火烧桥梁荷载试验检测与加固维修方案研究

2023-10-25祁朝相

北方交通 2023年10期

祁朝相

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司沈阳市 110166)

0 引言

如今桥梁的意外情况时有发生,火烧灾害逐渐常见,火烧后桥梁混凝土强度易产生退化,橡胶支座易产生软化开裂情况,对桥梁整体承载能力产生不利影响,目前较为常见的检测方法有桥梁荷载试验、回弹法及取芯法验证火灾后混凝土强度。对于结构出现此类病害,尤其可能危及到结构安全的,一旦中断交通,则会造成不良社会影响[1],并会危及人民生命及财产安全。文章对公路桥梁火灾后进行荷载试验及检测加固方式进行总结,并给出试验检测过程结论及维修处置方法,为后续相关技术人员提供参考。

1 桥梁灾后现状及检测情况

1.1 桥梁结构概况及火灾后现场情况

某高速公路桥梁建成于2012年。该桥左、右幅跨径布置均为3×(4×30)m,桥梁全长均为367m。交角均为90°。桥面净宽均为11.25m,内、外侧设置宽0.5m的混凝土护栏。桥面铺装采用沥青混凝土,伸缩缝为型钢伸缩缝,分别位于0号、13号台顶,4号、9号墩顶。支座为板式橡胶支座。上部结构为预应力混凝土连续装配式箱梁,每孔4片梁;下部结构桥台为钢筋混凝土肋板式桥台,基础为桩基础,桥墩为双柱式桥墩,基础为桩基础。设计荷载为公路-Ⅰ级。

据事后调查:事故发生时间为2020年2月14日凌晨3:30左右,一辆载有沥青的大货车发生自燃,司机随即紧急停靠在该桥4号墩顶桥面,大火导致沥青泄漏并沿4号墩处伸缩缝及盖梁、墩柱顺流而下,桥下对应位置随即发生大火,历经一个半小时的燃烧,约凌晨5:00左右火势被遏制并熄灭。根据火灾时间推断,该桥第4孔主梁表面产生的最高温度约为920℃。火烧后桥梁状态见图1(a)～图1(f)。

图1 火烧后桥梁状态

随即检测人员到达现场并依据《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)、《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)、《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252—2009)等相关规范进行检测;根据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252—2009)进行桥梁材质状况与状态参数检测。

1.2 病害现状及桥梁材质状况分析

混凝土颜色:第4、5孔箱梁火灾后混凝土表面颜色发生变化,其中4-2号～4-4号、5-4号梁严重处均呈土黄色,5-3号梁呈灰白色,其中4-4号、5-4号梁相对严重,影响范围为4号墩起3～12m范围内。

火灾裂缝:4-1号～4-4号、5-4号梁大部产生网状裂缝,自4号墩起14m范围内,裂缝宽度为0.1～0.3mm,其中4-4号、5-4号梁相对严重,裂缝宽度最大分别为0.25mm、0.3mm。

锤击反应:4-3号、4-4号、5-4号梁梁底及翼缘网状裂缝处,敲击声音沉闷,局部混凝土酥碎;4-1号、4-2号梁敲击声音较沉闷;4-1号～4-4号梁腹板底部空鼓,敲击声音沉闷。

混凝土脱落:4-4号梁左翼缘距4号墩起17m范围内剥落露筋,面积为17×0.6m2,深度为10cm;5-4号梁左翼缘距4号墩8m剥落露筋,面积为1.5×0.6m2,深度为9cm。4-2号～4-4号梁底4号墩位置混凝土脱落,面积最大为1.5×0.7m2,深度为4cm。

取芯检测结果见表1,混凝土强度检测结果见表2。

表1 取芯测试结果表

表2 混凝土平均换算强度结果表

由表1和表2可知,下行4-4号梁、4-3号梁及4-2号梁混凝土换算强度较4-1号梁分别降低32%、27%、17%。下行4-2号柱混凝土换算强度较上行4-1号柱降低73%。该桥经火灾后,受灾位置装配式箱梁及墩柱混凝土强度降低较为严重,急需处置。

2 荷载试验情况

根据火灾后检测结果,对该桥下行第4孔上部结构进行荷载试验,并随时关注下行4-1号及4-2号墩柱病害情况,试验时关注病害是否有发展。拉应力实测值与理论值对比见表3。

表3 主拉应力实测值与理论值对比表

从表3可以得出以下结论:试验孔(下行第4孔)两片主梁主要控制测点应力校验系数为0.96～1.20,校验系数大于1.0,说明试验主梁斜截面抗剪承载能力不满足设计荷载等级(公路-Ⅰ级)要求。

3 解决措施

由于该桥处于高速公路,全封闭交通压力较大,在本着结构安全的前提下尽快恢复交通,采用对第4孔装配式箱梁及火烧墩柱外包混凝土加固。

在该桥梁端至4分点位置增大腹板厚度,两侧各加厚20cm,对火烧墩柱凿除表面5cm混凝土后外包混凝土维修,混凝土采用C40自密实混凝土。并更换4号墩顶全部支座。在加固前要对该桥桥面高程、加固构件尺寸及墩柱高程等数据进行校准测量。

根据上述维修方案,对维修后的桥梁再次进行荷载试验,具体结果见表4。

表4 主拉应力实测值与理论值对比表(加固后)

由表4可知,经过该加固方案维修后,试验孔(下行第4孔)试验主梁主要控制测点应力校验系数为0.72～0.99,校验系数小于1.0,满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)要求。试验孔(下行第4孔)4-3号、4-4号梁主要控制测点相对残余应力<20%,说明结构接近弹性工作状况。