某預應力混凝土連續箱梁橋火災后損傷評估

劉國湘

(1.福建省交通科研院有限公司; 2.福建省公路水運工程重點實驗室，福州 350004)

1 概述

隨著我國國民經濟的快速發展， 公路交通設施建設也進入了大發展時期。 作為公路的重要組成部分——橋梁，尤其是混凝土梁橋，在公路建設中的比例不斷提高。一方面，隨著公路交通量日益增大，公路運輸類型日趨多樣化、超載化，如高速公路上常見的汽油、乙醚等易燃易爆危險化學品運輸車，塑料、板材等易燃品載重貨車，這些車輛發生事故帶來的火災隱患， 是橋梁火災的主要因素；另一方面，在公路橋梁下方經常堆積有橡膠、干柴等易燃物，由此引發橋梁的火災事故也越來越多。

2007 年福銀高速閩清段建新大橋，由于油罐車下坡失控側翻引發火災。 現場橋梁上部結構被大火侵蝕超過半個小時后，溫度極高，路面瀝青燒成焦炭，連接處鋼板、欄桿均變形，橋墩也幾近燃燒10min，受損嚴重。

2016 年國道324 漳州段漳州大橋，由于橋下堆積物起火，導致橋墩及上部箱梁結構表面損傷嚴重，混凝土剝落至主筋位置，主梁及橋墩有效截面削弱，預應力鋼筋損傷，現場損傷如圖1 所示。

通過火災事故可知， 橋梁火災分為橋上交通事故引發火災和橋下可燃物燃燒火災。 橋上火災主要受損部位為橋面鋪裝、護欄、聲屏障、主梁等；橋下火災主要受損部位為主梁、下部墩臺及蓋梁等。 無論哪種形式火災，對橋梁結構造成的損傷都是不可逆的[5]。 因此，對橋梁火災后的損傷評估是一個重要的項目。

目前交通橋梁領域并沒有一個比較詳盡的評判標準，橋梁發生火災后，橋隧檢測工程師一般使用常規的檢測方法進行檢測和評估， 在 《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011） 的基礎上參考其他行業的火災檢定標準來實施，其準確性、科學性和系統性都受到一定程度的影響。

圖1 漳州大橋火災后損傷圖片

2 工程概況

某預應力連續箱梁橋總長66.03m。 本橋上部結構采用3 跨20m 等跨、 等截面預應力混凝土連續箱梁， 共1聯。橋寬17.25m。下部采用樁基礎結構。設計荷載：公路-I 級。建成年限：2012 年。2019 年11 月19 日，橋下堆積的廢舊塑料制品因不明原因起火燃燒。由于地處海邊，火勢借著風迅速變大，且橋下凈空不足2m，大火直接炙烤著橋梁結構。 大火持續燃燒約60min，后被澆水撲滅。 火災后橋梁現狀見圖2。

3 火災后梁橋檢測內容及流程

圖2 火災后橋梁現狀圖

圖3 梁橋火災后檢測流程及主要檢測內容

火災對橋梁造成的損傷， 主要包括直接燒灼損傷和溫度應力作用損傷。 直接燒灼一般局限于火場和高溫煙氣彌漫區域的結構，溫度應力遍及整座梁橋結構[1]。 一般可以按照圖3 所示步驟進行。梁橋發生火災后，應首先進行現場踏勘，然后對橋梁構件進行初步檢測與詳細檢測。在此基礎上再對火災后梁橋的技術狀況進行評定， 必要時候開展荷載試驗對內部應力損傷進行評估。

3.1 初步檢查

初步檢查主要根據現場混凝土灼燒后表觀變化去判斷?？梢愿鶕馂暮蟛煌瑴囟认禄炷翗嫾耐庥^特征，詳見表1[2]。

3.2 詳細檢測

本階段工作的關鍵在于詳細檢測梁橋各構件的受損情況，判定梁橋是否能繼續使用，延長橋梁使用壽命。 詳細檢測的主要內容有：火場溫度與梁橋構件內溫度推定、混凝土強度檢測、 鋼筋強度檢測、 混凝土保護層厚度檢測、混凝土碳化深度檢測、混凝土內部缺陷檢測、混凝土損傷層檢測、有效預應力檢測及荷載試驗等，對于海洋環境下的橋梁還需開展混凝土鋼筋銹蝕以及電阻率的檢測[3]。

（1）火場溫度與梁橋構件內溫度推定：主要采用現場調查結合火災燃燒材料及經驗確定；

（2）混凝土強度檢測：由于回彈法不適用于火災后混凝土構件的強度檢測， 因此強度檢測較多采用取芯法進行，現場回彈法僅做參考；

（3）鋼筋強度檢測：通常采用取樣驗證的方法；

（4）混凝土保護層厚度檢測、混凝土碳化深度檢測：主要用于評定火災的影響深度， 分別采用電磁感應及碳化深度檢測尺進行；

（5）混凝土內部缺陷檢測：主要采用超聲波檢測方法；

（6）混凝土損傷層檢測：根據強度、碳化的檢測結果進行分析；

（7）有效預應力檢測：需要對混凝土構件局部鑿除，露出預應力鋼筋，不推薦開展；

（8）荷載試驗：對受損梁橋，雖然受火災影響區域限于局部， 但是受火帶來的溫度應力可能遍及整座橋梁結構， 因此建議對受損嚴重以及重要性較高的橋梁進行荷載試驗檢測，直觀反映火災對承載能力的影響程度。

4 火災后檢測結果匯總

4.1 初步檢測

（1）梁橋歷史情況調查

該橋2012 年建成通車，于2015 年通過竣工驗收。最近于2019 年委托相關單位進行定期檢查，技術狀況等級評定為二類。 無維修加固歷史。

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與溫度關系

（2）火災情況調查

經養護單位反映， 該橋起火原因是橋下廢舊塑料制品由于附近村名燃放煙花引燃。 大火影響范圍主要集中于第1 跨上部結構箱梁及1# 墩柱。 由于橋址臨近海岸線，處于海洋環境中，火勢借海風發展較快，約1h 后被消防車用水澆滅。 現場起火位置如圖4 所示。

圖4 梁橋火災起火位置

（3）梁橋表觀特征檢測

受管養單位委托，對梁橋火災后表觀情況進行檢查，以此作為火場溫度推定的依據。 該橋箱梁受損狀況檢測結果呈現于圖5。 梁橋火場溫度推定結果見表2。

圖5 箱梁受損狀況檢測結果圖

表2 梁橋火場溫度推定結果

4.2 詳細檢測

由于本項目橋梁僅為輕度損傷，不開展詳細檢測。在此羅列詳細檢測需要的內容及對應檢測方法。

5 火災后梁橋應急措施

根據現場檢查結果，推斷該橋僅為輕度燒傷，技術狀況等級評定為三類橋，對結構不存在危險影響[4]，故建議如下：

(1)對上部結構梁體混凝土保護層剝落、露筋，應先將松動的保護層鑿去，并清除鋼筋銹跡，然后用高強度等級混凝土修復保護層， 破損面積不大處， 可用環氧砂漿修補，損壞面積較大處，可噴高強度砂漿修補，要注意密實，與原結構粘結牢固，養生到位；

(2)對熏黑部分梁體進行清洗，以便于今后進行養護檢查；

(3)對受破壞墩柱，應先鑿除表層松散的保護層至新鮮混凝土表層，采用增大墩柱截面積方法進行加固，且加固時要保證新舊混凝土粘結性能；

（4）更換1# 墩柱火災受損區域內的3 個支座；

（5）防震擋塊應先清洗鋼筋表面，做好除銹處理，然后用高強度等級混凝土修復保護層。

6 結語

（1） 目前火災后預應力混凝土連續箱梁的檢測主要還是建立在《公路橋梁技術狀況評定標準》標準上，部分參數參考《火災后混凝土構件評定標準》。

（2）綜上所述，火災后預應力混凝土箱梁橋的檢測指標及方法是多種多樣的。 在實際火災后梁橋的檢測工作中，應根據具體情況，系統地對火災后混凝土梁橋損傷程度做出科學的鑒定和評估， 為后續梁橋的維修加固以及耐久性處理提供準確的依據。