连续箱梁桥梁火灾后的损伤评估

■王子楸（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路、水运工程重点试验室，福州350004）



连续箱梁桥梁火灾后的损伤评估

■王子楸1，2
（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路、水运工程重点试验室，福州350004）

某国道一座通车多年的连续箱梁桥遭遇火灾，由于该桥地处交通要道，必须短时间内对桥梁结构灾后损坏程度做出全面的评估鉴定。通过现场外观检查和无损试验，特别是对受灾桥跨和邻近桥跨分别测试，评估灾后桥跨的损伤程度，为后期加固设计提供必要资料。鉴于结构的运营安全和耐久性要求，需及时对受损部位进行补强、加固，并加强日后监测。

连续箱梁火灾事故灾后检查无损检测损伤评估

1引言

今年，由于城市扩张，原有国省干线已经被城市化所包围，桥下违章搭建较为严重。违章建筑物燃烧造成的桥梁结构损伤的几率增大。火灾不仅造成很大的经济损失，而且对桥梁结构本身造成不同程度的破坏，损坏严重的必须加固补强才可投入运营［1］。本文结合某连续箱梁桥实例，介绍火灾后检测评估方法和内容，为后期加固设计提供必要资料。

2工程概况

某预应力连续箱梁桥位于国道G324线改线工程，2002年建成通车。本桥上部结构采用40m等跨、等截面

图1　桥梁桥型布置

3桥梁缺损状况检查

3.1桥梁结构损伤状态调查

火灾对桥跨的伤害主要集中在第12跨箱梁主梁距11#墩6.0m～20.0m之间梁底范围和11#、12#墩柱。桥梁损伤如图2～5所示。

3.1主梁受损状态

（1）结构受损区域（范围）：纵桥向，箱梁梁体的缺损主要集中在第12跨，整个受损区域面积有78.0m2。受损区域损伤类型有三类：第一类是混凝土局部粉刷层剥落，预应力混凝土连续箱型梁，共15跨。桥型布置图如图1所示。箱梁为单箱单室结构，顶板宽14.0m，底板宽6.0m，箱梁高2.50m，跨中截面底板厚度为0.22m。箱梁底普通纵向筋设计保护层厚度为37mm。桥墩采用钢筋混凝土双柱式墩身直接对接钻孔桩基础，墩柱、桩身直径均为1.5m。墩柱竖向主筋设计净保护层厚度为60mm。桥台采用混凝土耳墙式，钻孔桩基础。道路等级为城市主干道I级，设计荷载为汽车-20级，挂车-100级，人群3.50kN/m2。2016年2月8日，凌晨01∶30左右，桥下废品回收站堆积在桥下的废旧塑料制品因不明原因起火燃烧。据现场介绍，大火持续燃烧约2个小时左右后被扑灭。且未剥落区域内部有层离现象，锤子敲击出现网裂；第二类是表层混凝土爆裂、剥落；第三类是梁底混凝土保护层酥松、大面积剥落，钢筋出露，横向钢筋扭曲变形。三类损伤的混凝土表层颜色分别为粉红、灰白、浅黄。

图2　大桥火灾起火位置（单位：m）

图3　箱梁梁底受损图

图4　桥梁墩柱受损图

图5　第12跨箱梁缺损状况分布图

（2）梁底混凝土损伤厚度：在清除表层松散的损伤混凝土之后，测量混凝土表层脱落厚度。一般砼剥落的厚度均达到20mm，靠近火源区域受损最为严重，脱落厚度最深达45mm，且梁底右侧边角位置混凝土剥落严重，梁底预应力束架立钢筋出露；截面受损如图6所示。

图6　第12跨箱梁距11#墩11.50m处截面受损图

（3）主梁裂缝：箱梁梁底共计6条横向裂缝，且均延伸至腹板，其中4条较2014年检测结果无变化，2条为火灾后新增裂缝，梁底最大缝宽0.20mm，腹板最大缝宽为0.14mm，缝深最大为37mm。

（4）箱梁左侧腹板、翼缘板出现大面积混凝土剥落露筋。

3.2支座受损状态

火灾影响区域内4个支座（盆式固定）钢板防锈油漆表面附着黑烟，且有脱皮现象。

3.3墩柱受损状态

（1）结构受损：4根墩柱均出现混凝土保护层剥落、露箍筋、竖向主筋损伤，11-2墩柱损伤程度最严重，混凝土受损最大深度78.42mm，表面呈土黄色、灰白色。

（2）墩柱空鼓：11#、12#墩4根墩柱被大火灼烧的区域敲击空鼓沉闷声明显。

（3）墩柱裂缝：11-1墩柱3条竖向裂缝，缝长分别为L1=1.20m、L2=1.40m、L3=1.00m，缝宽分别为D1=0.36mm、D2=0.36mm、D3=0.40mm。

4火灾温度判定

因现场燃烧物燃烧量已不能确定，根据《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECS252：2009）“附录B混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系”，结合外观检查结果，可推定火灾过程中该桥各主要受灾跨梁体和墩柱可能达到的温度，如表1、表2所示。

表1　某桥主要受灾梁体推定火场温度

5桥梁材质强度检测评定

根据外观检查的火灾影响范围，选取部分梁体和墩柱进行混凝土回弹测试。其中墩柱选取11-1墩柱、11-2墩柱进行混凝土回弹测试，选取的测试面为墩柱未直接受火燃烧的表面完好区域；12-1墩柱、12-2墩柱受火灾影响，混凝土沿环向发生剥落，裸露的混凝土呈颗粒状，同时用锤子敲击完好区域有空鼓沉闷声，推断内部混凝土已经出现分层，不满足回弹法测试混凝土强度的条件，建议对墩柱钻取小芯样检测灾后混凝土强度。上部结构梁体选取火源所处的第12跨以及附近第11跨、第13跨梁体进行混凝土回弹测试。为了获得进一步获得火灾对桥梁上部结构影响范围，根据外观检查结果，将第12跨区域划分为直接受火区域和间接受火区域1、2，分别进行混凝土回弹测试。

表2　某桥主要受灾墩柱推定火场温度

表3　主要受灾构件测区的回弹修正系数

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JTJ T23-2011）规定，当混凝土表面遭受了火灾或内部有缺陷时，不能直接采用回弹法检测，而应用火灾专用测强曲线。目前国内尚未有统一火灾后混凝土测强专用曲线，仅上海市地方标准《火灾后混凝土构件评定标准》（DBJ08-219-96）对回弹法检测火灾后混凝土强度作出规定。该市地理环境与上海市接近，故可参考上海市地方标准《火灾后混凝土构件评定标准》（DBJ08-219-96）对火灾后混凝土回弹强度进行修正，检测结果如表3和表4所示。

6损伤成因分析

（1）混凝土保护层剥落、露筋主要原因：现场温度逐渐升高后，混凝土毛细孔中游离水大量蒸发，水泥石膨胀和骨料变形差异增大，水泥石中的氢氧化钙等水化物脱水分解，导致水泥石结构破坏，水泥石与骨料之间的粘结丧失，保护层逐渐剥落。

（2）钢筋扭曲变形是因为火场温度过高，达到或接近钢材的软化点，但钢筋不同部位温度不同而导致变形不协调，致使钢筋出现扭曲变形。

（3）梁体出现裂缝主要原因：现场温度逐渐升高后，混凝土体积急剧膨胀，同时预应力钢束、普通钢筋力学性能在高温环境下受影响，致使梁体表面出现裂缝。

7初步鉴定评级结果与建议

7.1桥梁灾后初步鉴定评级结果

根据外观检测结果，参照《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECTS252-2009）对某桥受火灾影响的梁体和墩柱进行初步鉴定评级，结果如表5所示。

7.2灾后应急处置意见与建议

经灾后外观检查和无损检测，该桥目前能够满足小型车辆通行要求，但应限制大型载重车辆通行。同时，应尽快对灾后损伤结构进行修复补强。

（1）对上部结构梁体混凝土保护层剥落、露筋，应先将松动的保护层凿去，并清除钢筋锈迹，然后用高强度等级混凝土修复保护层，破损面积不大处，可用环氧砂浆修补，损坏面积较大处，可喷高强度砂浆修补，要注意密实，与原结构粘结牢固，养生到位。

表5　某桥各主要受灾构件火灾后初步鉴定评级

（2）对箱梁腹板、梁底裂缝，采用压力灌浆法灌注环氧树脂胶或其他灌缝材料进行封闭，并采用粘贴碳纤维布或钢板等有效加固方式进行加固，增强桥梁的抗弯承载力。

（3）对梁体混凝土表面出现网裂部分，应进行裂缝封闭处理。

（4）对破坏墩柱，应先凿除表层松散的保护层至新鲜混凝土表层，采用增大墩柱截面积方法进行加固，且加固时要保证新旧混凝土粘结性能。

（5）12-1墩柱、12-2墩柱由于现场达不到回弹测试的条件，同时现场所测得的11-1墩柱、11-2墩柱回弹强度较低，建议对以上4根墩柱钻取小芯样检测灾后混凝土强度。

（6）由于盆式支座橡胶体被钢护筒包围，火灾后橡胶的损伤情况无法检查。根据《公路桥梁盆式橡胶支座》（JT391-1999），支座橡胶成分主要为氯丁橡胶，分解温度230℃～260℃，短期可耐120℃～150℃，具有一定的耐热性和阻燃性。根据支座火场温度（100～300℃），推断火灾过程中护筒内橡胶可能已出现软化，故建议对火灾影响范围内的盆式支座进行监测，如发现异常情况应立即对支座进行更换，同时对盆式支座进行除锈防腐处理。

［1］刘其伟，王峰，等.火灾受损桥梁检测评估与加固处理［J］.公路交通科技，2005（2）：71-74.

［2］CECTS252-2009，火灾后建筑结构鉴定标准［S］.北京：中国计划出

报社，2009.

［3］DBJ08-219-96，火灾后混凝土构件评定标准［S］.上海：上海市建筑

科学研究院编制，1996.

［4］JT391-1999，公路桥梁盆式橡胶支座.北京：人民交通出版社，1999.

［5］JTGH11-2004，公路工程养护规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.