廣西某火損橋梁安全檢測與評估

韋積分 易志雄 毛振方

（1招商局公路網絡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, 重慶 400000; 3招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400000）

0 引言

了解火災對橋梁的損傷機理，運用現有的檢測手段對火災后的橋梁進行損傷程度的檢測評估，更好反映橋梁火災后的真實情況，成為當前急需解決的問題[1-2]。本文通過參照《火災后建筑結構鑒定標準》，將其檢測流程應用到橋梁上并驗證是否適用，總結出橋梁火損后的檢測內容與評估流程。文獻[3]結合工程實例，介紹了火災鋼筋混凝土結構的損傷特點，檢測的方法、內容及程序，利用國際標準升溫曲線ISO 834火災時間-溫度標準曲線、構件外觀檢查，混凝土回彈檢測對比分析及構件內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，總結出橋梁火損后的檢測方法與評估流程。

1 檢測內容與方法

2.1 檢測程序及方法

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

2.2 檢測內容

火災后的鑒定程序可根據結構鑒定的需要，分為初步鑒定和詳細鑒定兩個階段。火損橋梁檢測評定內容[5]主要包括：受火橋梁資料的收集，火災概況調查，火場范圍、溫度推定，構件外觀檢查，構件受火區域及溫度推定，混凝土性能檢測，鋼筋性能檢測，構件總體綜合評定。

2 實際工程的應用

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。上部結構采用預應力混凝土（后張）連續空心板，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現場情況調查和外觀檢測。廣西某大橋橋面因2017年11月9日貨車在橋面應急車道位置發生自燃，該事故造成廣西某大橋應急車道、行車道橋面鋪裝層約20m2損毀，瀝青面層出現瀝青燒化、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。火災影響較大的橋跨7#～10#板梁上方橋面鋪裝直接受到火燒和高溫的作用,損傷較為嚴重。1處網狀裂縫，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 詳細鑒定

本文中詳細鑒定大致包括火損區域及火災溫度場分布、結構構件的專項檢測與分析，構件總體綜合評定。

2.3.1 火損區域及火災溫度場分布

火損區域及火災溫度場分布是詳細檢測的一個重要部分，根據橋梁外觀檢查結果可以確定橋梁火損區域分布如圖2。參考《火災后建筑結構鑒定標準》（CECS 252-2009），通過混凝土構件的表面顏色及損傷程度來判斷其表面的受火溫度，進而得到結構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、錘擊反應與溫度的關系

根據火損混凝土狀況與溫度的關系表1，并結合現場檢測的實際情況，可以推定火災時的溫度場為：

1）火損區域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重區域存在火損裂縫，混凝土剝落；大部分火損區域細微裂縫，輕微剝落，推定中層頂面溫度在300oC～500oC。

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

根據大火發生時間、現場殘留物及橋梁外觀檢測情況，取火災有效燃燒時間為180min，根據國際標準升溫曲線ISO 834火災時間-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為火災標準溫度，oC；T0為自然界溫度，oC；t為火災經歷時間，min。

故可推定火損區域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件，考慮結構受損區及受損程度，采用回彈法對受火溫度區域內的混凝土強度和碳化深度進行了檢測，檢測結果見表2。

相對未受火結構，混凝土強度狀況良好,滿足混凝土設計要求，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個構件，由檢測結果可見，碳化深度最大為1.5mm，故未受火區域和受火區域均遠小于保護層厚度。

表2 混凝土強度檢測結果

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

根據中國工程建設協會標準CECS 252:2009《火災后建筑結構鑒定標準》附錄F中火災后混凝土強度折減系數，可判斷溫度大于800oC時，混凝土抗壓強度折減系數為0.2，故當采用此建筑結構鑒定標準中的折減系數時，混凝土強度遠小于規范值，即不滿足混凝土設計要求。

2.3.3 受損狀況綜合評定

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

2.3.4 結構驗算

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)第3.2節橋梁實際檢測數據和相關規范，對主梁結構的強度、剛度以及抗裂性進行驗算。根據實際檢測結果對橋梁實際受力狀態進行了計算分析。結果表明：

承載能力極限狀態，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范要求；正常使用極限狀態邊板、中板正截面抗裂、斜截面抗裂、正截面最大法向壓應力及斜截面最大主壓應力驗算均滿足規范要求。綜上，廣西某大橋承載能力極限狀態、正常使用極限狀態驗算均滿足設計荷載“公路-I級”的要求。

2.3.5 荷載試驗

為了驗證橋梁遭受火災后，火損區域及其他主要構件能否滿足荷載通行使用要求的標準，根據本橋實際狀況以及合同的相關約定，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，采用應變采集系統測試應變，采用裂縫寬度觀測儀對裂縫進行觀測，將測試結果與結構按相應荷載作用下的計算值以及有關規范規定值作比較，了解橋梁結構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變值均小于相應理論計算值，各測點應變校驗系數范圍為0.68～0.87，卸載后的相對殘余應變均小于20%。實測撓度值均小于相應理論計算值，撓度校驗系數范圍為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域均未發現新增裂縫，原有裂縫未見發展。綜上，火災后的橋梁能夠滿足“公路-I級”級荷載通行使用要求。

3 結語

通過結構驗算與荷載試驗的結果，我們發現《火災后建筑結構鑒定標準》附錄F中火災后混凝土強度折減系數計算出的折減強度與事實不相符，故此建筑結構鑒定標準不能應用在橋梁火災后的檢測中。

因此，本文總結了一套適用于橋梁遭受火災后的檢測內容與評估流程。第一步是初步檢測：一般分為火災現場情況調查和外觀檢測；第二步是詳細檢測：包括火損區域及火災溫度場分布（利用國際標準升溫曲線）→結構構件的專項檢測與分析（如混凝土的強度和碳化深度等）→構件總體綜合評定；第三步通過結構驗算和荷載試驗驗證橋梁遭受火災后火損區域及其他主要構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。