連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁火災(zāi)損傷檢測(cè)與評(píng)估

馬虎

（重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 401120）

火災(zāi)產(chǎn)生的高溫會(huì)對(duì)鋼筋混凝土橋梁造成嚴(yán)重的影響，致使橋梁中普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度降低和混凝土質(zhì)量下降[1]。本文結(jié)合某大橋火災(zāi)實(shí)例，介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁火災(zāi)受損后的損傷檢測(cè)和損傷評(píng)估的方法，以便為火災(zāi)后橋梁的管理維護(hù)提供參考，對(duì)同類(lèi)病害橋梁的檢測(cè)和損傷評(píng)估提供借鑒。

1 火災(zāi)受損橋梁概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主橋跨徑為140+240+140m，梁體采用兩幅單箱單室三向預(yù)應(yīng)力變高度箱梁。箱梁跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁高3.6m，箱梁根部梁高13.5m，其間梁高按半立方拋物線(xiàn)變化。兩主墩均為雙肋式柔性薄壁墩，均采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，支座采用盆式支座。主橋箱梁及墩身采用C50混凝土。見(jiàn)圖1。

當(dāng)時(shí)該橋正在進(jìn)行維修加固施工，采用粘貼鋼板的方法對(duì)箱梁進(jìn)行加固。13:50分正在進(jìn)行午休的施工單位人員發(fā)現(xiàn)箱梁跨中部位出現(xiàn)冒煙情況，立即報(bào)警，同時(shí)通知了管理部門(mén)。鑒于橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性，箱梁內(nèi)濃煙彌漫，能見(jiàn)度極低，消防官兵多次進(jìn)入箱梁內(nèi)均遭嗆回，后經(jīng)分析，消防官兵從左箱梁迂回到箱梁，將消防袋從橋中間隔處放下，于16:30分進(jìn)入火場(chǎng)進(jìn)行撲火，于17:00左右火勢(shì)得到徹底的撲滅。

圖1 橋梁總體布置

圖2 橋梁發(fā)生火災(zāi)區(qū)域示意圖（單位：cm）

2 橋梁火災(zāi)損傷檢測(cè)

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)損傷表觀檢測(cè)[2]

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過(guò)火范圍的混凝土外觀情況進(jìn)行了檢查。從9#墩往10#墩方向0～57m范圍內(nèi)平臺(tái)上的頂板和側(cè)面腹板為黃色、灰白色和褐色外觀；平臺(tái)下腹板大多為煙熏黑色外觀；57～135m范圍的箱梁頂板和腹板基本上為煙熏黑色；135m以外均為混凝土本色。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)0～57m范圍混凝土受損情況進(jìn)行了詳細(xì)檢測(cè)。從上述檢測(cè)結(jié)果可知，箱梁頂板和腹板上部溫度明顯高于下部腹板和底板溫度。如圖2。

2.1.1 箱梁頂板

頂板由于粘貼了鋼板，粘貼長(zhǎng)度為50m、且鋼板間凈距為50mm，基本覆蓋了頂板，混凝土未直接受火灼燒，而是通過(guò)鋼板熱傳遞后溫度升高；通過(guò)脫開(kāi)鋼板位置檢查混凝土顏色為黃色到灰白色、個(gè)別為封縫膠灼燒后的黑色，表面有龜裂。表面錘敲擊聲均為較響亮聲音。在0～8m范圍內(nèi)所粘貼的19塊橫向鋼板均在下游一側(cè)脫開(kāi)；在8～55m范圍內(nèi)的縱向鋼板均存在不同程度的彎曲、脫開(kāi)及焊接部位的翹曲開(kāi)裂。

頂板混凝土被燒脫落情況集中在3個(gè)部位：第1個(gè)部位在約8m的位置處，脫落兩塊混凝土，脫落深度為15mm；第2個(gè)部位在45～50m的位置處與兩側(cè)腹板交接部位，其中與下游腹板交接處脫落的面積較大，面積約3.3m2，脫落深度為20mm，且鋼筋外露；第3個(gè)部位在57m的位置處，面積約3m2。頂板個(gè)別部位發(fā)現(xiàn)混凝土表面有微細(xì)裂紋。

2.1.2 上游腹板

上游腹板外觀在平臺(tái)上（即從頂板向下1.8m）顏色有土黃和灰白色，表面有龜裂，表面錘敲擊聲均為較響亮聲音、在脫落部位周?chē)晕⒂休^悶聲。在平臺(tái)下的混凝土表面顏色為鐵銹紅和煙熏黑色，表面錘敲擊聲均為響亮聲音，表面靠上部有龜裂、下部則無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象。

在約33m的位置處有一條豎向裂縫，從頂板位置延伸至底板位置處，最大寬度約0.2mm，在該位置對(duì)應(yīng)的下右腹板位置處亦有一條豎向裂縫，基本延伸至底板位置。現(xiàn)場(chǎng)觀察該位置恰為腹板截面變化部位，為兩段接頭部位，錘敲擊聲在裂縫兩側(cè)各約500mm范圍內(nèi)為空鼓聲音。

混凝土被燒脫落情況集中在2個(gè)部位：第1個(gè)部位在約13m與頂板接觸部位，脫落一大塊混凝土，面積約3m2，脫落深度為25mm，有4根鋼筋外露，外露長(zhǎng)度約200mm；第2個(gè)部位在45～50m與頂板交接部位，有兩大塊混凝土脫落，面積約3.8m2、2.4m2，最大深度約40mm，有鋼筋外露。

2.1.3 下游腹板

上游腹板外觀在平臺(tái)上（即從頂板向下1.8m）顏色有土黃和灰白色，表面有龜裂，表面錘敲擊聲均為較響亮聲音，在脫落部位周?chē)晕⒂休^悶聲。在平臺(tái)下的混凝土表面顏色為鐵銹紅和煙熏黑色，表面錘敲擊聲均為響亮聲音，表面靠上部有龜裂、下部則無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象。在約33m的位置處有一條豎向裂縫，從頂板位置延伸至底板位置處，最大寬度約0.8mm，與上游該位置的腹板裂縫相對(duì)應(yīng)。

混凝土被燒脫落情況主要集中在4個(gè)部位：第1個(gè)部位在約13m與頂板接觸部位，脫落一塊混凝土，面積約1m2，脫落深度為28mm；第2個(gè)部位在19m與頂板交接部位，有兩塊混凝土脫落，最大深度約20、25mm，有6根鋼筋外露，外露長(zhǎng)度300mm；第3個(gè)部位在47m與頂板交接部位，有兩塊混凝土脫落，最大深度約20mm。 如圖3、圖4。

圖3 箱梁頂面破損露筋

圖4 加固鋼板變形、扭曲

2.2 過(guò)火混凝土燒傷深度和碳化深度

2.2.1 燒傷深度

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)頂板和兩個(gè)腹板的燒傷深度進(jìn)行了測(cè)量，燒傷深度值為混凝土直接脫落后的最大深度。從檢測(cè)結(jié)果可知，頂部和施工操作平臺(tái)上部的腹板燒傷深度在10～40mm范圍內(nèi)，所抽測(cè)的燒傷深度平均值為23.9mm。

2.2.2 碳化深度

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加固施工操作平臺(tái)以上受火災(zāi)影響較大腹板的碳化深度進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)對(duì)下部受火災(zāi)影響較小腹板的碳化深度進(jìn)行了測(cè)量，從檢測(cè)可知：箱梁頂板和加固施工平臺(tái)上的腹板的混凝土碳化深度大于腹板下部的碳化深度，平臺(tái)上部腹板和頂部混凝土碳化深度在2～14mm之間，平均值為10.3mm；平臺(tái)以下腹板的混凝土碳化深度在0.5～10mm之間，平均值為4.2mm。因此火災(zāi)對(duì)混凝土碳化深度平均值約為6.1mm。

2.3 表面損傷層厚度檢測(cè)

檢測(cè)通過(guò)超聲波檢測(cè)的方法獲得數(shù)據(jù)，根據(jù)《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)公式，即可計(jì)算出混凝土表面的損傷層厚度。根據(jù)該跨混凝土表面的損傷情況，損傷層厚度檢測(cè)共抽檢了6處區(qū)域，分別為頂板上1處、腹板上5處，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，混凝土內(nèi)部聲波未見(jiàn)異常情況，表面受傷深度約在25～38mm范圍內(nèi)。

2.4 混凝土芯樣

為了準(zhǔn)確觀察混凝土損傷深度，現(xiàn)場(chǎng)采取鉆取混凝土小芯樣的方法進(jìn)行抽查。共鉆取了4個(gè)直徑為70mm的小芯樣，鉆取位置選在腹板混凝土脫落部位的周邊。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：除2號(hào)芯樣外，其余芯樣未見(jiàn)明顯燒傷。

2.5 主梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

采用回彈法[3]對(duì)箱梁腹板混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)對(duì)腹板加固施工操作平臺(tái)相同位置的上、下部位以及從9#墩往著火點(diǎn)方向不同部位的混凝土強(qiáng)度均進(jìn)行了檢測(cè)。同時(shí)對(duì)距離9#墩約200m位置的未受火災(zāi)影響的腹板混凝土進(jìn)行了回彈法檢測(cè)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)以上腹板混凝土強(qiáng)度受火災(zāi)后有少許影響，下部混凝土基本未受到影響，因此可以認(rèn)為火災(zāi)后對(duì)箱梁混凝土強(qiáng)度影響程度不大，基本可滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度[4]要求。

2.6 橋面情況

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過(guò)火區(qū)域內(nèi)的橋面外觀進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)由于過(guò)火后溫度升高所引起的異常情況。

2.7 火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)可燃物分布

此次火災(zāi)前在作箱梁頂板的粘貼鋼板加固，主要材料有鋼管腳手架、木竹板、電焊機(jī)、電風(fēng)扇等材料，除木竹板為易燃的材料外，其他為不易燃燒材料。粘貼鋼板時(shí)竹跳板施工平臺(tái)距離頂板距離為1.8m，燃燒時(shí)頂板和該高度兩側(cè)板部位的混凝土過(guò)火相對(duì)較為嚴(yán)重。根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)燒損物判定：木材燃燒溫度約為300℃；鋼材變形溫度750℃；電線(xiàn)熔化溫度為1000～1100℃。該工程現(xiàn)場(chǎng)殘留物中鋼管腳手架未發(fā)生彎曲變形現(xiàn)象；部分散落在底板上的電焊機(jī)、排風(fēng)扇、結(jié)構(gòu)膠、鐵桶等未完全變形及燒損。頂板加固時(shí)所粘貼鋼板有脫開(kāi)、彎曲變形現(xiàn)象，同時(shí)部分錨固用的螺栓有被剪斷現(xiàn)象，說(shuō)明鋼板已發(fā)生較大的伸縮變形，可判定頂板最高溫度為750℃左右。

3 橋梁火災(zāi)損傷評(píng)估[5]

3.1 火災(zāi)溫度判斷

3.1.1 根據(jù)國(guó)際ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)推算火災(zāi)溫度

火災(zāi)時(shí)箱梁內(nèi)的自然溫度T0取為40℃，火災(zāi)經(jīng)歷時(shí)間約為3小時(shí)，由公式[6]T-T0=345lg（8t+1）推算出的火災(zāi)溫度T為1129℃。該公式包含從發(fā)現(xiàn)火災(zāi)至全部撲滅火災(zāi)所用的時(shí)間，由于火災(zāi)在箱梁內(nèi)，空氣不易流通，所以燃燒持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，通過(guò)該公式所計(jì)算溫度僅作為參考。

對(duì)火場(chǎng)溫度綜合分析如下：火災(zāi)發(fā)生在大橋右幅箱梁內(nèi)，據(jù)了解火災(zāi)時(shí)濃煙較大；施工時(shí)在距離頂板下1.8m位置處有一層竹跳板為加固施工操作平臺(tái)，面積不到400m2，燃燒物數(shù)量有限；當(dāng)竹跳板局部燃燒斷裂后會(huì)掉落至底板繼續(xù)燃燒，使得腹板上部和頂板直接處于外焰位置，同時(shí)會(huì)使腳手架鋼管直接過(guò)火；現(xiàn)場(chǎng)觀察鋼管架未發(fā)生彎曲變形。綜合上述情況，結(jié)合此次火災(zāi)的具體特點(diǎn)，火場(chǎng)最高溫度綜合判定在600～700℃。

3.1.2 根據(jù)火災(zāi)后混凝土表面顏色及外觀特征判定

箱梁內(nèi)混凝土損傷較為嚴(yán)重的部位為頂板和上、下游腹板交接的角部，其中上游腹板和頂板交接的角部損傷較為嚴(yán)重，主要在13m、45～50m范圍兩個(gè)位置；相對(duì)應(yīng)的下游腹板位置的混凝土亦出現(xiàn)損傷。這些部位過(guò)火后混凝土有脫落、露筋現(xiàn)象。頂板和平臺(tái)上混凝土顏色為土黃到灰白，大部份有龜裂現(xiàn)象，混凝土脫落周?chē)脫袈曇糨^悶，其余部位敲擊聲音均較響亮；其它部位煙熏黑色、敲擊聲音較響亮。按《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS252:2009)附錄B判斷火場(chǎng)最高溫度在600℃～700℃之間。

3.2 高溫下混凝土受損分析

箱梁頂板和腹板內(nèi)側(cè)面：處于最不利位置，受火焰的直接燒烤，一般在十幾分鐘內(nèi)溫度即可由十幾度上升到六百度。由于頂板底和腹板的混凝土表面溫度急劇上升，混凝土又具有熱惰性的特點(diǎn)，而頂板有粘貼的鋼板使得混凝土未直接過(guò)火，因此在角部直接受火區(qū)域混凝土損傷較為嚴(yán)重，出現(xiàn)混凝土脫落、露筋等現(xiàn)象。

3.3 箱梁受損分析

綜合上述情況，對(duì)大橋箱梁受火災(zāi)影響的分析如下：

（1）火災(zāi)后箱梁從9#墩向跨中方向約57m范圍為過(guò)火區(qū)域，受火災(zāi)影響，部分位置頂板表面和頂板與腹板交接部位的角部混凝土脫落出現(xiàn)露筋現(xiàn)象，混凝土受到一定程度損傷。

（2）過(guò)火區(qū)域內(nèi)箱梁混凝土強(qiáng)度所受影響不大；頂板和腹板上部混凝土被燒脫落深度在10～30mm范圍內(nèi)，最大深度為40mm；受火災(zāi)影響的混凝土碳化深度平均值在6mm左右。

4 結(jié)論

（1）該連續(xù)剛構(gòu)橋火災(zāi)使箱梁9#墩向跨中方向約57m范圍內(nèi)頂板和腹板受到了影響；火場(chǎng)最高溫度可判定在600～700℃之間。

（2）箱梁過(guò)火范圍內(nèi)的頂板和腹板混凝土受到了局部損傷：在頂板及頂板和腹板交接的角部出現(xiàn)混凝土脫落、露筋現(xiàn)象；混凝土被燒脫落深度在10～30mm范圍內(nèi)，最大深度為40mm；火災(zāi)對(duì)混凝土碳化深度值影響約為6mm左右；過(guò)火區(qū)域內(nèi)箱梁混凝土強(qiáng)度所受影響不明顯。

（3）由于箱梁過(guò)火區(qū)域內(nèi)頂板和腹板的混凝土受到了一定程度的損傷，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行修補(bǔ)和加固處理[7]。

大橋發(fā)生火災(zāi)后，管理部門(mén)及時(shí)封閉了交通，根據(jù)火災(zāi)檢測(cè)評(píng)估結(jié)果采取了有針對(duì)性的修補(bǔ)措施。對(duì)受損傷混凝土進(jìn)行鑿除、用環(huán)氧混凝土修補(bǔ)，然后采取粘貼鋼板的方法進(jìn)行加固處治[8]。加固完成后對(duì)大橋采取了結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和定期檢測(cè)的方法，對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)尤其火災(zāi)部位進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)。目前大橋已安全運(yùn)營(yíng)多年，表明對(duì)火災(zāi)后混凝土箱梁的檢測(cè)評(píng)估及維修加固措施是合理的，能夠?yàn)榛馂?zāi)后橋梁的管理維護(hù)決策提供借鑒。

[1]陳石，溫天宇.某先張法空心板梁橋火災(zāi)后的檢測(cè)與損傷評(píng)估[J].公路交通技術(shù)，2007（6）：84-87.

[2]住建部.GB/T50784-2013混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[3]陜西省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)院.JGJT 23-2011回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版，2011.

[4]交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社，2004.

[5]國(guó)家質(zhì)檢總局.GB/T9978.1-2008建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分：通用要求[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2008.

[6]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CECS252:2009火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[7]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CECS269：2010災(zāi)損建筑物處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[8]交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTG H11-2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2004.