廣西某火損橋梁安全檢測與評估

韋積分 易志雄 毛振方

（1招商局公路網(wǎng)絡(luò)科技控股股份有限公司桂林公司, 廣西 桂林 541200;2重慶交通大學(xué), 重慶 400000; 3招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400000）

0 引言

了解火災(zāi)對橋梁的損傷機(jī)理，運(yùn)用現(xiàn)有的檢測手段對火災(zāi)后的橋梁進(jìn)行損傷程度的檢測評估，更好反映橋梁火災(zāi)后的真實情況，成為當(dāng)前急需解決的問題[1-2]。本文通過參照《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，將其檢測流程應(yīng)用到橋梁上并驗證是否適用，總結(jié)出橋梁火損后的檢測內(nèi)容與評估流程。文獻(xiàn)[3]結(jié)合工程實例，介紹了火災(zāi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷特點(diǎn)，檢測的方法、內(nèi)容及程序，利用國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線ISO 834火災(zāi)時間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線、構(gòu)件外觀檢查，混凝土回彈檢測對比分析及構(gòu)件內(nèi)部溫度場對火損橋梁進(jìn)行了綜合檢測。文獻(xiàn)[4]通過具體的案例分析，并結(jié)合混凝土橋梁具體特點(diǎn)和常見評估方法給出混凝土橋梁火損評估的流程和方法。本文將通過實際工程案例，總結(jié)出橋梁火損后的檢測方法與評估流程。

1 檢測內(nèi)容與方法

2.1 檢測程序及方法

火災(zāi)后的橋梁受損檢測評估尤為重要，參照中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》從混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)等特征推斷混凝土受火溫度，并結(jié)合混凝土剝落、受力鋼筋露筋、受力鋼筋粘結(jié)性能、變形等方面進(jìn)行構(gòu)件鑒定評級。具體的檢測評估順序如下：發(fā)生火災(zāi)→了解火災(zāi)起因經(jīng)過并收集資料→混凝土回彈檢測→確定火損的區(qū)域分布→推定火損區(qū)域內(nèi)部溫度場分布→推定構(gòu)件混凝土損傷深度及程度；檢測鋼筋的保護(hù)層厚度→構(gòu)件狀況綜合評定并按受損程度分類。

2.2 檢測內(nèi)容

火災(zāi)后的鑒定程序可根據(jù)結(jié)構(gòu)鑒定的需要，分為初步鑒定和詳細(xì)鑒定兩個階段。火損橋梁檢測評定內(nèi)容[5]主要包括：受火橋梁資料的收集，火災(zāi)概況調(diào)查，火場范圍、溫度推定，構(gòu)件外觀檢查，構(gòu)件受火區(qū)域及溫度推定，混凝土性能檢測，鋼筋性能檢測，構(gòu)件總體綜合評定。

2 實際工程的應(yīng)用

2.1 工程概況

位于廣西的某高速公路橋梁，分左右幅橋，橋梁全長104.92m，橋面總寬28.00m，大橋跨越河流。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)空心板，橋梁的跨徑組合為（19.98+20+20+20+19.98）m。橋面鋪裝采用瀝青混凝土。設(shè)計荷載等級：公路-I級。

2.2 初步鑒定

初步檢測一般分為火災(zāi)現(xiàn)場情況調(diào)查和外觀檢測。廣西某大橋橋面因2017年11月9日貨車在橋面應(yīng)急車道位置發(fā)生自燃，該事故造成廣西某大橋應(yīng)急車道、行車道橋面鋪裝層約20m2損毀，瀝青面層出現(xiàn)瀝青燒化、松散、剝落，防撞墻砼表面燒裂，鋼管扶手軟縮等不同程度的損害。火災(zāi)影響較大的橋跨7#～10#板梁上方橋面鋪裝直接受到火燒和高溫的作用,損傷較為嚴(yán)重。1處網(wǎng)狀裂縫，L=5.4m，δ=0.04mm；3處剝落、泛白，S總=20.25m2，1處熏黑，S=0.85m2。橋面鋪裝損害情況如圖1。

2.3 詳細(xì)鑒定

本文中詳細(xì)鑒定大致包括火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的專項檢測與分析，構(gòu)件總體綜合評定。

2.3.1 火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布

火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布是詳細(xì)檢測的一個重要部分，根據(jù)橋梁外觀檢查結(jié)果可以確定橋梁火損區(qū)域分布如圖2。參考《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 252-2009），通過混凝土構(gòu)件的表面顏色及損傷程度來判斷其表面的受火溫度，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)表面的溫度場分布情況，如表1所示。

圖1 橋面鋪裝病害

圖2 ：右幅4#、5#跨火損狀況分布示意圖

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系

根據(jù)火損混凝土狀況與溫度的關(guān)系表1，并結(jié)合現(xiàn)場檢測的實際情況，可以推定火災(zāi)時的溫度場為：

1）火損區(qū)域4cm瀝青混凝土面層：參考圖3中瀝青混凝土大面積爆裂、剝落，存在較多裂縫，錘擊后混凝土粉碎，推定溫度最高大于800oC。

2）火損區(qū)域6cm瀝青混凝土中層：參考圖4中瀝青混凝土中層局部最嚴(yán)重區(qū)域存在火損裂縫，混凝土剝落；大部分火損區(qū)域細(xì)微裂縫，輕微剝落，推定中層頂面溫度在300oC～500oC。

3）火損區(qū)域10cm橋面現(xiàn)澆層：參考圖5中現(xiàn)澆層頂面未見明顯裂縫和混凝土剝落現(xiàn)象，故推定溫度小于200oC

根據(jù)大火發(fā)生時間、現(xiàn)場殘留物及橋梁外觀檢測情況，取火災(zāi)有效燃燒時間為180min，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線ISO 834火災(zāi)時間-溫度計算可得火場最高溫度（瀝青混凝土面層溫度）為：

T=T0+345×lg(8t+1) =15+345×lg(8×180+1)=1104.74oC

其中，T為火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)溫度，oC；T0為自然界溫度，oC；t為火災(zāi)經(jīng)歷時間，min。

故可推定火損區(qū)域4cm瀝青混凝土面層溫度達(dá)1104.74oC

圖3 右幅瀝青混凝土面層頂面火損照片（h=0cm）

圖4 右幅瀝青混凝土中層頂面火損照片（h=4cm）

圖5 右幅橋面現(xiàn)澆層頂面火損照片（h=10cm）

2.3.2 混凝土強(qiáng)度及碳化深度

根據(jù)對廣西某大橋混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了回彈法檢測，本次混凝土強(qiáng)度檢測共選取右幅受火構(gòu)件，考慮結(jié)構(gòu)受損區(qū)及受損程度，采用回彈法對受火溫度區(qū)域內(nèi)的混凝土強(qiáng)度和碳化深度進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果見表2。

相對未受火結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度狀況良好,滿足混凝土設(shè)計要求，對廣西某大橋采用鑿出新鮮混凝土面用酚酞酒精溶液涂噴。本次混凝土碳化檢測共選取5個構(gòu)件，由檢測結(jié)果可見，碳化深度最大為1.5mm，故未受火區(qū)域和受火區(qū)域均遠(yuǎn)小于保護(hù)層厚度。

表2 混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果

2 1-3#梁 0.5 ＞60 C50 1 良好 3 1-4#梁 0.5 ＞60 C50 1 良好 4 2-3#梁 1.5 ＞60 C50 1 良好 5 2-7#梁 1.0 ＞60 C50 1 良好 6 1#墩蓋梁 1.0 44.8 C30 1 良好 7 2#墩蓋梁 1.0 ＞60 C30 1 良好 8 1-1#墩 5.0 31.1 C30 1 良好

根據(jù)中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄F中火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度折減系數(shù)，可判斷溫度大于800oC時，混凝土抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)為0.2，故當(dāng)采用此建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)中的折減系數(shù)時，混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)小于規(guī)范值，即不滿足混凝土設(shè)計要求。

2.3.3 受損狀況綜合評定

根據(jù)廣西某大橋的現(xiàn)場檢測以及橋梁火災(zāi)溫度場分布，得出橋梁火損情況為：橋面鋪裝4cm瀝青混凝土面層火損嚴(yán)重，橋面鋪裝6cm瀝青混凝土中層火損較嚴(yán)重，10cm現(xiàn)澆層受火損影響較小。

2.3.4 結(jié)構(gòu)驗算

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)第3.2節(jié)橋梁實際檢測數(shù)據(jù)和相關(guān)規(guī)范，對主梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及抗裂性進(jìn)行驗算。根據(jù)實際檢測結(jié)果對橋梁實際受力狀態(tài)進(jìn)行了計算分析。結(jié)果表明：

承載能力極限狀態(tài)，邊板、中板正截面抗彎承載力及斜截面抗剪承載力驗算均滿足規(guī)范要求；正常使用極限狀態(tài)邊板、中板正截面抗裂、斜截面抗裂、正截面最大法向壓應(yīng)力及斜截面最大主壓應(yīng)力驗算均滿足規(guī)范要求。綜上，廣西某大橋承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)驗算均滿足設(shè)計荷載“公路-I級”的要求。

2.3.5 荷載試驗

為了驗證橋梁遭受火災(zāi)后，火損區(qū)域及其他主要構(gòu)件能否滿足荷載通行使用要求的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本橋?qū)嶋H狀況以及合同的相關(guān)約定，選取右幅橋梁火損橋跨（第5跨）及中跨（第3跨）作為試驗對象。采用百分表測試撓度，采用應(yīng)變采集系統(tǒng)測試應(yīng)變，采用裂縫寬度觀測儀對裂縫進(jìn)行觀測，將測試結(jié)果與結(jié)構(gòu)按相應(yīng)荷載作用下的計算值以及有關(guān)規(guī)范規(guī)定值作比較，了解橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的工作狀況。

在試驗荷載作用下，廣西某大橋試驗截面實測應(yīng)變值均小于相應(yīng)理論計算值，各測點(diǎn)應(yīng)變校驗系數(shù)范圍為0.68～0.87，卸載后的相對殘余應(yīng)變均小于20%。實測撓度值均小于相應(yīng)理論計算值，撓度校驗系數(shù)范圍為0.70～0.84，卸載后的相對殘余變位均小于20%。在加載過程中各試驗截面及附近區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)新增裂縫，原有裂縫未見發(fā)展。綜上，火災(zāi)后的橋梁能夠滿足“公路-I級”級荷載通行使用要求。

3 結(jié)語

通過結(jié)構(gòu)驗算與荷載試驗的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄F中火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度折減系數(shù)計算出的折減強(qiáng)度與事實不相符，故此建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)不能應(yīng)用在橋梁火災(zāi)后的檢測中。

因此，本文總結(jié)了一套適用于橋梁遭受火災(zāi)后的檢測內(nèi)容與評估流程。第一步是初步檢測：一般分為火災(zāi)現(xiàn)場情況調(diào)查和外觀檢測；第二步是詳細(xì)檢測：包括火損區(qū)域及火災(zāi)溫度場分布（利用國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線）→結(jié)構(gòu)構(gòu)件的專項檢測與分析（如混凝土的強(qiáng)度和碳化深度等）→構(gòu)件總體綜合評定；第三步通過結(jié)構(gòu)驗算和荷載試驗驗證橋梁遭受火災(zāi)后火損區(qū)域及其他主要構(gòu)件能否滿足荷載通行使用要求滿足荷載通行使用要求。本文通過實際工程案例-廣西某橋梁總結(jié)了橋梁火損的檢測方法，希望能為研究類似工程案例提供借鑒。