鋼筋混凝土橋梁遭火災后的檢測與評定

鄭文通, 劉驍哲, 張 濤

(河南省交通規劃設計研究院股份有限公司；河南省交院工程檢測科技有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

近年來,我們交通運輸業高速發展,橋梁數量早已占據世界第一,橋梁遭受火災事故也越來越多。橋梁遭受火災后,不僅阻斷交通、影響出行等,造成巨大的直接經濟損失,而且橋梁的鋼筋混凝土結構在高溫下,其強度、碳化深度與彈性模量等力學性能將減退,鋼筋與混凝土間的黏結強度相應下降,橋梁的有效截面減少,承載力也會降低,造成橋梁出現安全隱患,進而影響高速公路運營安全。因此,必須進行必要的專項檢測,對橋梁結構的損傷程度做出正確的判斷,以制定合理的加固處理方案。本文介紹了鄭州市某大橋受火災后的檢測與評定過程,以便同類橋梁在遭受火災后進行檢測時有所借鑒。

1 工程概況

受火橋梁位于鄭州市機場高速,上部結構為9×20 m預應力混凝土空心板,下部結構為柱式單排墩臺,鉆孔灌注樁基礎,橋面連續,在橋臺處設D120伸縮縫,橋梁全長185.12 m。設計荷載:新建部分公路-Ⅰ級,原橋梁汽-超20,掛-120。該橋在巡查過程中發現第9跨空心板有火燒痕跡,并且已有4片空心板出現大面積的混凝土剝落、露筋(圖1)。

圖1 空心板受火后混凝土剝落情況

2 檢測項目與步驟

2.1 進行外觀檢測調查

對火災后橋梁的空心板、勾縫、支座、蓋梁等進行全面檢查,由檢查初步確定受火橋梁的技術狀況,以便采取相應的措施。與常規橋梁檢查相比,本次檢測調查側重于火災后橋梁各部件的損傷情況,重點檢測受火災跨。其中,9-11#空心板共有2處混凝土剝落,剝落面積分別為:S1=6.2×1.1 m2;S2=1.4×0.9 m2;9-12#空心板共有1處混凝土剝落,剝落面積為:S=14.6×1.3 m2;9-13#空心板共有1處混凝土剝落,剝落面積為:S=10.6×1.3 m2;9-14#空心板共有1處混凝土剝落,剝落面積為:S=10.6×1.3 m2;8-2#立柱共有3處混凝土剝落,剝落面積為:S1=0.9×0.6 m2;S2=0.8×0.6 m2;S3=0.5×0.4 m2。第9跨8#墩處支座均有不同程度的碳化和粉化現象(圖2)。這些作為直接受火災影響區典型病害,根據《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011),這些構件被評為三類構件,應及時安排專門進行維修加固。

圖2 受火剝落區取芯樣圖

2.2 回彈強度檢測

鑒于該橋的結構特性及火災發生部位,必須在打磨干凈受火區域的混凝土層后,才能采用回彈法檢測受火發生混凝土。本次重點檢測了剝落的9-11#空心板、9-12#空心板、9-13#空心板及9-14#空心板,檢測時對同一空心板分為受火混凝土剝落損區和未受火區分別檢測。檢測受火發生混凝土剝落的8-2#立柱,檢測時對該立柱分為受火混凝土剝落損區和未受火區分別檢測。另外,檢測未受火影響的8-11#空心板、8-12#空心板及8-3#立柱。

根據檢測結果,受火后大部分構件的混凝土內部強度大于設計值,強度狀況良好或較好,個別構件(9-13#空心板)受火剝落區的回彈強度偏小。受火跨(第9跨)混凝土回彈強度值稍小于未受火跨(第8跨)。

2.3 取芯強度檢測

在8-2#立柱取芯3個(其中受火剝落區2個,非受火區1個)進行檢測,受火剝落區取得的芯樣如圖3所示。

圖3 9-11#空心板混凝土剝落病害示意圖(單位:m)

由圖3可知,受火區和非受火區混凝土內部無明顯不同,混凝土外觀均為正常硬化混凝土。根據實驗結果,受火剝落區和未受火區芯樣的實測混凝土抗壓強度值均大于抗壓強度設計值25#(C23),說明受火后8-2#立柱內部混凝土強度未發生明顯下降。

2.4 碳化深度檢測

在鋼筋混凝土結構物中,鋼筋處于混凝土的堿性保護之中,混凝土碳化深度一旦到達鋼筋,鋼筋就會失去保護。混凝土碳化深度的檢測一般使用將酸堿指示劑噴在混凝土新鮮破損面的方法,根據指示劑顏色的變化,可測量混凝土的碳化深度。本次檢測必須首先打磨受火混凝土,露出新鮮混凝土才能進行檢測,受火后的碳化深度必須在每個構件測點分別進行3次檢測,這與普通混凝土檢測有很大不同。由各構件的碳化深度檢測結果可知,所檢測空心板的碳化深度在1.0～4.5 mm。受火剝落區考慮剝落厚度的空心板碳化深度在13.0～23.5 mm。

2.5 截取鋼筋檢測

鋼筋在高溫作用下,材料會發生相變,因此必須對受火災的鋼筋強度進行檢測,從而間接推測出此次失火燃燒的強度及燒火時間。

在9-11#空心板、9-12#空心板和9-13#空心板受火剝落區分別截取1根箍筋(1#鋼筋、2#鋼筋、3#鋼筋)進行抗拉強度試驗。截取后的鋼筋外觀狀況良好,無明顯損傷,鋼筋表面無熱熔痕跡,鋼筋無明顯銹蝕現象。通過鋼筋抗拉強度試驗,受火剝落區所進行試驗的鋼筋抗拉屈服強度均大于鋼筋抗拉強度標準值,說明受火后鋼筋抗拉強度未發生明顯下降。

3 綜合評估及加固建議

3.1 檢測主要結論

(1) 9-11#空心板、9-12#空心板、9-13#空心板、9-14#空心板和8-2#立柱受火后混凝土大面積剝落、骨料外露、箍筋外露。

(2) 第9跨支座有不程度的碳化、粉化現象。

(3) 受火后大部分構件的混凝土回彈強度大于設計值,混凝土強度狀況良好或較好,個別構件(9-13#空心板)受火剝落區的回彈強度偏小。

(4) 所檢測空心板的碳化深度在1.0～4.5 mm,所檢測立柱的碳化深度均>6 mm。剝落區考慮剝落厚度的空心板碳化深度在13.0～23.5 mm。

(5) 取芯結果表明,受火區和非受火區混凝土內部無明顯不同,外觀均為正常硬化混凝土。

(6) 8-2#立柱受火剝落區和未受火區芯樣的實測混凝土抗壓強度值均大于設計抗壓強度值25#(C23),說明受火后8-2#立柱內部混凝土強度未發生明顯下降。

(7) 受火剝落區外露的鋼筋外觀狀況良好,無明顯損傷,鋼筋表面無熱熔痕跡,鋼筋無明顯銹蝕現象。截取的鋼筋抗拉屈服強度實測值大于鋼筋抗拉強度標準值,說明受火后鋼筋抗拉強度未發生明顯下降。

3.2 加固建議

(1) 建議對過火區空心板、立柱的混凝土剝落等缺陷進行專項加固維修處治。

(2) 建議更換出現碳化、粉化、老化開裂、剪切變形等病害的支座。

(3) 建議對該橋嚴格按照《公路橋梁養護規范》(JTG H11-2004)的要求進行經常檢查、定期檢查和特殊檢查。經常檢查每月至少1次,定期檢查和特殊檢查建議每年1次,發現問題及時處理。

4 結束語

本文結合鄭州市某橋梁火災后檢測的項目、方法及結果,對火災后橋梁檢測的方法進行了表述。檢測時以火災中受損的最差構件評定,從而在最短的時間內采取相應的管控措施,特別是在檢測中采用回彈法和取芯法相結合,進一步驗證受火后混凝土強度,為決策者提供直接可信的數據。對受火燒跨采取受火區和非受火區分別進行回彈檢測,這種對比法迅速確定橋梁具體受損位置和程度,進而確定維修加固范圍。此種綜合評定方法能夠在較短的時間內給管理者提供維修加固決策信息。希望借此能為同類受火災橋梁提供參考。