上跨高速公路桥梁火灾后结构检测评估实例分析

■李 寒

（福建省高速技术咨询有限公司，福州 350001）

1 前言

近年来，随着公路通车里程的大幅增长，各类桥梁火灾事故时有发生，火灾对桥梁结构材料及性能影响大，容易造成结构损伤、变形、承载能力下降和耐久性的恶化，桥梁的安全直接控制着公路的运营安全。本文主要通过实例分析，验证火灾后桥梁的损伤检测和评估方法，以便为同类桥梁火灾后检测评估提供参考。

2 火灾后桥梁检测评估流程

（1）收集原始资料。查阅桥梁设计图、历年经常性检查、定期检查及特殊检查报告，掌握桥梁的基本概况、设计参数和运营状况。

（2）火灾后的现场调查。了解火灾起因、燃烧物性质、燃烧持续时间及扑救过程。

（3）确定火灾影响区域。通过对着火位置和桥梁结构过火面的确定结合混凝土表面颜色等，推定火灾影响范围。

（4）灾后桥梁的外观检查、特殊检查。对桥梁整体及相关构件进行系统的检测，包含表观质量、材质状况及状态参数、变形情况等，对桥梁进行安全性评估，必要时，对受损严重的桥跨进行荷载试验，综合评定桥梁承载能力。

（5）根据检测结果，向管养单位提出紧急处治建议、后期维修加固建议。

3 火灾后桥梁检测方法

3.1 外观（表观损伤）检查

（1）确定火场温度。在火灾持续时间明确的情况下，火场温度的确定可根据ISO-834标准升温曲线公式求得，在火灾持续时间无法准确得知的情况下，可根据CECS 252：2009《火灾后建筑结构鉴定标准》给定的常见材料变态温度与现场燃烧残留物的形态进行对比，并结合过火区域混凝土构件的表观颜色、锤击声音等推算火场温度。

（2）确定火灾影响区域并对表观损伤状况进行检查。将桥梁构件以损伤区和周边影响区进行划分，采取目测的方式进行，找出损伤区桥梁构件过火范围及裂损剥落区域，周边影响区可采用观察混凝土表观颜色结合锤击声音的方式进行。

3.2 特殊检查

（1）混凝土强度检测

对于过火后产生裂缝的混凝土，不应采用回弹法或者超声回弹综合法检测混凝土强度，因为此时回弹值、声速与混凝土强度并无内在相关性，对于受损的混凝土强度检测应采用钻芯法为宜。

（2）损伤层厚度检测

损伤层检测可采用超声法或钻芯法进行。采用超声法检测时，在过火构件的表面选择若干区域，依照CECS 21：2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》中表面损伤层的超声检测方法测试计算混凝土表面损伤层深度，采用钻芯法检测时，在同一影响区域钻取不同深度的芯样，通过不同深度芯样混凝土抗压强度对比及芯样微观检测，推定损伤层厚度。

（3）钢筋材料力学性能试验

钢筋在经历高温后材料性能将发生变化，必要时通过现场截取的钢筋进行拉伸和冷弯性能试验，评估火灾对钢筋的影响程度。

（4）变形检测

采用精密水准测量、锤球测量等的方式对火灾后的桥梁进行变形检测，对于上部结构过火的桥梁，应对桥面高程进行测量，检测结果要与最近一次的桥面高程检测结果（可从专项检测资料或竣工资料中查阅）进行比较，绘出火灾前后桥面高程曲线对比图，以确定桥梁火灾前后的变形情况；对于下部结构过火的桥梁，应对墩台身竖直度进行测量，依照JTG F80/1-2004《公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）》中有关墩台身竖直度的规定值进行判定。

（5）荷载试验

必要时，根据 《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011），对受损严重的桥跨进行静、动载试验，以便合理评估受火灾损害后桥梁的受损状况。

其中，桥梁静载试验主要检测桥梁结构在静载作用下的工作性能，检验桥跨结构的强度和刚度是否满足设计和规范要求；动载试验主要测试桥梁结构在动载作用下的自振频率、阻尼比和冲击系数，以评估实际结构的动力性能。

4 火灾后桥梁损伤评估

火灾后应根据受损构件的颜色，损伤深度、裂缝、变形情况、混凝土强度等评估桥梁的损伤状况，可采用表1内容进行评估。

表1 火灾后桥梁损伤状况评估表

5 实例分析

5.1 工程概况

图1 火灾事故现场

2017年1月15日下午三时许，一辆挂式货车在某高速公路预应力混凝土空心板连续梁上跨桥后方桥下发生自燃，过火桥跨跨径20m，大火持续燃烧约45min后被消防部门采取水淋方式扑灭，此次火灾事故造成该桥第二跨梁体遭受火灾损伤，现场照片见图1和图2。

5.2 火场温度及火灾影响区域的确定

图2 梁体受损情况

5.2.1 火场温度的推定

推定火场温度有助于正确评价桥梁过火构件的受损程度，根据ISO-834标准升温曲线公式：

式中：T——火灾标准温度/℃；

T0——自然界温度（16℃）；

T——火灾持续时间（45min）。

由此推定的起火点火场温度T=898℃。

根据现场查勘，起火点位于上跨桥后方桥下空间，距离桥梁大约8m位置，受风力影响火焰燃向桥梁，结合现场检测时混凝土表观呈现浅灰色，部分区域锤击声较沉闷，由此推测受损构件表面温度大约在500℃左右。

5.2.2 火灾影响区域的确定

根据火灾现场调查，主要受损区域为第二跨空心板梁底纵桥向13m范围内，单跨5片梁均有不同程度的损伤。

5.3 外观检查结果

检查结果表明过火构件中度损伤的部位出现小面积的混凝土剥落、露筋，多集中于空心板梁边角位置，混凝土表面出现轻微网裂现象，轻度损伤的部位混凝土表面被黑烟覆盖，清理烟尘后梁体未出现明显缺陷。本次火灾后桥梁外观检查结果见表2。

5.4 特殊检查结果

5.4.1 混凝土强度

选取第二跨5片梁过火构件受损最严重的部位，各钻取1组芯样进行混凝土抗压强度试验，试验及评定结果见表3。

表2 外观检查情况一览表

表3 混凝土抗压强度试验结果一览表

5.4.2 损伤层厚度

在第二跨2-1梁、2-2梁和2-3梁选取过火构件受损最严重的部位，各布设1个测区，现场采用超声法检测，通过绘制“时-距”坐标图，运用损伤层厚度计算式，推定过火构件表面损伤层厚度，计算结果见表4。

表4 损伤层厚度计算结果一览表

5.4.3 变形检测

在第二跨桥面中轴线上每隔2m布设测点，采用精密水准仪对桥面高程进行水准测量，并将实测高程与设计高程进行对比，结果见表5和图3。

由高程测量结果对比可知，所测桥跨测点最大高差为14mm，小于梁式桥活载容许挠度值L/600=33mm。

5.4.4 荷载试验

静载试验测试跨选择该桥第二跨，应变测试截面选择该跨的跨中截面和1#墩顶支点截面，挠度测试截面选择该跨的跨中截面。本次荷载试验分为2种试验工况即中载和偏载，每种试验工况采用4辆3轴载重汽车按两列车队进行加载。通过现场静、动载试验以及后期数据统计分析得到试验结果：桥梁结构强度、刚度满足设计要求；结构的整体刚度较大，行车状况较好。

5.5 检测评估结论

表5 桥面高程数据对比表

荷载试验结果表明：该上跨桥的受力性能和正常使用状态承载能力满足设计荷载等级（公路II级）要求，结构工作状况符合通车条件，依照外观检查和特殊检查结果，综合评定桥梁构件的损伤状况为二级（中度损伤），此次火灾事故对桥梁结构安全或正常使用产生不利影响，特别是对桥梁的耐久性影响更甚，建议对该桥采取局部加固补强措施。

6 结语

通过对火灾后桥梁损伤实例检测和评估分析，验证了火灾后桥梁损伤检测的流程及检测评估方法运用可行性。本次检测评估对象仅是预应力混凝土空心板连续梁桥，由于桥梁结构的复杂性和形式的多样性，采纳的检测方法或多或少都有自身的局限性，还需要更深入的理论研究和实践积累，以上实例分析希望能为同行提供参考和借鉴。

图3 桥面高程曲线对比图

[1]唐国彪.过火桥梁受损后的检测、评估和加固[J].山西交通科技，2009（4）：51-52.

[2]许宏元，侯旭，刘士林.火灾后混凝土桥梁的损伤识别与状态评估[J].现代交通技术，2009，6（1）38-41.

[3]刘鸿雁.公路混凝土桥梁火灾后的检测与评估[J].公路交通科技：应用技术版，2010（1）：33-34.

[4]刘其伟，王峰，徐开顺，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.

[5]邵永军，张宏.混凝土桥梁火灾损伤检测评估方法与应用[J].公路交通技术，2011（2）：91-96.