某火烧桥桥梁承载能力评估及维修加固措施

商 东 洋

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166)

1 工程概况

某桥建成于2012年，跨径布置为4×30 m+5×30 m+4×30 m，桥梁全长为397 m。交角为90°。桥面净宽为11.25 m，两侧各设0.5 m的混凝土护栏。桥面铺装采用沥青混凝土，型钢伸缩缝，分别位于0号台、4号墩、9号墩顶和13号台顶。支座为板式橡胶支座。上部结构为简支转连续结构的预应力混凝土箱梁，每孔4片梁；下部结构为钢筋混凝土肋板式台，双柱式墩，桩基础。

某日凌晨3:30左右，在该桥4号墩顶应急车道附近，一辆载有类似沥青状货物的5轴大货车，由于自燃造成沥青泄漏并沿4号墩处伸缩缝顺流至桥下，引发桥下4号墩附近也产生大火，历经1.5 h后，约凌晨5：00火势被扑灭。

2 主要病害

2.1 桥梁主要病害

2.1.1 上部结构主要病害

1)预应力混凝土连续箱梁：

受火烧的影响，4-1号～4-4号、5-4号梁翼缘、腹板及梁底网状裂缝，裂缝宽度最大为0.3 mm，敲击声音沉闷。4-1号～4-4号梁左右腹板板角空鼓，敲击声音沉闷。4-4号、5-4号梁左翼缘大面积剥落露筋，深度最大为10 cm。4-2号～4-4号梁底近4号墩处剥落露筋，深度最大为3 cm。4-2号～4-4号、5-4号梁自4号墩起12 m范围内呈土黄色，5-3号梁左腹板距4号墩5 m处呈灰白色。第4孔、5孔梁自4号墩起15 m范围内除呈土黄色部分外，其余表面熏黑。4-1号～4-4号湿接缝4号墩起大面积网状裂缝，裂缝宽度最大为0.2 mm。第3孔主梁表面局部熏黑。

2)上部结构一般构件：

4-1号～4-4号湿接缝4号墩起大面积网状裂缝，裂缝宽度最大为0.2 mm。

3)支座：

4-4-1号～4-4-8号支座表面橡胶烧损焦化严重，失去承载能力；5-4-1号～5-4-8号支座开裂严重。

2.1.2 下部结构病害

4号墩盖梁火烧后小桩号侧大面积剥落露筋，深度为4.5 cm。4号墩盖梁小桩号侧表面土黄、大桩号侧熏黑。4-2号 柱火烧后圆周沿柱自上而下，表面呈土黄色，混凝土空鼓、开裂，保护层基本失效；4-2号柱小桩号侧大面积剥落、露筋，深度为4.5 cm。3号墩盖梁及墩柱熏黑。

2.1.3 桥面系及其他附属设施病害

1)桥面铺装：

第4孔、第5孔桥面火烧后净宽内骨料外露，影响深度最大为4 cm，并伴有网裂，纵桥向累计长度为40 m。

2)伸缩缝：

4号墩顶伸缩缝型钢通长变形，型钢左侧高于桥面4 cm；橡胶条已被完全烧毁。

3)混凝土护栏：

第4孔～第5孔左侧混凝土护栏火灾后混凝土表面颜色有变化，烧至土黄色；护栏敲击声音沉闷，火烧影响深度最大为5 cm；未见护栏混凝土剥落、受力主筋外露。左侧混凝土护栏下缘镶面石酥脆破裂。

4)标志、管线：

第3孔～第5孔中分带防眩板烧毁，累计长度为70 m。通信管道套管火烧损坏70 m。

2.2 回弹法测试构件混凝土强度

本次检测混凝土强度采用回弹法测试，通过选取受火灾影响程度不同的构件，以对比分析受火灾影响区域的不同对混凝土强度的影响程度。因此选取4-1号～4-4号、5-1号～5-4号梁共8个构件进行测试。根据规范要求，每个构件布置10个混凝土回弹测区，每个测区测试16个测点。测试结果见表1。

表1 混凝土平均换算强度结果表

由表1，图1，图2得出以下结论：4-4号梁混凝土换算强度较4-1号梁降低28%，4-3号梁混凝土换算强度较4-1号梁降低25%，4-2号梁混凝土换算强度较4-1号梁降低15%。5-4号梁混凝土换算强度较5-1号梁降低42%。

3 荷载试验

3.1 目的

1)通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的应变和挠度，确定火灾后桥梁上部结构承载能力是否符合设计要求。

2)为桥梁维修加固提供依据。

3.2 试验工况

本次静载试验采用内力等效原则，即用等代荷载在测试截面产生的内力与控制荷载在测试截面产生的内力等效的原则对加载桥跨进行静载试验测试。根据桥梁结构的内力包络图、应力分布以及桥梁结构的技术状况等，按照桥梁结构的最不利受力原则和代表性原则确定试验加载工况及测试截面，具体如表2所示。

表2 静载试验测试工况及内容

3.3 结果

经验证，第4孔、第5孔主梁正截面抗弯承载能力满足设计荷载等级要求(工况一、工况四)，第4孔、第5孔主梁中支点斜截面抗剪承载能力满足设计荷载等级要求(工况三、工况六)。由于篇幅所限，本文仅列出工况二、工况五数据，试验孔(第4孔、第5孔)在各级荷载作用下的边支点主拉应力实测值和理论值见表3。

表3 主拉应力实测值与理论值对比表

在试验荷载作用下主要控制截面应力测点试验荷载效率与实测值的关系曲线如图3，图4所示。

从表3，图3，图4可以得出以下结论：

在试验荷载效率分别为0.98，0.96的试验荷载作用下，第4孔、第5孔主梁边支点剪力工况控制截面应力校验系数为0.96～1.37，说明主梁边支点斜截面抗剪承载能力不满足设计荷载等级要求。

试验荷载效率—主拉应力关系曲线接近于直线，且实测相对残余变形和相对残余应变(应力)小于20%，说明结构接近弹性工作状况。

4 维修加固方案及效果

4.1 上部主要结构

1)对第4孔、第5孔主梁简支端采用增大截面法进行抗剪加固，对主梁简支端7 m范围内两侧腹板采用C50混凝土加厚15 cm；

2)对第4孔、第5孔主梁抗剪加固以外区域梁底、腹板、翼缘、湿接缝部位，凿除表面松散混凝土，对钢筋进行除锈，采用碳纤维网格和涂抹专用浆进行补强。粘贴一层200/200双向碳纤维网格，与其配套使用的是特制的高强砂浆，工艺为湿法涂抹，采用人工涂抹或喷射的工艺进行施工；

3)对第4孔、第5孔横隔梁清除表面松散混凝土，采用聚合物砂浆维修；第3孔～第5孔主梁熏黑处进行基面处理，防腐涂装；

4)更换4号墩顶支座，共计16个，更换前后支座处梁底高程应保持不变；支座更换需整体顶升梁体，每个墩横向整体同步顶升；

5)清除4号墩顶支座垫石破损混凝土，采用聚合物砂浆维修。

4.2 下部结构

1)对4号墩盖梁及4-1号、4-2号柱进行外包混凝土维修；

2)对3号、4号墩盖梁及墩柱进行防腐涂装；

3)清除4号墩顶施工垃圾。

4.3 桥面系及附属结构

2)凿除第4孔、第5孔左侧混凝土护栏火烧后空鼓混凝土，采用碳纤维网格和涂抹专用砂浆进行维修；

3)更换4号墩顶伸缩缝；

4)更换3孔～5孔破损、缺失防眩板、轮廓标、管线保护套管及支架。

主梁维修示意图见图5，图6。

4.4 维修加固效果

表4列出了加固前后边支点抗剪承载力的变化，通过比较，该桥梁经过加固后结构抗剪承载力有了较大的提高。

表4 抗剪承载力计算值

5 结语

桥梁经火烧后必须进行近距离接触性检测，必要时还需通过荷载试验等方法验证其承载力是否满足要求。桥梁制定维修加固方案时，除需满足其承载能力要求外，也需考虑现场施工难易程度及维修后桥梁美观性等要求。希望本文的工程案例能为类似的火烧桥梁承载力评估和维修加固提供参考依据。