过火桥梁受损检测与加固处理

袁晓晴

（江西省交通科学研究院有限公司，江西南昌 330200）

1 工程概况

某大桥为一座后张法预应力混凝土T梁桥，桥跨设计为25m+30m+3×25m，梁高1.5m、梁宽1.48m，肋宽16cm，共设置有6道横隔梁。梁体预应力钢筋采用高强低松弛钢绞线，混凝土标号为C40。该桥梁左幅第二联桥下（58#墩柱）长期堆积纸箱及废旧塑料物品，2021年1月28日凌晨桥下堆积物失火，火灾持续约80min，导致桥梁第二、三联过火，烈焰与桥跨结构直接接触时间约35～40min，随后由救援人员以冷水扑灭，根据现场火灾残留物烧毁程度可推测，火焰中心温度最高达750℃及以上，过火后的58#墩墩身和箱梁表面烧伤严重，墩柱及翼板处烧损发白，部分支座直接烧裂。

2 过火桥梁损伤检测

2.1 检测方法

过火桥梁墩身及箱梁表面碳化程度、裂缝宽度等损伤状况主要通过目测、锤击及钻孔取芯法进行检测；墩柱及箱梁内部混凝土结构强度采用钻芯法检测；截取过火墩身及箱梁外露钢筋进行损伤程度力学性能检验。

2.2 外观检测

混凝土结构在温度升降过程中发生不均匀胀缩、受弯杆件受损后受弯部分变形过大等均会引发结构裂缝的产生。裂缝数量及宽度与不均匀胀缩及受损程度成正比：400～500℃时混凝土结构表面主要出现横向裂缝；600～700℃时，横竖向裂缝数量明显增多，斜向裂缝出现；700℃以上，纵横及斜向裂缝密集分布，受弯构件裂缝深度最深可达5mm[1]。

该桥梁左幅第二联与58#墩柱临近的箱梁和翼缘板底部受大火影响最为严重，其表层混凝土大面积剥离脱落，最大影响深度达到67mm，且混凝土结构以下的抗裂钢筋网也完全与混凝土结构层脱离；梁底面、侧面及翼缘板底面局部区域钢筋外露；箱梁底板、翼缘板、腹板损伤深度最大分别达到71mm、84mm和52mm。左幅第三联箱梁与58#墩柱靠近的侧面梁底混凝土结构也大面积爆裂脱落，最大深度50mm，局部钢筋外露。右幅第二联和第三联靠近58#墩柱的箱梁侧及翼缘板底、梁底混凝土结构也表现出开裂、剥落、钢筋外露，箱梁底板、翼缘板及腹板最大影响深度分别为24mm、76mm和20mm。

左幅58#墩柱所出现的竖向裂缝中最大宽度0.5mm，且环向混凝土大块剥落，最大剥落深度达到45mm，局部箍筋外露变形；环向混凝土未剥落的区域敲击时发出空鼓声。右幅58#墩柱也存在一定程度的过火损伤，其最大竖向裂缝宽0.11mm，局部混凝土结构敲击时发出空鼓声，无钢筋外露。左幅58#墩柱墩顶支座已经严重损坏变形，无法正常使用，必须加固修复或更换；右幅58#墩柱墩顶支座仅表现为局部变形，尚能正常使用。

2.3 混凝土结构强度检测

根据检测结果，过火桥梁受损部位混凝土结构表面经高温灼烧后温度由外至里梯度递减，且混凝土材料中的骨料、砂浆发生不同程度的物化反应：100℃温度下砂浆内部自由水蒸发外溢；200～300℃温度下砂浆CSH凝胶中层间水与硫铝酸钙结合水大量散失；500℃温度时砂浆中的氢氧化钙受热分解、结合水散失殆尽；800～900℃高温时混凝土中的水化硅酸钙几乎全部分解，砂浆成分已不复存在。与砂浆不同的是，骨料在高温情况下表现为物理性状的改变：575℃温度下硅质骨料体积膨胀率达到0.85%[2]，700℃高温下碳酸盐骨料及多孔骨料体积剧烈膨胀，甚至突发爆裂。

为检测过火桥梁混凝土结构强度，从58#墩柱左右幅箱梁底面、箱梁侧面及翼缘板等处钻芯检测，部分芯样断裂，并将所取芯样按试验要求加工成高径比1∶1的试验芯样检测混凝土结构抗压强度。结果显示，左幅58#墩柱所取1#芯样混凝土密实，碳化程度为零，芯样长240mm，表面断裂长度32mm，混凝土强度换算值为48.4MPa；左幅58#墩柱2#芯样混凝土密实，碳化程度为零，芯样长215mm表面断裂长度41mm，混凝土强度换算值为48.4MPa；右幅58#墩柱1#和2#芯样取样长度213mm和114mm，混凝土强度换算值分别为50.4MPa和57.3MPa；左幅第二联箱梁侧面、底面、翼板等处芯样混凝土强度换算值在64.3～66.7MPa之间；右幅第二联箱梁侧面、底面、翼板等处芯样混凝土强度换算值在66.7～72.3MPa之间；左右幅第三联箱梁侧面、底面、翼板等处芯样混凝土强度换算值分别在74.1～86.5MPa和78.4～90.6MPa之间。所取墩柱芯样混凝土结构抗压强度均符合设计要求，箱梁芯样中仅1个芯样混凝土结构强度低于设计值，其余芯样均符合要求。

2.4 钢筋损伤检测

从该过火桥梁左幅第二、三联箱梁分别截取外露的钢筋以检测其力学性能，根据检测结果（见表1），过火最为严重的左、右幅第二联箱梁钢筋的屈服强度、抗拉强度、伸长率等力学性能不满足相关规范要求，冷弯试验不合格。

表1 过火桥梁箱梁外露钢筋力学性能

2.5 预应力损失检测

预应力钢绞线因具有较高的含碳量，在火灾影响下强度比普通钢筋下降更快，预应力构件也会在高温作用下发生热变形、弹性模量改变、混凝土徐变及预应力筋蠕变，造成预应力损失。虽然在结构冷却后钢绞线预应力会有一定程度的恢复，但过火温度越高、时间越长，恢复值越小[3]。分别在该过火桥梁58#墩顶界面中腹板内侧和外侧底板设置测点，进行过火桥梁结构左幅58#墩顶界面箱梁底板预应力钢束预应力损失程度的检测，所测得的内侧预应力钢束永存值为914MPa，外侧预应力钢束存在严重的钢绞线回缩反弹，且各测点因破坏较为严重，测试结果离散程度大，缺乏可靠性。

3 过火桥梁修复加固

3.1 左幅加固

该过火桥梁左幅加固主要进行箱梁原结构截面尺寸补强及受力加固。具体而言，采用聚合物加固材料置换箱梁失效混凝土的方式使该桥梁左幅第二、三联受损箱梁截面受压区高度恢复，达到加固补强目的。先将原箱梁外露钢筋网全部割除，并将箱梁缺损面及钢筋网表面的松散混凝土结构剔除，凿毛箱梁缺损面；在箱梁底板、腹板及翼板处按20cm的孔径和10cm的深度种植φ16mm规格的HRB335螺纹钢筋，结束后恢复原钢筋网片，并将新的钢筋网片焊接在割断处原钢筋上，并通过扎丝绑扎植筋与钢筋网底层钢筋，再浇筑自密实混凝土。在加固的基础上，为增强箱梁负弯矩区域的安全储备及结构强度，还应在58#墩箱梁顶板处增设6道预应力钢束。按照设计要求放样布置预应力钢绞线和预应力锚具，焊接预应力齿板钢筋，浇筑自密实混凝土，并待齿板混凝土强度达到设计值的90%后，按次序进行预应力张拉，并浇筑混凝土密封。

凿除左幅58#墩柱松散混凝土结构后修补混凝土缺损区域，完成后按照20mm孔径和33cm深度新增1排φ16mm的HRB335螺纹钢筋竖向布置，下端植入承台；按15mm的孔径及18cm深度将φ12mm的HRB335螺纹钢筋植入58#墩身，并按设计要求绑扎冷轧带肋钢筋网、浇筑混凝土并振捣密实。

待完成左幅58#墩顶支座梁体顶升后进行支座更换，并等全部工序完成后回落箱梁至更换后的支座上。

3.2 右幅加固

凿除右幅第二、三联箱梁过火受损处的松散混凝土结构，并清理外露钢筋后采用聚合物水泥砂浆修复缺损部位。采用相同的处理方法处理右幅58#墩柱过火受损部位。

3.3 墩身及箱梁表面涂装

为提高加固后结构的耐久性和美观度，应用海工型SHJ系列涂层涂装补强后箱梁及58#墩柱、盖梁表面，底层和中间层分别涂SHJ-C9201环氧封闭漆和SHJ-C9203型厚浆环氧防腐漆，最上面由人工涂刷SHJ-515535丙烯酸聚氨酯面漆，将过火受损桥梁补强加固后总涂层干膜厚度均值控制在300μm。

4 结语

综上所述，桥梁结构过火受损后必须及时进行损失程度检测评估及补强加固，在损伤程度检测评估过程中必须充分考虑桥梁结构、起火原因、火场温度、灭火方式，全面掌握过火桥梁损伤位置及程度，保证修复加固方案科学合理及切实可行。在对过火桥梁主要受损构件补强加固处理后必须通过动静载试验、超声回弹等方式评价加固后桥梁结构的实际承载力，为加固后桥梁的稳定运行及养护管理提供依据。