橋面火災后混凝土梁橋的快速檢測與評估

李 強

(1.安徽省公路工程檢測中心，安徽 合肥 230001；2.橋梁與隧道工程檢測安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230001)

0 引 言

近年來，隨著交通運輸業的快速發展，因車輛事故、自燃、危險品泄漏等引起的橋面火災事故呈上升趨勢，橋面火災導致交通堵塞、橋梁加固重建，造成惡劣的社會影響和巨大的經濟損失[1-3]。橋面火災后如何快速評估混凝土梁橋損傷成為橋梁管養單位面臨的新難題。以某公路梁橋橋面火災損傷檢測評估為例，給出橋面火災后橋梁快速檢測與評估流程和方法，可作為類似橋梁檢測評估參考。

1 工程概述

某公路橋梁，橋梁全長553.04 m，橋跨布置為26×20 m=520 m。上部結構采用預應力混凝土簡支空心板，每孔10片空心板；支座為板式橡膠支座；下部結構采用雙柱式橋墩，重力式U型橋臺，擴大基礎；橋面凈寬12 m，雙向兩車道布置；橋面鋪裝采用瀝青碎石。一輛滿載廢紙箱的半掛車在該橋面上自燃，大火持續7小時左右，導致橋面瀝青混凝土及空心板、護欄混凝土不同程度燒傷，消防部門用水滅火。

2 火災后外觀檢查及溫度場分布

2.1 外觀檢查

根據《公路橋涵養護規范》要求，外觀檢查內容主要包括橋面系、上部結構、下部結構等[4]，以確定橋梁受火溫度區域和構件燒傷情況。橋面損傷及油污情況如圖1所示。

圖1 橋面鋪裝損傷區域示意圖(單位：m)

橋面鋪裝因高溫烘烤、可燃物燃燒等導致第8～11跨左側橋面瀝青碎石鋪裝層呈現不同程度的老化、集料松散等損傷，如圖2所示，面積約55 m×5.0 m，其中第9、第10跨橋面較為嚴重；油污直接污染第5～11跨橋面，面積約55 m×0.5 m，污水自5#墩、10#墩處伸縮縫流向橋下。通過對瀝青碎石面層取芯檢測,結合取芯的難易程度和芯樣完整性可知，在受火嚴重的橋面瀝青上面層0.7～1.5 cm范圍內存在表面老化集料松散現象。

圖2 橋面鋪裝層局部損傷較重、集料松散

圖3 護欄受損混凝土剝落

伸縮縫主要是橡膠條燒損，10#墩處伸縮縫橡膠條燒壞破損，5#墩處伸縮縫存在堵塞、破損現象，引起滲水污染梁體。

護欄因高溫烘烤后灑水急速冷卻，造成混凝土構件內外較大應力差導致剝落，混凝土剝落約60處，且第8～11跨左側護欄表面被熏黑，面積約60×1.0 m。此外，左側護欄混凝土約20處非因受火產生的銹脹破損。

上部結構空心板梁體未見明顯受火損傷，主要病害為空心板底板中央縱向裂縫、鉸縫滲水等，經對比分析該橋歷次檢測結果，空心板底板縱向裂縫、鉸縫滲水為橋梁既有病害，非本次火災引起。下部結構未見明顯受火損傷，主要為受橋面滅火滲水污染，其中10#蓋梁全長滲水，6#～9#蓋梁在兩端1.5 m范圍內有滲水污染痕跡。

通過對橋面火災影響的第9#～12#墩橡膠支座進行檢查，未見受火損傷，部分支座存在開裂、脫空、堵塞等既有病害。

2.2 溫度場分布推定

鋪裝層表面燃燒時的最高溫度推定是評估橋梁受火影響的關鍵，根據物品變態情況推定各種物品變態溫度是不同的，如鋁合金的軟化溫度約為600 ℃；玻璃軟化溫度約為700℃；銅的軟化溫度約為900 ℃等。通過火災現場的各種物品變態情況能夠推斷出火場溫度。由于火災發生在夜間，且對流情況良好，結合現場玻璃、鋁合金等殘留物燒蝕情況及著火燃燒過程可以推斷鋪裝層表面燃燒時最高溫度約700℃。

根據混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與受火溫度關系[5]，具體見表1，可以推斷空心板梁體的表面溫度≤300℃。

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與受火溫度關系一覽表

3 火災后橋梁性能檢測

3.1 混凝土強度檢測

回彈法檢測混凝土強度因其快速便捷，在工程中被廣泛采用。火災造成混凝土表層疏松、剝落等與其內部質量存在明顯差異，故回彈法檢測混凝土強度已不適用，建議采用鉆芯法檢測混凝土強度[6,7]。本次火災后混凝土強度檢測針對混凝土受火災影響程度不同采用不同的檢測方法，直接受橋面火災炙烤或者被流淌物灼燒的護欄混凝土強度采用取芯法檢測，間接受橋面火災損傷的梁板等構件混凝土強度采用回彈法檢測。檢測結果表明，直接受橋面火災損傷構件和間接受橋面火災損傷的構件混凝土強度均能滿足設計強度要求。

3.2 橋面線形檢測

橋面線形變化在一定程度上反映橋梁結構內力的變化情況，通過對比火災前后橋面線形變化情況評價橋面火災對橋梁結構損傷程度。采用精密水準儀對該橋恒載線形進行測試，測試結果表明，該橋第8～11跨總體線形平順，未見下撓現象，表明橋面火災后橋梁線形未明顯變化。

3.3 橋梁動力測試

橋梁結構自振特性不僅能夠反映結構的剛度、質量和能耗能力，而且還能反映結構的損傷情況，進而引起結構的動力特性和動力響應[8,9]。通過對橋梁結構動力特性分析，可以對橋梁的結構狀態進行評估。動力特性主要采取在橋面布置拾振器，測試橋梁的自振頻率等相關動力特性。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》實測自振頻率與理論計算頻率的比值可以用來評定橋梁結構損傷狀況[9]。本次測試選取了受橋面火災的第8～11跨和未經火災影響所第3～5跨進行自振頻率測試，結果表明受橋面火災的橋跨和未經火災影響的橋跨的自振頻率相差不大，且均大于理論值，說明橋面火災后橋梁損傷對結構整體受力性能影響不明顯。

4 評估與維修建議

通過對受火影響的橋跨進行外觀檢測及橋梁性能評價，檢測結果表明：火災導致橋面瀝青鋪裝、伸縮縫、護欄受損明顯，橋梁結構受橋面火災損傷程度輕，結構材料及結構性能未受影響，根據《火災后工程結構鑒定標準》相關條文[10]，該橋梁損傷狀態評定為Ⅱa。因此對缺陷進行相應處理，建議如下：

(1)瀝青混凝土橋面受火后，局部骨料脫離，表面松散，瀝青燒焦老化，瀝青與集料的黏附性大大降低，橋面耐久性大幅下降，從而嚴重影響橋面使用性能；對橋面受損區域的鋪裝層進行銑刨后重新鋪裝，對其他存在裂縫的橋面進行填封處理。

(2)伸縮縫燒壞破損導致雨水滲入空心板和蓋梁，影響結構耐久性；及時更換受損的10#墩處伸縮縫。

(3)護欄剝落破損和熏黑影響行車安全防護性能和美觀；對護欄銹脹破損剝落區進行修補處理，對熏黑區進行清洗后處理。

(4)梁體裂縫和支座開裂影響結構的耐久性，對空心板底板裂縫及時進行封閉處理，對開裂嚴重的支座進行更換。

5 結束語

橋面火災因著火點位于開放空間導致橋梁結構受損有其特殊性和復雜性，快速準確地對橋梁結構進行損傷鑒定并非易事。本文從火災后橋梁外觀檢查開始，推定了溫度分布，對火災后橋梁構件混凝土強度、橋面線形、橋梁動力特性進行了測試分析，定性的評估了橋梁整體狀態，最后根據損傷鑒定結果制定了維修加固措施，為以后類似橋面火災受損橋梁的快速檢測評估提供了依據。