某火燒橋橋梁承載能力評估及維修加固措施

商 東 洋

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 工程概況

某橋建成于2012年，跨徑布置為4×30 m+5×30 m+4×30 m，橋梁全長為397 m。交角為90°。橋面凈寬為11.25 m，兩側(cè)各設(shè)0.5 m的混凝土護(hù)欄。橋面鋪裝采用瀝青混凝土，型鋼伸縮縫，分別位于0號臺、4號墩、9號墩頂和13號臺頂。支座為板式橡膠支座。上部結(jié)構(gòu)為簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，每孔4片梁；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土肋板式臺，雙柱式墩，樁基礎(chǔ)。

某日凌晨3:30左右，在該橋4號墩頂應(yīng)急車道附近，一輛載有類似瀝青狀貨物的5軸大貨車，由于自燃造成瀝青泄漏并沿4號墩處伸縮縫順流至橋下，引發(fā)橋下4號墩附近也產(chǎn)生大火，歷經(jīng)1.5 h后，約凌晨5：00火勢被撲滅。

2 主要病害

2.1 橋梁主要病害

2.1.1 上部結(jié)構(gòu)主要病害

1)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁：

受火燒的影響，4-1號～4-4號、5-4號梁翼緣、腹板及梁底網(wǎng)狀裂縫，裂縫寬度最大為0.3 mm，敲擊聲音沉悶。4-1號～4-4號梁左右腹板板角空鼓，敲擊聲音沉悶。4-4號、5-4號梁左翼緣大面積剝落露筋，深度最大為10 cm。4-2號～4-4號梁底近4號墩處剝落露筋，深度最大為3 cm。4-2號～4-4號、5-4號梁自4號墩起12 m范圍內(nèi)呈土黃色，5-3號梁左腹板距4號墩5 m處呈灰白色。第4孔、5孔梁自4號墩起15 m范圍內(nèi)除呈土黃色部分外，其余表面熏黑。4-1號～4-4號濕接縫4號墩起大面積網(wǎng)狀裂縫，裂縫寬度最大為0.2 mm。第3孔主梁表面局部熏黑。

2)上部結(jié)構(gòu)一般構(gòu)件：

4-1號～4-4號濕接縫4號墩起大面積網(wǎng)狀裂縫，裂縫寬度最大為0.2 mm。

3)支座：

4-4-1號～4-4-8號支座表面橡膠燒損焦化嚴(yán)重，失去承載能力；5-4-1號～5-4-8號支座開裂嚴(yán)重。

2.1.2 下部結(jié)構(gòu)病害

4號墩蓋梁火燒后小樁號側(cè)大面積剝落露筋，深度為4.5 cm。4號墩蓋梁小樁號側(cè)表面土黃、大樁號側(cè)熏黑。4-2號 柱火燒后圓周沿柱自上而下，表面呈土黃色，混凝土空鼓、開裂，保護(hù)層基本失效；4-2號柱小樁號側(cè)大面積剝落、露筋，深度為4.5 cm。3號墩蓋梁及墩柱熏黑。

2.1.3 橋面系及其他附屬設(shè)施病害

1)橋面鋪裝：

第4孔、第5孔橋面火燒后凈寬內(nèi)骨料外露，影響深度最大為4 cm，并伴有網(wǎng)裂，縱橋向累計長度為40 m。

2)伸縮縫：

4號墩頂伸縮縫型鋼通長變形，型鋼左側(cè)高于橋面4 cm；橡膠條已被完全燒毀。

3)混凝土護(hù)欄：

第4孔～第5孔左側(cè)混凝土護(hù)欄火災(zāi)后混凝土表面顏色有變化，燒至土黃色；護(hù)欄敲擊聲音沉悶，火燒影響深度最大為5 cm；未見護(hù)欄混凝土剝落、受力主筋外露。左側(cè)混凝土護(hù)欄下緣鑲面石酥脆破裂。

4)標(biāo)志、管線：

第3孔～第5孔中分帶防眩板燒毀，累計長度為70 m。通信管道套管火燒損壞70 m。

2.2 回彈法測試構(gòu)件混凝土強(qiáng)度

本次檢測混凝土強(qiáng)度采用回彈法測試，通過選取受火災(zāi)影響程度不同的構(gòu)件，以對比分析受火災(zāi)影響區(qū)域的不同對混凝土強(qiáng)度的影響程度。因此選取4-1號～4-4號、5-1號～5-4號梁共8個構(gòu)件進(jìn)行測試。根據(jù)規(guī)范要求，每個構(gòu)件布置10個混凝土回彈測區(qū)，每個測區(qū)測試16個測點(diǎn)。測試結(jié)果見表1。

表1 混凝土平均換算強(qiáng)度結(jié)果表

由表1，圖1，圖2得出以下結(jié)論：4-4號梁混凝土換算強(qiáng)度較4-1號梁降低28%，4-3號梁混凝土換算強(qiáng)度較4-1號梁降低25%，4-2號梁混凝土換算強(qiáng)度較4-1號梁降低15%。5-4號梁混凝土換算強(qiáng)度較5-1號梁降低42%。

3 荷載試驗(yàn)

3.1 目的

1)通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變和撓度，確定火災(zāi)后橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力是否符合設(shè)計要求。

2)為橋梁維修加固提供依據(jù)。

3.2 試驗(yàn)工況

本次靜載試驗(yàn)采用內(nèi)力等效原則，即用等代荷載在測試截面產(chǎn)生的內(nèi)力與控制荷載在測試截面產(chǎn)生的內(nèi)力等效的原則對加載橋跨進(jìn)行靜載試驗(yàn)測試。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖、應(yīng)力分布以及橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況等，按照橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力原則和代表性原則確定試驗(yàn)加載工況及測試截面，具體如表2所示。

表2 靜載試驗(yàn)測試工況及內(nèi)容

3.3 結(jié)果

經(jīng)驗(yàn)證，第4孔、第5孔主梁正截面抗彎承載能力滿足設(shè)計荷載等級要求(工況一、工況四)，第4孔、第5孔主梁中支點(diǎn)斜截面抗剪承載能力滿足設(shè)計荷載等級要求(工況三、工況六)。由于篇幅所限，本文僅列出工況二、工況五數(shù)據(jù)，試驗(yàn)孔(第4孔、第5孔)在各級荷載作用下的邊支點(diǎn)主拉應(yīng)力實(shí)測值和理論值見表3。

表3 主拉應(yīng)力實(shí)測值與理論值對比表

在試驗(yàn)荷載作用下主要控制截面應(yīng)力測點(diǎn)試驗(yàn)荷載效率與實(shí)測值的關(guān)系曲線如圖3，圖4所示。

從表3，圖3，圖4可以得出以下結(jié)論：

在試驗(yàn)荷載效率分別為0.98，0.96的試驗(yàn)荷載作用下，第4孔、第5孔主梁邊支點(diǎn)剪力工況控制截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.96～1.37，說明主梁邊支點(diǎn)斜截面抗剪承載能力不滿足設(shè)計荷載等級要求。

試驗(yàn)荷載效率—主拉應(yīng)力關(guān)系曲線接近于直線，且實(shí)測相對殘余變形和相對殘余應(yīng)變(應(yīng)力)小于20%，說明結(jié)構(gòu)接近彈性工作狀況。

4 維修加固方案及效果

4.1 上部主要結(jié)構(gòu)

1)對第4孔、第5孔主梁簡支端采用增大截面法進(jìn)行抗剪加固，對主梁簡支端7 m范圍內(nèi)兩側(cè)腹板采用C50混凝土加厚15 cm；

2)對第4孔、第5孔主梁抗剪加固以外區(qū)域梁底、腹板、翼緣、濕接縫部位，鑿除表面松散混凝土，對鋼筋進(jìn)行除銹，采用碳纖維網(wǎng)格和涂抹專用漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。粘貼一層200/200雙向碳纖維網(wǎng)格，與其配套使用的是特制的高強(qiáng)砂漿，工藝為濕法涂抹，采用人工涂抹或噴射的工藝進(jìn)行施工；

3)對第4孔、第5孔橫隔梁清除表面松散混凝土，采用聚合物砂漿維修；第3孔～第5孔主梁熏黑處進(jìn)行基面處理，防腐涂裝；

4)更換4號墩頂支座，共計16個，更換前后支座處梁底高程應(yīng)保持不變；支座更換需整體頂升梁體，每個墩橫向整體同步頂升；

5)清除4號墩頂支座墊石破損混凝土，采用聚合物砂漿維修。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

1)對4號墩蓋梁及4-1號、4-2號柱進(jìn)行外包混凝土維修；

2)對3號、4號墩蓋梁及墩柱進(jìn)行防腐涂裝；

3)清除4號墩頂施工垃圾。

4.3 橋面系及附屬結(jié)構(gòu)

2)鑿除第4孔、第5孔左側(cè)混凝土護(hù)欄火燒后空鼓混凝土，采用碳纖維網(wǎng)格和涂抹專用砂漿進(jìn)行維修；

3)更換4號墩頂伸縮縫；

4)更換3孔～5孔破損、缺失防眩板、輪廓標(biāo)、管線保護(hù)套管及支架。

主梁維修示意圖見圖5，圖6。

4.4 維修加固效果

表4列出了加固前后邊支點(diǎn)抗剪承載力的變化，通過比較，該橋梁經(jīng)過加固后結(jié)構(gòu)抗剪承載力有了較大的提高。

表4 抗剪承載力計算值

5 結(jié)語

橋梁經(jīng)火燒后必須進(jìn)行近距離接觸性檢測，必要時還需通過荷載試驗(yàn)等方法驗(yàn)證其承載力是否滿足要求。橋梁制定維修加固方案時，除需滿足其承載能力要求外，也需考慮現(xiàn)場施工難易程度及維修后橋梁美觀性等要求。希望本文的工程案例能為類似的火燒橋梁承載力評估和維修加固提供參考依據(jù)。