上跨高速公路橋梁火災后結構檢測評估實例分析

■李 寒

（福建省高速技術咨詢有限公司，福州 350001）

1 前言

近年來，隨著公路通車里程的大幅增長，各類橋梁火災事故時有發生，火災對橋梁結構材料及性能影響大，容易造成結構損傷、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營安全。本文主要通過實例分析，驗證火災后橋梁的損傷檢測和評估方法，以便為同類橋梁火災后檢測評估提供參考。

2 火災后橋梁檢測評估流程

（1）收集原始資料。查閱橋梁設計圖、歷年經常性檢查、定期檢查及特殊檢查報告，掌握橋梁的基本概況、設計參數和運營狀況。

（2）火災后的現場調查。了解火災起因、燃燒物性質、燃燒持續時間及撲救過程。

（3）確定火災影響區域。通過對著火位置和橋梁結構過火面的確定結合混凝土表面顏色等，推定火災影響范圍。

（4）災后橋梁的外觀檢查、特殊檢查。對橋梁整體及相關構件進行系統的檢測，包含表觀質量、材質狀況及狀態參數、變形情況等，對橋梁進行安全性評估，必要時，對受損嚴重的橋跨進行荷載試驗，綜合評定橋梁承載能力。

（5）根據檢測結果，向管養單位提出緊急處治建議、后期維修加固建議。

3 火災后橋梁檢測方法

3.1 外觀（表觀損傷）檢查

（1）確定火場溫度。在火災持續時間明確的情況下，火場溫度的確定可根據ISO-834標準升溫曲線公式求得，在火災持續時間無法準確得知的情況下，可根據CECS 252：2009《火災后建筑結構鑒定標準》給定的常見材料變態溫度與現場燃燒殘留物的形態進行對比，并結合過火區域混凝土構件的表觀顏色、錘擊聲音等推算火場溫度。

（2）確定火災影響區域并對表觀損傷狀況進行檢查。將橋梁構件以損傷區和周邊影響區進行劃分，采取目測的方式進行，找出損傷區橋梁構件過火范圍及裂損剝落區域，周邊影響區可采用觀察混凝土表觀顏色結合錘擊聲音的方式進行。

3.2 特殊檢查

（1）混凝土強度檢測

對于過火后產生裂縫的混凝土，不應采用回彈法或者超聲回彈綜合法檢測混凝土強度，因為此時回彈值、聲速與混凝土強度并無內在相關性，對于受損的混凝土強度檢測應采用鉆芯法為宜。

（2）損傷層厚度檢測

損傷層檢測可采用超聲法或鉆芯法進行。采用超聲法檢測時，在過火構件的表面選擇若干區域，依照CECS 21：2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術規程》中表面損傷層的超聲檢測方法測試計算混凝土表面損傷層深度，采用鉆芯法檢測時，在同一影響區域鉆取不同深度的芯樣，通過不同深度芯樣混凝土抗壓強度對比及芯樣微觀檢測，推定損傷層厚度。

（3）鋼筋材料力學性能試驗

鋼筋在經歷高溫后材料性能將發生變化，必要時通過現場截取的鋼筋進行拉伸和冷彎性能試驗，評估火災對鋼筋的影響程度。

（4）變形檢測

采用精密水準測量、錘球測量等的方式對火災后的橋梁進行變形檢測，對于上部結構過火的橋梁，應對橋面高程進行測量，檢測結果要與最近一次的橋面高程檢測結果（可從專項檢測資料或竣工資料中查閱）進行比較，繪出火災前后橋面高程曲線對比圖，以確定橋梁火災前后的變形情況；對于下部結構過火的橋梁，應對墩臺身豎直度進行測量，依照JTG F80/1-2004《公路工程質量檢驗評定標準（第一冊 土建工程）》中有關墩臺身豎直度的規定值進行判定。

（5）荷載試驗

必要時，根據 《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011），對受損嚴重的橋跨進行靜、動載試驗，以便合理評估受火災損害后橋梁的受損狀況。

其中，橋梁靜載試驗主要檢測橋梁結構在靜載作用下的工作性能，檢驗橋跨結構的強度和剛度是否滿足設計和規范要求；動載試驗主要測試橋梁結構在動載作用下的自振頻率、阻尼比和沖擊系數，以評估實際結構的動力性能。

4 火災后橋梁損傷評估

火災后應根據受損構件的顏色，損傷深度、裂縫、變形情況、混凝土強度等評估橋梁的損傷狀況，可采用表1內容進行評估。

表1 火災后橋梁損傷狀況評估表

5 實例分析

5.1 工程概況

圖1 火災事故現場

2017年1月15日下午三時許，一輛掛式貨車在某高速公路預應力混凝土空心板連續梁上跨橋后方橋下發生自燃，過火橋跨跨徑20m，大火持續燃燒約45min后被消防部門采取水淋方式撲滅，此次火災事故造成該橋第二跨梁體遭受火災損傷，現場照片見圖1和圖2。

5.2 火場溫度及火災影響區域的確定

圖2 梁體受損情況

5.2.1 火場溫度的推定

推定火場溫度有助于正確評價橋梁過火構件的受損程度，根據ISO-834標準升溫曲線公式：

式中：T——火災標準溫度/℃；

T0——自然界溫度（16℃）；

T——火災持續時間（45min）。

由此推定的起火點火場溫度T=898℃。

根據現場查勘，起火點位于上跨橋后方橋下空間，距離橋梁大約8m位置，受風力影響火焰燃向橋梁，結合現場檢測時混凝土表觀呈現淺灰色，部分區域錘擊聲較沉悶，由此推測受損構件表面溫度大約在500℃左右。

5.2.2 火災影響區域的確定

根據火災現場調查，主要受損區域為第二跨空心板梁底縱橋向13m范圍內，單跨5片梁均有不同程度的損傷。

5.3 外觀檢查結果

檢查結果表明過火構件中度損傷的部位出現小面積的混凝土剝落、露筋，多集中于空心板梁邊角位置，混凝土表面出現輕微網裂現象，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明顯缺陷。本次火災后橋梁外觀檢查結果見表2。

5.4 特殊檢查結果

5.4.1 混凝土強度

選取第二跨5片梁過火構件受損最嚴重的部位，各鉆取1組芯樣進行混凝土抗壓強度試驗，試驗及評定結果見表3。

表2 外觀檢查情況一覽表

表3 混凝土抗壓強度試驗結果一覽表

5.4.2 損傷層厚度

在第二跨2-1梁、2-2梁和2-3梁選取過火構件受損最嚴重的部位，各布設1個測區，現場采用超聲法檢測，通過繪制“時-距”坐標圖，運用損傷層厚度計算式，推定過火構件表面損傷層厚度，計算結果見表4。

表4 損傷層厚度計算結果一覽表

5.4.3 變形檢測

在第二跨橋面中軸線上每隔2m布設測點，采用精密水準儀對橋面高程進行水準測量，并將實測高程與設計高程進行對比，結果見表5和圖3。

由高程測量結果對比可知，所測橋跨測點最大高差為14mm，小于梁式橋活載容許撓度值L/600=33mm。

5.4.4 荷載試驗

靜載試驗測試跨選擇該橋第二跨，應變測試截面選擇該跨的跨中截面和1#墩頂支點截面，撓度測試截面選擇該跨的跨中截面。本次荷載試驗分為2種試驗工況即中載和偏載，每種試驗工況采用4輛3軸載重汽車按兩列車隊進行加載。通過現場靜、動載試驗以及后期數據統計分析得到試驗結果：橋梁結構強度、剛度滿足設計要求；結構的整體剛度較大，行車狀況較好。

5.5 檢測評估結論

表5 橋面高程數據對比表

荷載試驗結果表明：該上跨橋的受力性能和正常使用狀態承載能力滿足設計荷載等級（公路II級）要求，結構工作狀況符合通車條件，依照外觀檢查和特殊檢查結果，綜合評定橋梁構件的損傷狀況為二級（中度損傷），此次火災事故對橋梁結構安全或正常使用產生不利影響，特別是對橋梁的耐久性影響更甚，建議對該橋采取局部加固補強措施。

6 結語

通過對火災后橋梁損傷實例檢測和評估分析，驗證了火災后橋梁損傷檢測的流程及檢測評估方法運用可行性。本次檢測評估對象僅是預應力混凝土空心板連續梁橋，由于橋梁結構的復雜性和形式的多樣性，采納的檢測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踐積累，以上實例分析希望能為同行提供參考和借鑒。

圖3 橋面高程曲線對比圖

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