青混凝土中層頂面火損照片（h=4cm）

圖5 右幅橋面現(xiàn)澆層頂面火損照片（h=10cm）

2.3.2 混凝土強度及碳化深度

根據(jù)對廣西某大橋混凝土強度進行了回彈法檢測，本次混凝土強度檢測共選取右幅受火構(gòu)件，考慮結(jié)構(gòu)受損區(qū)及受損程度，采用回彈法對受火溫度區(qū)域內(nèi)的混凝土強度和碳化深度進行了檢測，檢測結(jié)果見表2。

相對未受火結(jié)構(gòu)，混凝土強度狀況良好,滿足混凝土設(shè)計要求，對廣西某大橋采用鑿出新鮮混凝土面用酚酞酒精溶液涂噴。本次混凝土碳化檢測共選取5個構(gòu)件，由檢測結(jié)果可見，碳化深度最大為1.5mm，故未受火區(qū)域和受火區(qū)域均遠小于保護層厚度。

表2 混凝土強度檢測結(jié)果

2 1-3#梁 0.5 ＞60 C50 1 良好 3 1-4#梁 0.5 ＞60 C50 1 良好 4 2-3#梁 1.5 ＞60 C50 1 良好 5 2-7#梁 1.0 ＞60 C50 1 良好 6 1#墩蓋梁 1.0 44.8 C30 1 良好 7 2#墩蓋梁 1.0 ＞60 C30 1 良好 8 1-1#墩 5.0 31.1 C30 1 良好

根據(jù)中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄F中火災(zāi)后混凝土強度折減系數(shù)，可判斷溫度大于800oC時，混凝土抗壓強度折減系數(shù)為0.2，故當(dāng)采用此建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)中的折減系數(shù)時，混凝土強度遠小于規(guī)范值，即不滿足混凝土設(shè)計要求。

2.3.3 受損狀況綜合評定

根據(jù)廣西某大橋的現(xiàn)場檢測以及橋梁火災(zāi)溫度場分布，得出橋梁火損情況為：橋面鋪裝4cm瀝青混凝土面層火損嚴(yán)重，橋面鋪裝6cm瀝青混凝土中層火損較嚴(yán)重，10cm現(xiàn)澆層受火損影響較小。

2.3.4 結(jié)構(gòu)驗算

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)第3.2節(jié)橋梁實際檢測數(shù)據(jù)和相關(guān)規(guī)范，對主梁結(jié)構(gòu)的強度、剛度以及抗裂性進行驗算。根據(jù)實際檢測結(jié)果對橋梁實際受力狀態(tài)進行了計算分析。結(jié)果表明：

承載能力極限狀態(tài)，邊板、中板正截面抗彎承載力及斜截面抗剪承載力驗算均滿足規(guī)范要求；正常使用極限狀態(tài)邊板、中板正截面抗裂、斜截面抗裂、正截面最大法向壓應(yīng)力及斜截面最大主壓應(yīng)力驗算均滿足規(guī)范要求。綜上，廣西某大橋承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)驗算均滿足設(shè)計荷載“公路-I級”的要求。

2.3.5 荷載試驗

為了驗證橋梁遭受火災(zāi)后，火損區(qū)域及其他主要構(gòu)件能否滿足荷載通行使用要求的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本橋?qū)嶋H狀況以及合同的相關(guān)約定，選取右幅橋梁火損橋跨（第5跨）及中跨（第3跨）作為試驗對象。采用百分表測試撓度，采用應(yīng)變采集系統(tǒng)測試應(yīng)變，采用裂縫寬度觀測儀對裂縫進行觀測，將測試結(jié)果與結(jié)構(gòu)按相應(yīng)荷載作用下的計算值以及有關(guān)規(guī)范規(guī)定值作比較，了解橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的工作狀況。

在試驗荷載作用下，廣西某大橋試驗截面實測應(yīng)變值均小于相應(yīng)理論計算值，各測點應(yīng)變校驗系數(shù)范圍為0.68～0.87，卸載后的相對殘余應(yīng)變均小于20%。實測撓度值均小于相應(yīng)理論計算值，撓度校驗系數(shù)范圍為0.70～0.84，卸載后的相對殘余變位均小于20%。在加載過程中各試驗截面及附近區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)新增裂縫，原有裂縫未見發(fā)展。綜上，火災(zāi)后的橋梁能夠滿足“公路-I級”級荷載通行使用要求。

3 結(jié)語

通過結(jié)構(gòu)驗算與荷載試驗的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄F中火災(zāi)后混凝土強度折減系數(shù)計算出的折減強度與事實不相符，故此建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)不能應(yīng)用在橋梁火災(zāi)后的檢測中。

因此，本文總結(jié)了一套適用于橋梁遭受火災(zāi)后的檢測內(nèi)容與評估流程。第一步是初步檢測：一般分為火災(zāi)現(xiàn)場情況調(diào)查和外觀檢測；第二步是詳細(xì)檢測：包括火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布（利用國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線）→結(jié)構(gòu)構(gòu)件的專項檢測與分析（如混凝土的強度和碳化深度等）→構(gòu)件總體綜合評定；第三步通過結(jié)構(gòu)驗算和荷載試驗驗證橋梁遭受火災(zāi)后火損區(qū)域及其他主要構(gòu)件能否滿足荷載通行使用要求滿足荷載通行使用要求。本文通過實際工程案例-廣西某橋梁總結(jié)了橋梁火損的檢測方法，希望能為研究類似工程案例提供借鑒。