火燒橋梁荷載試驗檢測與加固維修方案研究

祁朝相

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

0 引言

如今橋梁的意外情況時有發(fā)生,火燒災(zāi)害逐漸常見,火燒后橋梁混凝土強度易產(chǎn)生退化,橡膠支座易產(chǎn)生軟化開裂情況,對橋梁整體承載能力產(chǎn)生不利影響,目前較為常見的檢測方法有橋梁荷載試驗、回彈法及取芯法驗證火災(zāi)后混凝土強度。對于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)此類病害,尤其可能危及到結(jié)構(gòu)安全的,一旦中斷交通,則會造成不良社會影響[1],并會危及人民生命及財產(chǎn)安全。文章對公路橋梁火災(zāi)后進(jìn)行荷載試驗及檢測加固方式進(jìn)行總結(jié),并給出試驗檢測過程結(jié)論及維修處置方法,為后續(xù)相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

1 橋梁災(zāi)后現(xiàn)狀及檢測情況

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)概況及火災(zāi)后現(xiàn)場情況

某高速公路橋梁建成于2012年。該橋左、右幅跨徑布置均為3×(4×30)m,橋梁全長均為367m。交角均為90°。橋面凈寬均為11.25m,內(nèi)、外側(cè)設(shè)置寬0.5m的混凝土護(hù)欄。橋面鋪裝采用瀝青混凝土,伸縮縫為型鋼伸縮縫,分別位于0號、13號臺頂,4號、9號墩頂。支座為板式橡膠支座。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)裝配式箱梁,每孔4片梁;下部結(jié)構(gòu)橋臺為鋼筋混凝土肋板式橋臺,基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ),橋墩為雙柱式橋墩,基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。

據(jù)事后調(diào)查:事故發(fā)生時間為2020年2月14日凌晨3:30左右,一輛載有瀝青的大貨車發(fā)生自燃,司機隨即緊急停靠在該橋4號墩頂橋面,大火導(dǎo)致瀝青泄漏并沿4號墩處伸縮縫及蓋梁、墩柱順流而下,橋下對應(yīng)位置隨即發(fā)生大火,歷經(jīng)一個半小時的燃燒,約凌晨5:00左右火勢被遏制并熄滅。根據(jù)火災(zāi)時間推斷,該橋第4孔主梁表面產(chǎn)生的最高溫度約為920℃。火燒后橋梁狀態(tài)見圖1(a)～圖1(f)。

圖1 火燒后橋梁狀態(tài)

隨即檢測人員到達(dá)現(xiàn)場并依據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11—2004)、《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21—2011)、《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 252—2009)等相關(guān)規(guī)范進(jìn)行檢測;根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 252—2009)進(jìn)行橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測。

1.2 病害現(xiàn)狀及橋梁材質(zhì)狀況分析

混凝土顏色:第4、5孔箱梁火災(zāi)后混凝土表面顏色發(fā)生變化,其中4-2號～4-4號、5-4號梁嚴(yán)重處均呈土黃色,5-3號梁呈灰白色,其中4-4號、5-4號梁相對嚴(yán)重,影響范圍為4號墩起3～12m范圍內(nèi)。

火災(zāi)裂縫:4-1號～4-4號、5-4號梁大部產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫,自4號墩起14m范圍內(nèi),裂縫寬度為0.1～0.3mm,其中4-4號、5-4號梁相對嚴(yán)重,裂縫寬度最大分別為0.25mm、0.3mm。

錘擊反應(yīng):4-3號、4-4號、5-4號梁梁底及翼緣網(wǎng)狀裂縫處,敲擊聲音沉悶,局部混凝土酥碎;4-1號、4-2號梁敲擊聲音較沉悶;4-1號～4-4號梁腹板底部空鼓,敲擊聲音沉悶。

混凝土脫落:4-4號梁左翼緣距4號墩起17m范圍內(nèi)剝落露筋,面積為17×0.6m2,深度為10cm;5-4號梁左翼緣距4號墩8m剝落露筋,面積為1.5×0.6m2,深度為9cm。4-2號～4-4號梁底4號墩位置混凝土脫落,面積最大為1.5×0.7m2,深度為4cm。

取芯檢測結(jié)果見表1,混凝土強度檢測結(jié)果見表2。

表1 取芯測試結(jié)果表

表2 混凝土平均換算強度結(jié)果表

由表1和表2可知,下行4-4號梁、4-3號梁及4-2號梁混凝土換算強度較4-1號梁分別降低32%、27%、17%。下行4-2號柱混凝土換算強度較上行4-1號柱降低73%。該橋經(jīng)火災(zāi)后,受災(zāi)位置裝配式箱梁及墩柱混凝土強度降低較為嚴(yán)重,急需處置。

2 荷載試驗情況

根據(jù)火災(zāi)后檢測結(jié)果,對該橋下行第4孔上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗,并隨時關(guān)注下行4-1號及4-2號墩柱病害情況,試驗時關(guān)注病害是否有發(fā)展。拉應(yīng)力實測值與理論值對比見表3。

表3 主拉應(yīng)力實測值與理論值對比表

從表3可以得出以下結(jié)論:試驗孔(下行第4孔)兩片主梁主要控制測點應(yīng)力校驗系數(shù)為0.96～1.20,校驗系數(shù)大于1.0,說明試驗主梁斜截面抗剪承載能力不滿足設(shè)計荷載等級(公路-Ⅰ級)要求。

3 解決措施

由于該橋處于高速公路,全封閉交通壓力較大,在本著結(jié)構(gòu)安全的前提下盡快恢復(fù)交通,采用對第4孔裝配式箱梁及火燒墩柱外包混凝土加固。

在該橋梁端至4分點位置增大腹板厚度,兩側(cè)各加厚20cm,對火燒墩柱鑿除表面5cm混凝土后外包混凝土維修,混凝土采用C40自密實混凝土。并更換4號墩頂全部支座。在加固前要對該橋橋面高程、加固構(gòu)件尺寸及墩柱高程等數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)測量。

根據(jù)上述維修方案,對維修后的橋梁再次進(jìn)行荷載試驗,具體結(jié)果見表4。

表4 主拉應(yīng)力實測值與理論值對比表(加固后)

由表4可知,經(jīng)過該加固方案維修后,試驗孔(下行第4孔)試驗主梁主要控制測點應(yīng)力校驗系數(shù)為0.72～0.99,校驗系數(shù)小于1.0,滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)要求。試驗孔(下行第4孔)4-3號、4-4號梁主要控制測點相對殘余應(yīng)力<20%,說明結(jié)構(gòu)接近彈性工作狀況。

4 結(jié)論

文章針對某高速公路橋梁出現(xiàn)火災(zāi)后進(jìn)行現(xiàn)場外觀檢測及橋梁材質(zhì)狀況檢測,并綜合進(jìn)行荷載試驗得出該橋梁經(jīng)火災(zāi)后已不能滿足現(xiàn)行荷載要求。針對此種病害情況,給出外包混凝土加固的處理方法,并再次通過荷載試驗得出該橋經(jīng)該種方法加固后達(dá)到了預(yù)期的加固目的,為后續(xù)出現(xiàn)此類問題的工程提供試驗檢測及加固的參考[2]。