某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋火災(zāi)后損傷評(píng)估

劉國湘

(1.福建省交通科研院有限公司; 2.福建省公路水運(yùn)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350004)

1 概述

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 公路交通設(shè)施建設(shè)也進(jìn)入了大發(fā)展時(shí)期。 作為公路的重要組成部分——橋梁，尤其是混凝土梁橋，在公路建設(shè)中的比例不斷提高。一方面，隨著公路交通量日益增大，公路運(yùn)輸類型日趨多樣化、超載化，如高速公路上常見的汽油、乙醚等易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車，塑料、板材等易燃品載重貨車，這些車輛發(fā)生事故帶來的火災(zāi)隱患， 是橋梁火災(zāi)的主要因素；另一方面，在公路橋梁下方經(jīng)常堆積有橡膠、干柴等易燃物，由此引發(fā)橋梁的火災(zāi)事故也越來越多。

2007 年福銀高速閩清段建新大橋，由于油罐車下坡失控側(cè)翻引發(fā)火災(zāi)。 現(xiàn)場(chǎng)橋梁上部結(jié)構(gòu)被大火侵蝕超過半個(gè)小時(shí)后，溫度極高，路面瀝青燒成焦炭，連接處鋼板、欄桿均變形，橋墩也幾近燃燒10min，受損嚴(yán)重。

2016 年國道324 漳州段漳州大橋，由于橋下堆積物起火，導(dǎo)致橋墩及上部箱梁結(jié)構(gòu)表面損傷嚴(yán)重，混凝土剝落至主筋位置，主梁及橋墩有效截面削弱，預(yù)應(yīng)力鋼筋損傷，現(xiàn)場(chǎng)損傷如圖1 所示。

通過火災(zāi)事故可知， 橋梁火災(zāi)分為橋上交通事故引發(fā)火災(zāi)和橋下可燃物燃燒火災(zāi)。 橋上火災(zāi)主要受損部位為橋面鋪裝、護(hù)欄、聲屏障、主梁等；橋下火災(zāi)主要受損部位為主梁、下部墩臺(tái)及蓋梁等。 無論哪種形式火災(zāi)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的損傷都是不可逆的[5]。 因此，對(duì)橋梁火災(zāi)后的損傷評(píng)估是一個(gè)重要的項(xiàng)目。

目前交通橋梁領(lǐng)域并沒有一個(gè)比較詳盡的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，橋梁發(fā)生火災(zāi)后，橋隧檢測(cè)工程師一般使用常規(guī)的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估， 在 《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011） 的基礎(chǔ)上參考其他行業(yè)的火災(zāi)檢定標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施，其準(zhǔn)確性、科學(xué)性和系統(tǒng)性都受到一定程度的影響。

圖1 漳州大橋火災(zāi)后損傷圖片

2 工程概況

某預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋總長66.03m。 本橋上部結(jié)構(gòu)采用3 跨20m 等跨、 等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁， 共1聯(lián)。橋?qū)?7.25m。下部采用樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)荷載：公路-I 級(jí)。建成年限：2012 年。2019 年11 月19 日，橋下堆積的廢舊塑料制品因不明原因起火燃燒。由于地處海邊，火勢(shì)借著風(fēng)迅速變大，且橋下凈空不足2m，大火直接炙烤著橋梁結(jié)構(gòu)。 大火持續(xù)燃燒約60min，后被澆水撲滅。 火災(zāi)后橋梁現(xiàn)狀見圖2。

3 火災(zāi)后梁橋檢測(cè)內(nèi)容及流程

圖2 火災(zāi)后橋梁現(xiàn)狀圖

圖3 梁橋火災(zāi)后檢測(cè)流程及主要檢測(cè)內(nèi)容

火災(zāi)對(duì)橋梁造成的損傷， 主要包括直接燒灼損傷和溫度應(yīng)力作用損傷。 直接燒灼一般局限于火場(chǎng)和高溫?zé)煔鈴浡^(qū)域的結(jié)構(gòu)，溫度應(yīng)力遍及整座梁橋結(jié)構(gòu)[1]。 一般可以按照?qǐng)D3 所示步驟進(jìn)行。梁橋發(fā)生火災(zāi)后，應(yīng)首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，然后對(duì)橋梁構(gòu)件進(jìn)行初步檢測(cè)與詳細(xì)檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上再對(duì)火災(zāi)后梁橋的技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定， 必要時(shí)候開展荷載試驗(yàn)對(duì)內(nèi)部應(yīng)力損傷進(jìn)行評(píng)估。

3.1 初步檢查

初步檢查主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土灼燒后表觀變化去判斷。可以根據(jù)火災(zāi)后不同溫度下混凝土構(gòu)件的外觀特征，詳見表1[2]。

3.2 詳細(xì)檢測(cè)

本階段工作的關(guān)鍵在于詳細(xì)檢測(cè)梁橋各構(gòu)件的受損情況，判定梁橋是否能繼續(xù)使用，延長橋梁使用壽命。 詳細(xì)檢測(cè)的主要內(nèi)容有：火場(chǎng)溫度與梁橋構(gòu)件內(nèi)溫度推定、混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、 鋼筋強(qiáng)度檢測(cè)、 混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)、混凝土碳化深度檢測(cè)、混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)、混凝土損傷層檢測(cè)、有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)及荷載試驗(yàn)等，對(duì)于海洋環(huán)境下的橋梁還需開展混凝土鋼筋銹蝕以及電阻率的檢測(cè)[3]。

（1）火場(chǎng)溫度與梁橋構(gòu)件內(nèi)溫度推定：主要采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)合火災(zāi)燃燒材料及經(jīng)驗(yàn)確定；

（2）混凝土強(qiáng)度檢測(cè)：由于回彈法不適用于火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)， 因此強(qiáng)度檢測(cè)較多采用取芯法進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)回彈法僅做參考；

（3）鋼筋強(qiáng)度檢測(cè)：通常采用取樣驗(yàn)證的方法；

（4）混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)、混凝土碳化深度檢測(cè)：主要用于評(píng)定火災(zāi)的影響深度， 分別采用電磁感應(yīng)及碳化深度檢測(cè)尺進(jìn)行；

（5）混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)：主要采用超聲波檢測(cè)方法；

（6）混凝土損傷層檢測(cè)：根據(jù)強(qiáng)度、碳化的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析；

（7）有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)：需要對(duì)混凝土構(gòu)件局部鑿除，露出預(yù)應(yīng)力鋼筋，不推薦開展；

（8）荷載試驗(yàn)：對(duì)受損梁橋，雖然受火災(zāi)影響區(qū)域限于局部， 但是受火帶來的溫度應(yīng)力可能遍及整座橋梁結(jié)構(gòu)， 因此建議對(duì)受損嚴(yán)重以及重要性較高的橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)檢測(cè)，直觀反映火災(zāi)對(duì)承載能力的影響程度。

4 火災(zāi)后檢測(cè)結(jié)果匯總

4.1 初步檢測(cè)

（1）梁橋歷史情況調(diào)查

該橋2012 年建成通車，于2015 年通過竣工驗(yàn)收。最近于2019 年委托相關(guān)單位進(jìn)行定期檢查，技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為二類。 無維修加固歷史。

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度關(guān)系

（2）火災(zāi)情況調(diào)查

經(jīng)養(yǎng)護(hù)單位反映， 該橋起火原因是橋下廢舊塑料制品由于附近村名燃放煙花引燃。 大火影響范圍主要集中于第1 跨上部結(jié)構(gòu)箱梁及1# 墩柱。 由于橋址臨近海岸線，處于海洋環(huán)境中，火勢(shì)借海風(fēng)發(fā)展較快，約1h 后被消防車用水澆滅。 現(xiàn)場(chǎng)起火位置如圖4 所示。

圖4 梁橋火災(zāi)起火位置

（3）梁橋表觀特征檢測(cè)

受管養(yǎng)單位委托，對(duì)梁橋火災(zāi)后表觀情況進(jìn)行檢查，以此作為火場(chǎng)溫度推定的依據(jù)。 該橋箱梁受損狀況檢測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)于圖5。 梁橋火場(chǎng)溫度推定結(jié)果見表2。

圖5 箱梁受損狀況檢測(cè)結(jié)果圖

表2 梁橋火場(chǎng)溫度推定結(jié)果

4.2 詳細(xì)檢測(cè)

由于本項(xiàng)目橋梁僅為輕度損傷，不開展詳細(xì)檢測(cè)。在此羅列詳細(xì)檢測(cè)需要的內(nèi)容及對(duì)應(yīng)檢測(cè)方法。

5 火災(zāi)后梁橋應(yīng)急措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，推斷該橋僅為輕度燒傷，技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為三類橋，對(duì)結(jié)構(gòu)不存在危險(xiǎn)影響[4]，故建議如下：

(1)對(duì)上部結(jié)構(gòu)梁體混凝土保護(hù)層剝落、露筋，應(yīng)先將松動(dòng)的保護(hù)層鑿去，并清除鋼筋銹跡，然后用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土修復(fù)保護(hù)層， 破損面積不大處， 可用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，損壞面積較大處，可噴高強(qiáng)度砂漿修補(bǔ)，要注意密實(shí)，與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)牢固，養(yǎng)生到位；

(2)對(duì)熏黑部分梁體進(jìn)行清洗，以便于今后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)檢查；

(3)對(duì)受破壞墩柱，應(yīng)先鑿除表層松散的保護(hù)層至新鮮混凝土表層，采用增大墩柱截面積方法進(jìn)行加固，且加固時(shí)要保證新舊混凝土粘結(jié)性能；

（4）更換1# 墩柱火災(zāi)受損區(qū)域內(nèi)的3 個(gè)支座；

（5）防震擋塊應(yīng)先清洗鋼筋表面，做好除銹處理，然后用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土修復(fù)保護(hù)層。

6 結(jié)語

（1） 目前火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的檢測(cè)主要還是建立在《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)上，部分參數(shù)參考《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》。

（2）綜上所述，火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的檢測(cè)指標(biāo)及方法是多種多樣的。 在實(shí)際火災(zāi)后梁橋的檢測(cè)工作中，應(yīng)根據(jù)具體情況，系統(tǒng)地對(duì)火災(zāi)后混凝土梁橋損傷程度做出科學(xué)的鑒定和評(píng)估， 為后續(xù)梁橋的維修加固以及耐久性處理提供準(zhǔn)確的依據(jù)。