火災后橋梁應急檢測與維修加固設計

劉高林，宋粉麗

(1.河南越秀尉許高速公路有限公司 許昌市 461000；2.河南省交通科學技術研究院有限公司 鄭州市 450000)

火災是工程結構最嚴重的災害之一，近年來隨著經濟和交通建設的快速發展，穿越橋梁的重型硬脂酸車、苯酚運輸車、運油氣卡車等日益增多，引發火災爆炸將對橋梁結構帶來嚴重威脅[1-4]。全世界范圍內每年都有多起嚴重的橋梁火災爆炸事故發生，造成了巨大經濟損失，而且重者可造成橋梁的永久損失甚至橋梁坍塌。作為橋梁極端荷載之一的火災爆炸作用，對橋梁造成的破壞不可估量[5-8]。以某高速公路3-10m預應力混凝土空心板橋為例，在橋梁發生火災后，對橋梁進行了應急檢測，針對橋梁病害進行了維修加固設計，為處治同類橋梁災害提供相關參考依據。

1 橋梁概況

某高速分離式立交橋總長34.04m，橋面凈寬2×12m，左右幅分離布置。主橋結構形式為3-10m預應力混凝土空心板橋，橋面連續，板高0.5m，寬0.99m，單幅設13片空心板。設計荷載等級為公路-Ⅰ級。下部結構為樁柱式墩、臺，鉆孔灌注樁基礎。因汽油危化品運輸車輛撞擊到此分離式立交導致汽油泄漏燃燒，該立交橋西幅主梁、墩柱混凝土大面積剝落，鋼筋外露，東幅主梁、蓋梁、墩柱混凝土熏黑。圖1為火災后現場圖。

圖1 橋梁火災后現場圖片

2 橋梁應急檢測結果

現場主要燃燒區域為：橋梁西幅第二跨主梁、西幅2-1#、2-2#墩柱及西幅2#蓋梁為汽油泄露及燃燒的直接接觸點；東幅2-1#主梁為西幅火焰經過中分帶燃燒點。火燒后橋梁出現大面積混凝土破損剝落及鋼筋外漏的情況。火災發生后，依據相關規范和要求，立即對橋梁進行應急檢測。

2.1 西幅橋梁檢測結果

(1)西幅橋梁技術狀況評定為五類橋，其主要受損病害包括：

①西幅橋梁3跨主梁全長范圍內底板混凝土大面積脫落、熏黑，底板底層箍筋及主筋外露嚴重，混凝土剝落區域出現預應力筋外露現象。

②西幅1#和2#蓋梁側面混凝土大面積脫落、露筋、熏黑。1#蓋梁受損面積約6m2，2#蓋梁受損面積約8m2。

③西幅1-3#立柱、2-2#立柱混凝土最大損傷深度為18cm，2#蓋梁混凝土最大損傷深度為13cm，并有通長縱縫。

④支座全部受損。

(2)西幅主梁受火區混凝土強度為18.9MPa，小于C50設計強度；西幅2#蓋梁混凝土強度為20.0MPa，小于設計強度30.0MPa；1-3#立柱強度為27.5MPa，小于設計強度30.0MPa。

(3)西幅1#蓋梁、西幅2#蓋梁水平構造鋼筋受火后屈服強度分別為293.6MPa和324.8MPa，小于設計理論屈服強度335MPa。

2.2 東幅橋梁檢測結果

(1)東幅橋梁技術狀況評定為三類，其主要受損病害包括：

①上部結構1-1#、1-2#、1-3#、2-1#、2-2#、2-3#、3-1#、3-2#和3-3#空心板底板混凝土大面積熏黑，2-1#、2-2#空心板底板混凝土局部脫落，2-1#空心板混凝土局部開裂、剝落、掉角，2-1#空心板局部敲擊回聲發悶。

②1#和2#蓋梁局部熏黑，1#蓋梁局部敲擊聲發悶；2-1#墩柱混凝土大面積剝落、露筋。

(2)東幅2-1#板腹板受火區混凝土強度為18.9MPa，小于C30設計強度；東幅2-1#立柱受火區混凝土強度為23.3MPa，小于C30設計強度。其他結構受火區混凝土強度均大于設計強度。

3 橋梁維修加固方案

3.1 橋梁維修范圍與內容

3.1.1西幅橋

西幅橋為五類橋，為了最大限度地利用原結構，本次加固采用“更換上部-加固下部”的方式對西幅橋進行維修處治。

(1)拆除西幅橋上部空心板、瀝青鋪裝、混凝土調平層，更換上部結構為3×10m鋼混組合連續梁(上部結構采用55cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結構+3cmAC-10瀝青混凝土)。

(2)拆除西幅橋原混凝土護欄，更換為SS級混凝土護欄。

(3)拆除西幅橋原0#臺伸縮縫、原3#臺橋面連續，均更換為GQF-C-40伸縮縫。

(4)拆除西幅橋支座墊石，按照鋼混組合連續梁間距重新布設支座墊石及進行支座選型，保證總支撐高度與原總支撐高度接近，最大限度少占用凈空。

(5)拆除西幅橋1#、2#蓋梁，對1#、2#橋墩墩柱進行人工鑿除至樁頂(保留原橋墩柱主筋)；更換西幅橋1#、2#蓋梁，采用“鋼護筒+接長主筋+混凝土”的方式對西幅橋墩柱進行補強。

(6)對橋臺熏黑部分，采用小型電動工具進行人工打磨或局部輕微鑿除，使用高壓水槍進行清洗、聚合物改性水泥砂漿修補缺損后，涂刷混凝土表面防腐涂料。

3.1.2東幅橋

東幅橋為三類橋，本次加固采用“更換上部受損梁板-加固下部”的方式對東幅橋進行維修處治。

(1)拆除東幅橋2-1#空心板周圍原混凝土護欄、瀝青鋪裝、混凝土調平層，待東幅2-1#梁板施工完成后恢復混凝土護欄至原狀態。

(2)拆除東幅橋2-1#空心板，更換為鋼混組合簡支梁(上部結構采用50cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結構+6cm瀝青混凝土鋪裝)，橋面連續。

(3)對東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進行表面人工鑿除(蓋梁頂面鑿除范圍視梁板具體情況現場確定)，對東幅橋1-1#、2-1#墩柱進行表面人工鑿除，直至露出堅實混凝土為宜(對存在破損、燒傷、熔斷的鋼筋進行拆除)；采用“鋼護筒+灌漿料”方式對東幅橋1-1#、2-1#墩柱進行補強，采用“灌漿料+補強箍筋、主筋”的方式對東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進行補強。

(4)對東幅橋其余熏黑部分，采用小型電動工具進行人工打磨或局部輕微鑿除，使用高壓水進行清洗、聚合物改性水泥砂漿修補缺損后，涂刷混凝土表面防腐涂料。

3.2 橋梁加固方案設計

西幅橋采用“更換上部-加固下部”的方式對西幅橋進行維修處治。東幅橋采用“更換上部受損梁板-加固下部”的方式對東幅橋進行維修處治。

3.2.1上部結構加固方案

(1)西幅橋上部結構加固方案

拆除西幅橋上部空心板、瀝青鋪裝、混凝土調平層，更換上部結構為3×10m鋼混組合連續梁，鋼混凝土組合梁橫斷面見圖2。護欄更換為新規范的SS級混凝土護欄。上部結構更換后，兩側橋臺位置均設置GQF-C-40型伸縮縫。

圖2 西幅橋鋼混凝土組合梁橫斷面

西幅橋上部結構采用55cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結構+3cmAC-10瀝青混凝土。鋼主梁采用Q355D工字型直腹板鋼梁，鋼梁梁高0.55m，上翼緣板寬400mm，厚18mm，腹板高508mm，厚16mm，下翼緣板寬400mm，厚24mm。鋼主梁上翼緣板之間采用頂鋼板連接，頂鋼板兼做混凝土橋面現澆層底模，混凝土橋面現澆層與鋼主梁、頂板采用門形剪力筋連接，鋼主梁之間采用橫向“Z”型槽鋼連接及水平槽鋼連接，每跨在1/4跨、跨中、3/4跨布置三道橫向“Z”型槽鋼連接，每跨在支點及橫向“Z”型槽鋼間隔布置六道水平槽鋼連接，橫向連接中的上槽鋼作為鋼主梁連接頂板支撐。

按照鋼混組合連續梁間距重新布設支座墊石及進行支座選型，保證總支撐高度與原總支撐高度接近，最大限度少占用凈空。支座選用GBZY200×42(CR)普通板式橡膠支座。安裝新增支座和墊石工藝流程：鋼梁出廠前在梁底螺栓連接楔形鋼塊→蓋梁混凝土基面處理→墩臺蓋梁(臺帽)頂預埋或植入角鋼用M16錨栓→放置支座、支座底鋼板及對應M16高強螺栓→架設鋼混組合梁→調節M16高強螺栓控制梁體標高、縱橫坡→安裝支座墊石用角鋼→灌注無收縮高強度灌漿料→澆注墩臺擋塊混凝土。

(2)東幅橋上部結構加固方案

拆除東幅橋2-1#空心板周圍原混凝土護欄、瀝青鋪裝、混凝土調平層，拆除東幅橋2-1#空心板，更換2-1#空心板為鋼混組合簡支梁，見圖3所示。待東幅2-1#梁板施工完成后恢復混凝土護欄至原竣工狀態。

圖3 東幅橋2-1#梁板更換示意圖

東幅橋上部結構采用50cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結構+6cm瀝青混凝土。鋼主梁采用Q355D工字型直腹板鋼梁，鋼梁梁高0.5m，上翼緣板寬400mm、厚18mm，腹板高458mm、厚16mm，下翼緣板寬400mm、厚24mm。鋼主梁上翼緣板之間采用頂鋼板連接，頂鋼板兼做混凝土橋面現澆層底模，混凝土橋面現澆層與鋼主梁、頂板采用門形剪力筋連接，鋼主梁之間采用橫向“Z”型槽鋼連接及水平槽鋼連接，每跨在1/4跨、跨中、3/4跨布置三道橫向“Z”型槽鋼連接，每跨在支點及橫向“Z”型槽鋼間隔布置六道水平槽鋼連接，橫向連接中的上槽鋼作為鋼主梁連接頂板支撐。

3.2.2下部結構加固方案

(1)西幅橋下部結構加固方案

繩鋸切割拆除西幅橋1#、2#蓋梁，對西幅橋1#、2#橋墩墩柱進行人工鑿除至樁頂(保留原橋墩柱主筋)；更換西幅橋1#、2#蓋梁，采用“鋼護筒+接長主筋+混凝土”方式對西幅橋墩柱進行補強，見圖4。

圖4 西幅橋1#、2#橋墩加固一般構造

(2)東幅橋下部結構加固方案

對東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進行表面人工鑿除，對東幅橋1-1#、2-1#墩柱進行表面人工鑿除(蓋梁頂面鑿除范圍視梁板具體情況現場確定)，直至露出堅實混凝土為宜(對存在破損、燒傷、熔斷的鋼筋進行拆除)；采用“鋼護筒+灌漿料”方式對東幅橋1-1#、2-1#墩柱進行補強，采用“灌漿料+補強箍筋、主筋”的方式對東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進行補強，見圖5。

圖5 東幅橋1-1#柱、2-1#柱加固及蓋梁局部加固一般構造

3.2.3其他

對橋梁熏黑部分，采用小型電動工具進行人工打磨或局部輕微鑿除，使用高壓水槍進行清洗、聚合物改性水泥砂漿修補缺損后，涂刷混凝土表面防腐涂料。

橋面設置排水管，鋼梁邊梁翼緣設置截水板，橋面排水管通過泄水管接至鋼梁中部以下，梁端設置截水擋板，防止雨水沿端縫流入梁底。

4 結論

以某高速分離式立交橋3-10m預應力混凝土空心板橋為例，在橋梁發生火災后，對橋梁進行了應急檢測，針對橋梁病害上部結構采用了鋼混組合梁(上部結構采用55cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結構+3cmAC-10瀝青混凝土)的加固設計方案進行維修處置，該加固設計方案技術成熟、安全可靠、經濟合理，最大限度節約工期。通過維修處治，快速恢復了橋梁使用功能，增強了結構耐久性，并為處治同類病害橋梁提供相關參考依據。