火灾后桥梁应急检测与维修加固设计

刘高林，宋粉丽

(1.河南越秀尉许高速公路有限公司 许昌市 461000；2.河南省交通科学技术研究院有限公司 郑州市 450000)

火灾是工程结构最严重的灾害之一，近年来随着经济和交通建设的快速发展，穿越桥梁的重型硬脂酸车、苯酚运输车、运油气卡车等日益增多，引发火灾爆炸将对桥梁结构带来严重威胁[1-4]。全世界范围内每年都有多起严重的桥梁火灾爆炸事故发生，造成了巨大经济损失，而且重者可造成桥梁的永久损失甚至桥梁坍塌。作为桥梁极端荷载之一的火灾爆炸作用，对桥梁造成的破坏不可估量[5-8]。以某高速公路3-10m预应力混凝土空心板桥为例，在桥梁发生火灾后，对桥梁进行了应急检测，针对桥梁病害进行了维修加固设计，为处治同类桥梁灾害提供相关参考依据。

1 桥梁概况

某高速分离式立交桥总长34.04m，桥面净宽2×12m，左右幅分离布置。主桥结构形式为3-10m预应力混凝土空心板桥，桥面连续，板高0.5m，宽0.99m，单幅设13片空心板。设计荷载等级为公路-Ⅰ级。下部结构为桩柱式墩、台，钻孔灌注桩基础。因汽油危化品运输车辆撞击到此分离式立交导致汽油泄漏燃烧，该立交桥西幅主梁、墩柱混凝土大面积剥落，钢筋外露，东幅主梁、盖梁、墩柱混凝土熏黑。图1为火灾后现场图。

图1 桥梁火灾后现场图片

2 桥梁应急检测结果

现场主要燃烧区域为：桥梁西幅第二跨主梁、西幅2-1#、2-2#墩柱及西幅2#盖梁为汽油泄露及燃烧的直接接触点；东幅2-1#主梁为西幅火焰经过中分带燃烧点。火烧后桥梁出现大面积混凝土破损剥落及钢筋外漏的情况。火灾发生后，依据相关规范和要求，立即对桥梁进行应急检测。

2.1 西幅桥梁检测结果

(1)西幅桥梁技术状况评定为五类桥，其主要受损病害包括：

①西幅桥梁3跨主梁全长范围内底板混凝土大面积脱落、熏黑，底板底层箍筋及主筋外露严重，混凝土剥落区域出现预应力筋外露现象。

②西幅1#和2#盖梁侧面混凝土大面积脱落、露筋、熏黑。1#盖梁受损面积约6m2，2#盖梁受损面积约8m2。

③西幅1-3#立柱、2-2#立柱混凝土最大损伤深度为18cm，2#盖梁混凝土最大损伤深度为13cm，并有通长纵缝。

④支座全部受损。

(2)西幅主梁受火区混凝土强度为18.9MPa，小于C50设计强度；西幅2#盖梁混凝土强度为20.0MPa，小于设计强度30.0MPa；1-3#立柱强度为27.5MPa，小于设计强度30.0MPa。

(3)西幅1#盖梁、西幅2#盖梁水平构造钢筋受火后屈服强度分别为293.6MPa和324.8MPa，小于设计理论屈服强度335MPa。

2.2 东幅桥梁检测结果

(1)东幅桥梁技术状况评定为三类，其主要受损病害包括：

①上部结构1-1#、1-2#、1-3#、2-1#、2-2#、2-3#、3-1#、3-2#和3-3#空心板底板混凝土大面积熏黑，2-1#、2-2#空心板底板混凝土局部脱落，2-1#空心板混凝土局部开裂、剥落、掉角，2-1#空心板局部敲击回声发闷。

②1#和2#盖梁局部熏黑，1#盖梁局部敲击声发闷；2-1#墩柱混凝土大面积剥落、露筋。

(2)东幅2-1#板腹板受火区混凝土强度为18.9MPa，小于C30设计强度；东幅2-1#立柱受火区混凝土强度为23.3MPa，小于C30设计强度。其他结构受火区混凝土强度均大于设计强度。

3 桥梁维修加固方案

3.1 桥梁维修范围与内容

3.1.1西幅桥

西幅桥为五类桥，为了最大限度地利用原结构，本次加固采用“更换上部-加固下部”的方式对西幅桥进行维修处治。

(1)拆除西幅桥上部空心板、沥青铺装、混凝土调平层，更换上部结构为3×10m钢混组合连续梁(上部结构采用55cm钢主梁+10cmUHPC桥面板结构+3cmAC-10沥青混凝土)。

(2)拆除西幅桥原混凝土护栏，更换为SS级混凝土护栏。

(3)拆除西幅桥原0#台伸缩缝、原3#台桥面连续，均更换为GQF-C-40伸缩缝。

(4)拆除西幅桥支座垫石，按照钢混组合连续梁间距重新布设支座垫石及进行支座选型，保证总支撑高度与原总支撑高度接近，最大限度少占用净空。

(5)拆除西幅桥1#、2#盖梁，对1#、2#桥墩墩柱进行人工凿除至桩顶(保留原桥墩柱主筋)；更换西幅桥1#、2#盖梁，采用“钢护筒+接长主筋+混凝土”的方式对西幅桥墩柱进行补强。

(6)对桥台熏黑部分，采用小型电动工具进行人工打磨或局部轻微凿除，使用高压水枪进行清洗、聚合物改性水泥砂浆修补缺损后，涂刷混凝土表面防腐涂料。

3.1.2东幅桥

东幅桥为三类桥，本次加固采用“更换上部受损梁板-加固下部”的方式对东幅桥进行维修处治。

(1)拆除东幅桥2-1#空心板周围原混凝土护栏、沥青铺装、混凝土调平层，待东幅2-1#梁板施工完成后恢复混凝土护栏至原状态。

(2)拆除东幅桥2-1#空心板，更换为钢混组合简支梁(上部结构采用50cm钢主梁+10cmUHPC桥面板结构+6cm沥青混凝土铺装)，桥面连续。

(3)对东幅桥1#、2#盖梁熏黑部分进行表面人工凿除(盖梁顶面凿除范围视梁板具体情况现场确定)，对东幅桥1-1#、2-1#墩柱进行表面人工凿除，直至露出坚实混凝土为宜(对存在破损、烧伤、熔断的钢筋进行拆除)；采用“钢护筒+灌浆料”方式对东幅桥1-1#、2-1#墩柱进行补强，采用“灌浆料+补强箍筋、主筋”的方式对东幅桥1#、2#盖梁熏黑部分进行补强。

(4)对东幅桥其余熏黑部分，采用小型电动工具进行人工打磨或局部轻微凿除，使用高压水进行清洗、聚合物改性水泥砂浆修补缺损后，涂刷混凝土表面防腐涂料。

3.2 桥梁加固方案设计

西幅桥采用“更换上部-加固下部”的方式对西幅桥进行维修处治。东幅桥采用“更换上部受损梁板-加固下部”的方式对东幅桥进行维修处治。

3.2.1上部结构加固方案

(1)西幅桥上部结构加固方案

拆除西幅桥上部空心板、沥青铺装、混凝土调平层，更换上部结构为3×10m钢混组合连续梁，钢混凝土组合梁横断面见图2。护栏更换为新规范的SS级混凝土护栏。上部结构更换后，两侧桥台位置均设置GQF-C-40型伸缩缝。

图2 西幅桥钢混凝土组合梁横断面

西幅桥上部结构采用55cm钢主梁+10cmUHPC桥面板结构+3cmAC-10沥青混凝土。钢主梁采用Q355D工字型直腹板钢梁，钢梁梁高0.55m，上翼缘板宽400mm，厚18mm，腹板高508mm，厚16mm，下翼缘板宽400mm，厚24mm。钢主梁上翼缘板之间采用顶钢板连接，顶钢板兼做混凝土桥面现浇层底模，混凝土桥面现浇层与钢主梁、顶板采用门形剪力筋连接，钢主梁之间采用横向“Z”型槽钢连接及水平槽钢连接，每跨在1/4跨、跨中、3/4跨布置三道横向“Z”型槽钢连接，每跨在支点及横向“Z”型槽钢间隔布置六道水平槽钢连接，横向连接中的上槽钢作为钢主梁连接顶板支撑。

按照钢混组合连续梁间距重新布设支座垫石及进行支座选型，保证总支撑高度与原总支撑高度接近，最大限度少占用净空。支座选用GBZY200×42(CR)普通板式橡胶支座。安装新增支座和垫石工艺流程：钢梁出厂前在梁底螺栓连接楔形钢块→盖梁混凝土基面处理→墩台盖梁(台帽)顶预埋或植入角钢用M16锚栓→放置支座、支座底钢板及对应M16高强螺栓→架设钢混组合梁→调节M16高强螺栓控制梁体标高、纵横坡→安装支座垫石用角钢→灌注无收缩高强度灌浆料→浇注墩台挡块混凝土。

(2)东幅桥上部结构加固方案

拆除东幅桥2-1#空心板周围原混凝土护栏、沥青铺装、混凝土调平层，拆除东幅桥2-1#空心板，更换2-1#空心板为钢混组合简支梁，见图3所示。待东幅2-1#梁板施工完成后恢复混凝土护栏至原竣工状态。

图3 东幅桥2-1#梁板更换示意图

东幅桥上部结构采用50cm钢主梁+10cmUHPC桥面板结构+6cm沥青混凝土。钢主梁采用Q355D工字型直腹板钢梁，钢梁梁高0.5m，上翼缘板宽400mm、厚18mm，腹板高458mm、厚16mm，下翼缘板宽400mm、厚24mm。钢主梁上翼缘板之间采用顶钢板连接，顶钢板兼做混凝土桥面现浇层底模，混凝土桥面现浇层与钢主梁、顶板采用门形剪力筋连接，钢主梁之间采用横向“Z”型槽钢连接及水平槽钢连接，每跨在1/4跨、跨中、3/4跨布置三道横向“Z”型槽钢连接，每跨在支点及横向“Z”型槽钢间隔布置六道水平槽钢连接，横向连接中的上槽钢作为钢主梁连接顶板支撑。

3.2.2下部结构加固方案

(1)西幅桥下部结构加固方案

绳锯切割拆除西幅桥1#、2#盖梁，对西幅桥1#、2#桥墩墩柱进行人工凿除至桩顶(保留原桥墩柱主筋)；更换西幅桥1#、2#盖梁，采用“钢护筒+接长主筋+混凝土”方式对西幅桥墩柱进行补强，见图4。

图4 西幅桥1#、2#桥墩加固一般构造

(2)东幅桥下部结构加固方案

对东幅桥1#、2#盖梁熏黑部分进行表面人工凿除，对东幅桥1-1#、2-1#墩柱进行表面人工凿除(盖梁顶面凿除范围视梁板具体情况现场确定)，直至露出坚实混凝土为宜(对存在破损、烧伤、熔断的钢筋进行拆除)；采用“钢护筒+灌浆料”方式对东幅桥1-1#、2-1#墩柱进行补强，采用“灌浆料+补强箍筋、主筋”的方式对东幅桥1#、2#盖梁熏黑部分进行补强，见图5。

图5 东幅桥1-1#柱、2-1#柱加固及盖梁局部加固一般构造

3.2.3其他

对桥梁熏黑部分，采用小型电动工具进行人工打磨或局部轻微凿除，使用高压水枪进行清洗、聚合物改性水泥砂浆修补缺损后，涂刷混凝土表面防腐涂料。

桥面设置排水管，钢梁边梁翼缘设置截水板，桥面排水管通过泄水管接至钢梁中部以下，梁端设置截水挡板，防止雨水沿端缝流入梁底。

4 结论

以某高速分离式立交桥3-10m预应力混凝土空心板桥为例，在桥梁发生火灾后，对桥梁进行了应急检测，针对桥梁病害上部结构采用了钢混组合梁(上部结构采用55cm钢主梁+10cmUHPC桥面板结构+3cmAC-10沥青混凝土)的加固设计方案进行维修处置，该加固设计方案技术成熟、安全可靠、经济合理，最大限度节约工期。通过维修处治，快速恢复了桥梁使用功能，增强了结构耐久性，并为处治同类病害桥梁提供相关参考依据。