某混凝土桥梁火灾损伤后检测评估及维修措施

张学亮

(上海同纳建设工程质量检测有限公司，上海　200331)



某混凝土桥梁火灾损伤后检测评估及维修措施

张学亮

(上海同纳建设工程质量检测有限公司，上海200331)

摘要：针对混凝土桥梁火烧损伤的特点，结合工程实例详细介绍了火灾后混凝土桥梁的损伤检测和评估的方法，并提出维修加固措施，对同类型桥梁火灾后的检测评估及维修加固具有借鉴意义。

关键词：混凝土桥梁；火灾； 损伤识别；承载力；桥梁加固

1受损桥梁概况

海门市某预应力混凝土连续刚架桥，为21 m+26 m+21 m三跨预应力混凝土连续刚架桥。桥梁全长73.16 m，桥面横向布置：3.0 m(人行道)+5.0 m(慢车道)+3.0 m(隔离带)+22.0 m(快车道)+3.0 m(隔离带)+5.0 m(慢车道)+3.0 m(人行道)=44 m。快车道与慢车道分离，为三幅独立布置，其中快车道桥宽为23.0 m(八片箱梁)，慢车道桥宽8.5 m(三片箱梁)。该桥北幅慢车道桥3#孔发生火灾。

2火灾后混凝土桥梁损伤检测、评估内容

2.1火灾后混凝土桥梁现场调查内容及方法

(1)初步查勘。了解桥梁概况，包括：桥梁结构形式，所处位置，建造时间，桥梁周边环境，桥梁的重要性等；初步了解火灾情况和火灾桥梁损伤情况，当桥梁损毁严重，影响结构安全时，应先采取应急措施。(2)现场详细调查。现场详细调查内容包括：①收集桥梁档案资料；②火灾前桥梁现场情况调查，重点调查火灾源堆放情况，记录火灾源的种类、数量计堆放位置，必要时绘制火灾源堆放及布置情况示意图；③调查起火点、火灾原因、火灾持续时间和火灾蔓延途径，调查火灾影响到的面积，调查灭火方式及火灾过程；④调查现场物品的烧损情况，并详细记录烧损物品的名称、位置和烧损程度，收集现场残留物；⑤调查并记录火灾后受损构件的外观情况，包括混凝土保护层脱落情况，混凝土颜色情况以及构件的截面尺寸情况等；⑥调查混凝土结构外观损伤时，应特别注意受力主筋的状态，注意支座受损情况；⑦通过拍照或摄像方式客观地反映建筑物遭受火灾后的损坏情况，做好记录和标记。

2.2火灾后混凝土桥梁现场检测内容及方法

(1)混凝土烧伤深度检测。可用超声波法、碳化测定法或回弹法检测。回弹法检测混凝土烧伤深度方法为：首先现场选取未被火烧到部位进行回弹值测量，测区选择参照回弹法检测混凝土强度；然后用砂轮机对受损部位进行打磨，打磨过程中用回弹仪测试其回弹值，并与未被火烧部位测得的回弹值进行比较，当测得回弹值与未被火烧回弹值接近时即认为该位置混凝土未被烧损，混凝土构件表面到该位置的距离为烧伤深度。(2)火灾后混凝土强度检测。由于受火的不均匀性，构件各部位混凝土强度的损失是不同的。即使在同一截面内，截面内部的混凝土强度较截面外部的混凝土强度损失小很多。可采用多种方法进行检测比较，然后综合分析给出火灾后受损层混凝土平均强度推定值。检测的方法一般有敲击法、回弹法、超声—回弹法和钻芯法等。(3)钢筋材料性能检测。钢筋性能的变化直接影响结构的承载力，火灾后钢筋性能变化的检测方法主要有间接法、直接法、化学分析法和电镜观察法四种。(4)火灾后混凝土构件裂缝检测。主要包括详细检测及记录混凝土构件的裂缝数量、宽度、走向和长度，绘制裂缝布置图。(5)结构变形量测。主要是只钢筋混凝土梁板的挠度测量和预应力混凝土构件的预拱度损失测量。

2.3火灾温度推定

(1)利用火灾后混凝土梁板的表面颜色及外观特征来判定火灾温度，根据混凝土颜色、混凝土疏松脱落情况、混凝土锤击声音等因素进行判断，对应关系如表1所示。

(2)由火灾时间推算火场温度

普遍采用的计算公式如下

T=3 451g*(8t+1)=T0

(1)

式中：t为火灾燃烧时间，min；T0为火灾时的气温，℃。

表1　火灾温度与火灾后混凝土表面特征关系表

(3)根据残留物特征判断火灾温度

火灾主要由可燃物燃烧引起，而可燃物的燃烧形态特征是可以掌握的，因此可以根据燃烧物的燃烧特征来判定火场温度。金属材料、玻璃的变态温度，各种材料燃点温度可查阅相关资料获取。然后再根据现场材料的燃烧情况判定火灾温度。

(4)结构烧损厚度判定火场温度

温度较高时混凝土表面出现损伤裂缝，当温度继续升高或燃烧时间持续，其裂缝即延展，进而表层剥落。因此混凝土表层剥落、疏松程度(即烧损厚度)可以推定其火场温度。

(5)其他方法：还有超声波法、电子显微镜分析和根据钢筋强度变化等方法判定火灾温度。

2.4火灾后桥梁承载力评估

以桥梁现场损伤检测为基础，通过收集资料、现场检测，对火灾桥梁进行损伤识别，判断该桥的受损程度，进而建立有限元模型进行损伤评估，对桥梁结构进行极限承载能力验算和正常使用状态验算，看是否满足设计荷载(或通行荷载)要求，并据此提出加固处理方案。

3海门市某预应力混凝土连续刚架桥火灾后检测评估

3.1现场详细检测情况

该桥北幅慢车道桥3#孔被火烧，火灾范围在靠近3#桥台3.5 m范围内，经现场调查火源为菜籽秸秆及部分木材，无人工灭火，火源燃烧时间约15～20 min。火烧后箱梁混凝土脱落，混凝土脱落面积约为15 m2，火烧后混凝土表面多数呈粉红色，局部呈灰白色。3#-1#梁和3-2#梁球冠橡胶支座表层橡胶烧焦，刮去表层烧损橡胶，发现橡胶保护套未被烧透，只烧到支座外层橡胶。火灾烧损具体情况如表2所示。

表2　火灾烧损情况表

3.2火灾温度判定

(1)由结构外观特征推算火灾温度

火烧部位，混凝土脱落较深，混凝土脱落区大部分面积呈粉红、局部灰白，温度在500～800 ℃，酚酞试液滴定后混凝土均变为红色。

(2)由火灾燃烧时间推算火灾温度

根据火灾发生15～20 min后自然熄灭，火灾燃烧时间为15～20 min，大气的温度为20 ℃。则火灾温度为

T1=3 451g(8t+1)+T0=3 451g(8×15+1)+20=739 ℃

T2=3 451g(8t+1)+T0=3 451g(8×15+1)+20=781 ℃

推断火灾温度在739～781 ℃之间。

(3)根据残留物特征判断火灾温度

该桥下的燃烧物为植物秸秆，植物秸秆全部烧尽，木材也基本烧尽，可判定为火灾燃烧温度为600～800 ℃。

(4)火灾温度综合判定

通过结构外观特征、火灾燃烧时间和火灾后残留物特征的判断与分析，火灾的温度为600～800 ℃之间。

3.3火灾后结构及材料参数变化

(1)混凝土烧失深度

火烧后箱梁底面混凝土脱落较严重，用锤子敲击周围混凝土，局部出现空鼓、闷声。采用回弹法对混凝土烧失深度进行检测，烧失深度检测结果如表3所示。

表3　烧失深度检测结果

(2)预应力钢筋的预应力损失

桥梁的火灾温度与构件的表面温度是不同的概念，混凝土结构是一种热惰性材料，混凝土构件表面温度与构件受火灾温度的升高有一定的滞后过程，火灾温度为600～800 ℃，保护层的厚度为35 mm，查阅相关资料可知预应力钢束处的温度小于200 ℃，在200 ℃以下时钢束的预应力基本无损失。

3.4综合评定及维修加固措施

(1)对混凝土脱落面积<0.5 m2的区域，对混凝土表面脱落部分进行打磨，彻底清除松散混凝土，采用环氧砂浆进行修补；

(2)对混凝土脱落面积≥0.5 m2的区域，对混凝土表面脱落部分进行打磨，彻底清除松散混凝土，植钢筋、焊接新钢筋网，浇筑细骨料自流平聚合物混凝土；

(3)对露筋锈蚀区域，钢筋除锈后在进行混凝土施工。

4结语

(1)桥梁结构火灾损伤的检测和评价是一项技术复杂的工作，目前尚无统一标准，本文介绍的方法可供同类型桥梁火灾后承载力检测评估参考。

(2)火灾温度的推定是损伤评价的关键，目前类似检测中尚无统一方法和指标可以精确推定火灾温度，但通过综合比较法，基本可满足工程检测要求。

(3)火灾后桥梁钢筋损伤情况及对火灾构件耐久性方面的影响仍需进一步研究。

参考文献：

[1]陈治平. 超声-回弹综合法在受火灾混凝土结构检测中的应用[J].华侨大学学报 (自然科学版), 1996, 17 ( 1):35-29.

[2]奚勇. 火灾受损桥梁的检测与评估[J].世界桥梁,2007,(4) :62-65.

[3]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,(1):38-41.

收稿日期：2016-03-11

作者简介：张学亮(1981-)，男，河北平山人，工程师，主要从事桥梁结构检测评估、桥梁结构加固设计等方面的工作。

中图分类号：U445.7

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)06-0095-02

Detection evaluation and repairing of concrete bridge after fire

ZHANG Xue-liang

(Shanghai Tongna Construction Test Co.,Ltd.，Shanghai 200331,China)

Abstract:To aim at the characteristics of Concrete Bridge after Fire ,describes the defects detection and evaluation method for concrete bridge after fire as an example, the repair and reinforcement scheme is suggested. There is reference significance for detection and reinforcement of the congener bridge after Fire

Keywords:concrete bridge;fire;defects recognition;bearing capacity;bridge strenthening