谈火灾后梁式混凝土桥梁损坏评估方法

赵志俊 樊 松

(1.陕西高速公路建设集团公司西渭分公司，陕西 西安 710038； 2.陕西高速公路建设集团公司，陕西 西安 710038)

谈火灾后梁式混凝土桥梁损坏评估方法

赵志俊1樊 松2

(1.陕西高速公路建设集团公司西渭分公司，陕西 西安 710038； 2.陕西高速公路建设集团公司，陕西 西安 710038)

以某梁式混凝土桥梁为例，通过调查该桥遇火灾后的现场情况，对桥梁的外观损伤检查状况作了介绍，并分析了火场的温度，得出了一些桥梁损坏评估结论，据此提出了桥梁的加固维修建议。

桥梁，火灾，评估，加固

0 引言

近年来，由于高速公路桥梁火灾事故频发，高温下导致钢筋混凝土材料的力学性能发生改变，桥梁结构物损伤，承载能力降低，严重影响高速公路运营安全。因此，桥梁火灾后评估维修，已经成为高速公养护的一项重要工作。本文将以某高速公路梁式混凝土桥为例，研究论述桥梁灾后如何检查评价桥梁损坏情况并做出加固修复计划。

1 某桥概况

一辆装有钢卷材的天然气半挂车在某枢纽互通式立交主线桥左幅第五联12号墩防撞装置发生碰撞爆炸起火，受天然气及汽车燃烧的影响，该桥左幅12号墩位置桥墩墩柱、盖梁、支座、主梁及路面、护栏、桥墩防撞设施等均有不同程度的损伤。受损左幅第五联桥梁概貌见图1。

该桥上部结构先简支后预应力混凝土连续箱梁(共5联)。下部结构为柱式墩、柱式桥台、肋式桥台；基础采用桩基础，墩台径向布置。

本次火灾受损桥跨为左幅第五联，该联上跨某高速公路，上部结构采用2×30 m预制预应力连续箱梁，箱梁梁高1.6 m，跨中部分腹板及底板厚18 cm，支点附近腹板及底板厚25 cm，C50混凝土；桥面铺装采用8 cm厚C50混凝土桥面现浇层和10 cm厚沥青混凝土桥面铺装。下部结构采用柱式墩，桩基础。桥墩柱径1.4 m，C30混凝土，桩基直径1.5 m，C25混凝土。受损的左幅12号桥墩为该联中墩。

2 火灾现场调查

火灾现场情况从以下8方面检查：

1)起火原因：装货(钢卷材)天然气半挂车与该桥枢纽互通立交主线桥桥墩防撞设施发生碰撞导致爆炸起火。

2)火源：天然气半挂车中液化气、汽车。

3)燃烧物性质：天然气、汽车油料及车内可燃性物质。

4)火灾持续时间：40 min～1 h左右。

5)主燃区域位置和范围：车头(12号墩东侧)及车身。

6)通风情况及火灾蔓延途径：火灾发生区域通风情况良好。

7)灭火方式和灭火过程：火灾发生后由消防队采用冷水方式灭火。

8)车辆撞击区域：波形防撞护栏、桥左幅12号桥墩防撞墩，车辆和防撞墩撞击后，与桥墩未发生二次碰撞。

综上所述，火灾已对结构造成了严重的损伤。

3 外观损伤检查

现场近距离检查过火后桥梁各构件损伤状况：

1)左幅1号～2号梁间翼板及现浇湿接缝区域靠近12号墩6 m范围混凝土剥落，剥落深度约1 cm～2.5 cm，钢筋未外露。

2)左幅12-2号梁靠近12号墩6 m范围左、右侧腹板、底板混凝土剥落，剥落深度约5 cm，箍筋及纵向钢筋外露，部分区域表观涂层呈粉红色。底板无横向裂缝，腹板无斜向裂缝，腹板混凝土层表面龟裂，裂缝长约10 cm～20 cm。

3)左幅2号～3号梁间翼板及现浇湿接缝区域靠近12号墩8 m范围混凝土剥落，剥落深度约1 cm～2.5 cm,钢筋未外露。

4)左幅12-3号梁靠近12号墩8 m范围左侧腹板、底板局部混凝土剥落，剥落深度约5 cm，箍筋及纵向钢筋外露，部分区域表观涂层呈粉红色。腹板混凝土层表面龟裂，裂缝长约10 cm～20 cm。右侧腹板正常。

5)左幅13-1号梁靠近12号墩1 m处左侧腹板局部区域锤击反应声音较闷，存在混凝土受热损伤后空鼓，面积约0.3 m2。

6)左幅12号盖梁：1号柱顶左侧盖梁悬臂端底部混凝土掉角、剥落、钢筋外露，面积约1.3 m2，剥落深度5 cm～8 cm，混凝土受火焰炙烤变色；1号柱顶盖梁大桩号侧，盖梁混凝土剥落，钢筋外露，顶部有1条竖向裂缝，裂缝形态上宽下窄长度约30 cm。部分混凝土受烟熏变色。面积约2.9 m2,剥落深度约5 cm；1号柱顶盖梁小桩号侧，盖梁小桩号侧两处混凝土剥落，钢筋未外露。靠近桥墩位置局部区域混凝土锤击声音发闷。盖梁顶有3条竖向裂缝，裂缝形态上宽下窄，长度约30 cm。混凝土受火焰炙烤变色。

7)左幅12-1号墩柱1号柱顶部区域1号柱左侧混凝土呈块状剥落，混凝土受火焰炙烤变色，1号柱右侧混凝土表观良好。剥落深度大约在8 cm，面积约3.2 m2。

8)左幅12号墩顶支座，左幅1号～3号梁底支座橡胶碳化，表层剥落。

4 火场温度分析

判断火灾时火场温度，是评价桥梁的受损程度的关键一步。本次火灾现场根据实际情况主要从以下几个方面进行推定：

1)按物品变态温度推定。由于各种物品的变态温度是不同的，因此可以根据火场残留的各种物品变态情况来推断出火场温度。

由于钢材扭曲变形温度需大于700 ℃，橡胶燃点为130 ℃，铝合金材料有滴状物形成的温度为650 ℃，本次检查发现的钢材未见扭曲变形，铝合金经烧灼后有滴状物形成现象，火场温度应大于650 ℃。

2)按混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系推定。按混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系，推定混凝土结构构件表面曾经达到的温度及范围。

墩柱盖梁底1.6 m范围之间混凝土颜色呈灰白色、混凝土大面积剥落。墩盖梁悬臂位置底部靠近墩顶位置混凝土大面积剥落，盖梁侧面靠近墩顶位置锤击反应声音发闷，此处混凝土表面温度应为700 ℃～800 ℃左右。

因此推定该桥构件附近火场最高温度为800 ℃左右。

5 检查评估结论

1)消防队采取冷水灭火方式，高温火焰烧过的混凝土表面用水扑灭火灾时，热的混凝土表面遇水急速冷却，造成混凝土构件内外应力差，导致混凝土开裂。

2)该桥左幅12-1号墩柱盖梁底1.6 m范围之间混凝土大面积剥落，深度大约在8 cm，混凝土剥落面积约3.2 m2。

3)左幅12号桥墩盖梁悬臂位置底部靠近1号柱顶位置混凝土大面积剥落，钢筋外露，深度大约在5 cm，混凝土剥落面积约1.3 m2；12号桥墩盖梁悬臂位置大桩号侧靠近1号墩顶位置混凝土大面积剥落，钢筋外露，混凝土剥落面积约2.9 m2；12号桥墩盖梁悬臂位置小桩号侧靠近1号墩顶位置混凝土锤击反应声音较闷，面积约0.6 m2；1号柱顶小桩号侧盖梁顶有3条竖向裂缝，裂缝形态上宽下窄；大桩号侧盖梁顶有1条竖向裂缝，裂缝形态上宽下窄。

4)左幅12-1号梁左侧腹板局部受烟熏发黑，右侧腹板表观涂层呈粉红色，底板正常。1号～2号梁靠近12号墩6 m范围梁间翼板及现浇湿接缝区域混凝土剥落，钢筋未外露，剥落深度约1 cm～2.5 cm。12-2号梁靠近12号墩6 m范围左、右侧腹板、底板混凝土剥落，箍筋及纵向钢筋外露，剥落深度约5 cm，部分区域表观涂层呈粉红色，底板无横向裂缝，腹板无斜向裂缝，腹板混凝土层表面龟裂，裂缝约10 cm～20 cm长。2号～3号梁靠近12号墩8 m范围梁间翼板及现浇湿接缝区域混凝土剥落，钢筋未外露，剥落深度约1 cm～2.5 cm。12-3号梁靠近12号墩8 m范围左侧腹板、底板局部混凝土剥落，箍筋及纵向钢筋外露，剥落深度约5 cm，部分区域表观涂层呈粉红色，底板无横向裂缝，腹板无斜向裂缝，腹板混凝土层表面龟裂，裂缝约10 cm～20 cm长，右侧腹板正常。13-1号梁近12号墩侧梁端左侧腹板局部区域锤击反应声音较闷，存在混凝土受热损伤后空鼓。

5)12号墩顶部分支座损伤严重，已经损毁。

6)根据火场温度及构件内部温度场推定，火灾已经对混凝土、钢筋及钢筋混凝土的粘结强度造成不可逆的影响，其抗弯、抗剪和偏心受压承载能力均有相当幅度的降低。

7)过火已经导致混凝土内部微裂缝发展，影响结构的耐久性。

6 加固维修建议

结合检测评估分析，建议针对该桥采取以下措施：

1)对火灾影响的左幅第12，13跨主梁、盖梁和桥墩进行清洗。

2)针对左幅12-1号墩墩柱，凿除疏松部位的混凝土，对桥墩缺陷部位进行修复处理，修补后在柱顶环向粘贴玻璃纤维进行补强。

3)针对12号墩盖梁，凿除疏松部位的混凝土，采用增大截面法进行加固。

4)针对火灾影响较严重的12-2号、12-3号主梁，凿除疏松部位的混凝土，采取增大腹板和底板截面厚度的方法进行加固，提高结构抗剪承载能力；对12-1号、13-1号主梁，凿除疏松部位的混凝土，采用聚合物砂浆进行修补；对熏黑的梁体，打磨后采用聚合物砂浆进行修补。凿除疏松混凝土时，箱梁底板处于墩顶负弯矩受压区，建议在墩两侧做临时满堂支架，对主梁墩顶负弯矩区均匀支撑。

5)对左幅12号墩顶全部支座进行更换。

7 结语

火灾对桥梁的损坏存在诸多不确定的因素，对于桥梁养护管理单位来讲，既要保证安全又要控制加固投资，还要尽量缩短工期，减小交通通行压力，加固评估并提出合理的加固方案尤为重要。本文中以某桥为例，根据火源特点分析、桥梁构造特点分析、灭火方式、燃烧物甄别等方式对火灾损伤分布、损伤程度进行分析评估，综合评估桥梁受火后的承载能力衰减，评价桥梁的实际承载力和使用性能，提出合理加固建议。目前，该桥已经完成加固施工，本文介绍的检测评估与加固方法取得了良好效果。

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[4] 中交第一公路勘察设计研究·瑞通公司.某高速公路某大桥加固施工图设计[Z].2008.

On evaluation methods for the beam concrete bridge damages after fire accidents

Zhao Zhijun1Fan Song2

(1.XiweiBranch,ShannxiExpresswayConstructionGroupCompany,Xi’an710038,China;2.ShannxiExpresswayConstructionGroupCompany,Xi’an710038,China)

Taking some beam concrete bridge as the example, the paper introduces the bridge appearance damage checking accrording to the site of the bridge after the fire accidents, analyzes the temperature at the fire sites, concludes some bridge damage evaluation, and points out the consolidation and maintenance suggestions for bridges.

bridge, fire accidents, evaluation, consolidation

2015-05-25

赵志俊(1976- )，女，工程师； 樊 松(1977- )，男，工程师

1009-6825(2015)22-0170-02

U446.3

A