談火災后梁式混凝土橋梁損壞評估方法

趙志俊 樊 松

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

談火災后梁式混凝土橋梁損壞評估方法

趙志俊1樊 松2

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

以某梁式混凝土橋梁為例，通過調查該橋遇火災后的現場情況，對橋梁的外觀損傷檢查狀況作了介紹，并分析了火場的溫度，得出了一些橋梁損壞評估結論，據此提出了橋梁的加固維修建議。

橋梁，火災，評估，加固

0 引言

近年來，由于高速公路橋梁火災事故頻發，高溫下導致鋼筋混凝土材料的力學性能發生改變，橋梁結構物損傷，承載能力降低，嚴重影響高速公路運營安全。因此，橋梁火災后評估維修，已經成為高速公養護的一項重要工作。本文將以某高速公路梁式混凝土橋為例，研究論述橋梁災后如何檢查評價橋梁損壞情況并做出加固修復計劃。

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12號墩防撞裝置發生碰撞爆炸起火，受天然氣及汽車燃燒的影響，該橋左幅12號墩位置橋墩墩柱、蓋梁、支座、主梁及路面、護欄、橋墩防撞設施等均有不同程度的損傷。受損左幅第五聯橋梁概貌見圖1。

該橋上部結構先簡支后預應力混凝土連續箱梁(共5聯)。下部結構為柱式墩、柱式橋臺、肋式橋臺；基礎采用樁基礎，墩臺徑向布置。

本次火災受損橋跨為左幅第五聯，該聯上跨某高速公路，上部結構采用2×30 m預制預應力連續箱梁，箱梁梁高1.6 m，跨中部分腹板及底板厚18 cm，支點附近腹板及底板厚25 cm，C50混凝土；橋面鋪裝采用8 cm厚C50混凝土橋面現澆層和10 cm厚瀝青混凝土橋面鋪裝。下部結構采用柱式墩，樁基礎。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號橋墩為該聯中墩。

2 火災現場調查

火災現場情況從以下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施發生碰撞導致爆炸起火。

2)火源：天然氣半掛車中液化氣、汽車。

3)燃燒物性質：天然氣、汽車油料及車內可燃性物質。

4)火災持續時間：40 min～1 h左右。

5)主燃區域位置和范圍：車頭(12號墩東側)及車身。

6)通風情況及火災蔓延途徑：火災發生區域通風情況良好。

7)滅火方式和滅火過程：火災發生后由消防隊采用冷水方式滅火。

8)車輛撞擊區域：波形防撞護欄、橋左幅12號橋墩防撞墩，車輛和防撞墩撞擊后，與橋墩未發生二次碰撞。

綜上所述，火災已對結構造成了嚴重的損傷。

3 外觀損傷檢查

現場近距離檢查過火后橋梁各構件損傷狀況：

1)左幅1號～2號梁間翼板及現澆濕接縫區域靠近12號墩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號梁靠近12號墩6 m范圍左、右側腹板、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，裂縫長約10 cm～20 cm。

3)左幅2號～3號梁間翼板及現澆濕接縫區域靠近12號墩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號梁靠近12號墩8 m范圍左側腹板、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，部分區域表觀涂層呈粉紅色。腹板混凝土層表面龜裂，裂縫長約10 cm～20 cm。右側腹板正常。

5)左幅13-1號梁靠近12號墩1 m處左側腹板局部區域錘擊反應聲音較悶，存在混凝土受熱損傷后空鼓，面積約0.3 m2。

6)左幅12號蓋梁：1號柱頂左側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號柱頂蓋梁大樁號側，蓋梁混凝土剝落，鋼筋外露，頂部有1條豎向裂縫，裂縫形態上寬下窄長度約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號柱頂蓋梁小樁號側，蓋梁小樁號側兩處混凝土剝落，鋼筋未外露。靠近橋墩位置局部區域混凝土錘擊聲音發悶。蓋梁頂有3條豎向裂縫，裂縫形態上寬下窄，長度約30 cm。混凝土受火焰炙烤變色。

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

8)左幅12號墩頂支座，左幅1號～3號梁底支座橡膠碳化，表層剝落。

4 火場溫度分析

判斷火災時火場溫度，是評價橋梁的受損程度的關鍵一步。本次火災現場根據實際情況主要從以下幾個方面進行推定：

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

由于鋼材扭曲變形溫度需大于700 ℃，橡膠燃點為130 ℃，鋁合金材料有滴狀物形成的溫度為650 ℃，本次檢查發現的鋼材未見扭曲變形，鋁合金經燒灼后有滴狀物形成現象，火場溫度應大于650 ℃。

2)按混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與溫度的關系推定。按混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與溫度的關系，推定混凝土結構構件表面曾經達到的溫度及范圍。

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，蓋梁側面靠近墩頂位置錘擊反應聲音發悶，此處混凝土表面溫度應為700 ℃～800 ℃左右。

因此推定該橋構件附近火場最高溫度為800 ℃左右。

5 檢查評估結論

1)消防隊采取冷水滅火方式，高溫火焰燒過的混凝土表面用水撲滅火災時，熱的混凝土表面遇水急速冷卻，造成混凝土構件內外應力差，導致混凝土開裂。

2)該橋左幅12-1號墩柱蓋梁底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號橋墩蓋梁懸臂位置底部靠近1號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號橋墩蓋梁懸臂位置大樁號側靠近1號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號橋墩蓋梁懸臂位置小樁號側靠近1號墩頂位置混凝土錘擊反應聲音較悶，面積約0.6 m2；1號柱頂小樁號側蓋梁頂有3條豎向裂縫，裂縫形態上寬下窄；大樁號側蓋梁頂有1條豎向裂縫，裂縫形態上寬下窄。

4)左幅12-1號梁左側腹板局部受煙熏發黑，右側腹板表觀涂層呈粉紅色，底板正常。1號～2號梁靠近12號墩6 m范圍梁間翼板及現澆濕接縫區域混凝土剝落，鋼筋未外露，剝落深度約1 cm～2.5 cm。12-2號梁靠近12號墩6 m范圍左、右側腹板、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。2號～3號梁靠近12號墩8 m范圍梁間翼板及現澆濕接縫區域混凝土剝落，鋼筋未外露，剝落深度約1 cm～2.5 cm。12-3號梁靠近12號墩8 m范圍左側腹板、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，右側腹板正常。13-1號梁近12號墩側梁端左側腹板局部區域錘擊反應聲音較悶，存在混凝土受熱損傷后空鼓。

5)12號墩頂部分支座損傷嚴重，已經損毀。

6)根據火場溫度及構件內部溫度場推定，火災已經對混凝土、鋼筋及鋼筋混凝土的粘結強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幅度的降低。

7)過火已經導致混凝土內部微裂縫發展，影響結構的耐久性。

6 加固維修建議

結合檢測評估分析，建議針對該橋采取以下措施：

1)對火災影響的左幅第12，13跨主梁、蓋梁和橋墩進行清洗。

2)針對左幅12-1號墩墩柱，鑿除疏松部位的混凝土，對橋墩缺陷部位進行修復處理，修補后在柱頂環向粘貼玻璃纖維進行補強。

3)針對12號墩蓋梁，鑿除疏松部位的混凝土，采用增大截面法進行加固。

4)針對火災影響較嚴重的12-2號、12-3號主梁，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行加固，提高結構抗剪承載能力；對12-1號、13-1號主梁，鑿除疏松部位的混凝土，采用聚合物砂漿進行修補；對熏黑的梁體，打磨后采用聚合物砂漿進行修補。鑿除疏松混凝土時，箱梁底板處于墩頂負彎矩受壓區，建議在墩兩側做臨時滿堂支架，對主梁墩頂負彎矩區均勻支撐。

5)對左幅12號墩頂全部支座進行更換。

7 結語

火災對橋梁的損壞存在諸多不確定的因素，對于橋梁養護管理單位來講，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，加固評估并提出合理的加固方案尤為重要。本文中以某橋為例，根據火源特點分析、橋梁構造特點分析、滅火方式、燃燒物甄別等方式對火災損傷分布、損傷程度進行分析評估，綜合評估橋梁受火后的承載能力衰減，評價橋梁的實際承載力和使用性能，提出合理加固建議。目前，該橋已經完成加固施工，本文介紹的檢測評估與加固方法取得了良好效果。

[1] JTG H11—2004，公路橋涵養護規范[S].

[2] 王秀逸.混凝土構件火災后損傷程度鑒定和加固[J].西安建筑科技大學學報，1997，29(4)：57-58.

[3] 陳 石.某先張法空心板梁橋火災后的檢測與損傷評估[J].公路交通技術，2007(6)：111-113.

[4] 中交第一公路勘察設計研究·瑞通公司.某高速公路某大橋加固施工圖設計[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