連續箱梁橋梁火災后的損傷評估

■王子楸（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路、水運工程重點試驗室，福州350004）

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連續箱梁橋梁火災后的損傷評估

■王子楸1，2
（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路、水運工程重點試驗室，福州350004）

某國道一座通車多年的連續箱梁橋遭遇火災，由于該橋地處交通要道，必須短時間內對橋梁結構災后損壞程度做出全面的評估鑒定。通過現場外觀檢查和無損試驗，特別是對受災橋跨和鄰近橋跨分別測試，評估災后橋跨的損傷程度，為后期加固設計提供必要資料。鑒于結構的運營安全和耐久性要求，需及時對受損部位進行補強、加固，并加強日后監測。

連續箱梁火災事故災后檢查無損檢測損傷評估

1引言

今年，由于城市擴張，原有國省干線已經被城市化所包圍，橋下違章搭建較為嚴重。違章建筑物燃燒造成的橋梁結構損傷的幾率增大。火災不僅造成很大的經濟損失，而且對橋梁結構本身造成不同程度的破壞，損壞嚴重的必須加固補強才可投入運營［1］。本文結合某連續箱梁橋實例，介紹火災后檢測評估方法和內容，為后期加固設計提供必要資料。

2工程概況

某預應力連續箱梁橋位于國道G324線改線工程，2002年建成通車。本橋上部結構采用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橋梁結構損傷狀態調查

火災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

（1）結構受損區域（范圍）：縱橋向，箱梁梁體的缺損主要集中在第12跨，整個受損區域面積有78.0m2。受損區域損傷類型有三類：第一類是混凝土局部粉刷層剝落，預應力混凝土連續箱型梁，共15跨。橋型布置圖如圖1所示。箱梁為單箱單室結構，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計保護層厚度為37mm。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎，墩柱、樁身直徑均為1.5m。墩柱豎向主筋設計凈保護層厚度為60mm。橋臺采用混凝土耳墻式，鉆孔樁基礎。道路等級為城市主干道I級，設計荷載為汽車-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。據現場介紹，大火持續燃燒約2個小時左右后被撲滅。且未剝落區域內部有層離現象，錘子敲擊出現網裂；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到20mm，靠近火源區域受損最為嚴重，脫落厚度最深達45mm，且梁底右側邊角位置混凝土剝落嚴重，梁底預應力束架立鋼筋出露；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年檢測結果無變化，2條為火災后新增裂縫，梁底最大縫寬0.20mm，腹板最大縫寬為0.14mm，縫深最大為37mm。

（4）箱梁左側腹板、翼緣板出現大面積混凝土剝落露筋。

3.2支座受損狀態

火災影響區域內4個支座（盆式固定）鋼板防銹油漆表面附著黑煙，且有脫皮現象。

3.3墩柱受損狀態

（1）結構受損：4根墩柱均出現混凝土保護層剝落、露箍筋、豎向主筋損傷，11-2墩柱損傷程度最嚴重，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火災溫度判定

因現場燃燒物燃燒量已不能確定，根據《火災后建筑結構鑒定標準》（CECS252：2009）“附錄B混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與溫度的關系”，結合外觀檢查結果，可推定火災過程中該橋各主要受災跨梁體和墩柱可能達到的溫度，如表1、表2所示。

表1　某橋主要受災梁體推定火場溫度

5橋梁材質強度檢測評定

根據外觀檢查的火災影響范圍，選取部分梁體和墩柱進行混凝土回彈測試。其中墩柱選取11-1墩柱、11-2墩柱進行混凝土回彈測試，選取的測試面為墩柱未直接受火燃燒的表面完好區域；12-1墩柱、12-2墩柱受火災影響，混凝土沿環向發生剝落，裸露的混凝土呈顆粒狀，同時用錘子敲擊完好區域有空鼓沉悶聲，推斷內部混凝土已經出現分層，不滿足回彈法測試混凝土強度的條件，建議對墩柱鉆取小芯樣檢測災后混凝土強度。上部結構梁體選取火源所處的第12跨以及附近第11跨、第13跨梁體進行混凝土回彈測試。為了獲得進一步獲得火災對橋梁上部結構影響范圍，根據外觀檢查結果，將第12跨區域劃分為直接受火區域和間接受火區域1、2，分別進行混凝土回彈測試。

表2　某橋主要受災墩柱推定火場溫度

表3　主要受災構件測區的回彈修正系數

根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JTJ T23-2011）規定，當混凝土表面遭受了火災或內部有缺陷時，不能直接采用回彈法檢測，而應用火災專用測強曲線。目前國內尚未有統一火災后混凝土測強專用曲線，僅上海市地方標準《火災后混凝土構件評定標準》（DBJ08-219-96）對回彈法檢測火災后混凝土強度作出規定。該市地理環境與上海市接近，故可參考上海市地方標準《火災后混凝土構件評定標準》（DBJ08-219-96）對火災后混凝土回彈強度進行修正，檢測結果如表3和表4所示。

6損傷成因分析

（1）混凝土保護層剝落、露筋主要原因：現場溫度逐漸升高后，混凝土毛細孔中游離水大量蒸發，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，導致水泥石結構破壞，水泥石與骨料之間的粘結喪失，保護層逐漸剝落。

（2）鋼筋扭曲變形是因為火場溫度過高，達到或接近鋼材的軟化點，但鋼筋不同部位溫度不同而導致變形不協調，致使鋼筋出現扭曲變形。

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

7初步鑒定評級結果與建議

7.1橋梁災后初步鑒定評級結果

根據外觀檢測結果，參照《火災后建筑結構鑒定標準》（CECTS252-2009）對某橋受火災影響的梁體和墩柱進行初步鑒定評級，結果如表5所示。

7.2災后應急處置意見與建議

經災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，但應限制大型載重車輛通行。同時，應盡快對災后損傷結構進行修復補強。

（1）對上部結構梁體混凝土保護層剝落、露筋，應先將松動的保護層鑿去，并清除鋼筋銹跡，然后用高強度等級混凝土修復保護層，破損面積不大處，可用環氧砂漿修補，損壞面積較大處，可噴高強度砂漿修補，要注意密實，與原結構粘結牢固，養生到位。

表5　某橋各主要受災構件火災后初步鑒定評級

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

（3）對梁體混凝土表面出現網裂部分，應進行裂縫封閉處理。

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

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

（6）由于盆式支座橡膠體被鋼護筒包圍，火災后橡膠的損傷情況無法檢查。根據《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。根據支座火場溫度（100～300℃），推斷火災過程中護筒內橡膠可能已出現軟化，故建議對火災影響范圍內的盆式支座進行監測，如發現異常情況應立即對支座進行更換，同時對盆式支座進行除銹防腐處理。

［1］劉其偉，王峰，等.火災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，火災后建筑結構鑒定標準［S］.北京：中國計劃出

報社，2009.

［3］DBJ08-219-96，火災后混凝土構件評定標準［S］.上海：上海市建筑

科學研究院編制，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，公路工程養護規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.