程海潛，王佳宇，張　健，王康明

（1.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.武漢工程大學(xué)交通研究中心，湖北 武漢 430073；3.丹江口市交通局，湖北 丹江口 442700;4.湖北省路橋（集團(tuán)）有限公司，湖北 武漢，430056）

火災(zāi)后橋梁的檢測(cè)評(píng)估及維修加固技術(shù)

程海潛1，2，王佳宇2，張健3，王康明4

（1.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.武漢工程大學(xué)交通研究中心，湖北 武漢 430073；3.丹江口市交通局，湖北 丹江口 442700;4.湖北省路橋（集團(tuán)）有限公司，湖北 武漢，430056）

火災(zāi)事故造成橋梁結(jié)構(gòu)損傷，危及運(yùn)營(yíng)安全。以火災(zāi)后的獅子古河大橋工程為例，詳細(xì)論述了檢測(cè)評(píng)估的內(nèi)容與方法，結(jié)合該橋結(jié)構(gòu)損傷的具體情況制定維修加固方案，并通過荷載試驗(yàn)測(cè)試實(shí)施效果。結(jié)果表明，維修加固取得了良好的效果，可為類似橋梁火災(zāi)后的維修加固提供參考。

橋梁；火災(zāi)；檢測(cè)；維修加固；荷載試驗(yàn)

0　引言

公路橋梁是交通動(dòng)脈的咽喉,它的運(yùn)營(yíng)狀況關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活。橋梁火災(zāi)事故即使不能立刻導(dǎo)致橋梁垮塌或者廢棄,但是火的作用使得橋梁鋼筋混凝土材料的性質(zhì)發(fā)生了變化，構(gòu)件將受到不同程度的損傷，危及公路橋梁安全。合理的損傷檢測(cè)評(píng)估，能為后期的維修加固提供可靠的數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持；科學(xué)的維修加固方案，能有效恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載能力、剛度及使用性能，保障橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。

本文以隨岳高速公路獅子古河大橋項(xiàng)目為依托，對(duì)火災(zāi)后的橋梁進(jìn)行全面的檢查分析，制定并實(shí)施了有針對(duì)性的維修加固方案，最終使橋梁達(dá)到了正常使用狀態(tài)下的要求。

1　工程概況

獅子古河大橋位于隨岳高速公路湖北省中段，橋梁全長(zhǎng)105.50 m，與路線交角80°。上部結(jié)構(gòu)為先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)應(yīng)力空心板梁，橋跨布置為5×20 m。橫向采用16片主梁，分左、右兩幅布置，橋面寬度26 m。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩樁柱式橋臺(tái)，大橋側(cè)面照見圖1。

圖1　獅子古河大橋側(cè)面照

一次偶然的火災(zāi)事故后，獅子古河大橋部分空心板、墩臺(tái)和蓋梁受到了不同程度的損傷，嚴(yán)重影響了橋梁的通行安全。

2　火災(zāi)后的檢測(cè)與評(píng)估

2.1結(jié)構(gòu)受損情況調(diào)查

通過表觀檢測(cè)，調(diào)查橋梁總體過火范圍、表觀受損情況，并初步分析其損傷程度。檢測(cè)方法為：目測(cè)，人工敲擊等。經(jīng)分析，判定現(xiàn)場(chǎng)著火點(diǎn)位于4#墩及5#臺(tái)處，尤其在左幅4#墩柱下方、右幅第五跨1#至3#梁下方靠近5#臺(tái)的區(qū)域被熏黑變黃、有明顯過火痕跡，混凝土大面積開裂、酥松、剝落甚至露筋。

（1）橋梁下部結(jié)構(gòu)

墩臺(tái)受損情況統(tǒng)計(jì)見表1，具體情況見圖2～圖5。

表1　橋梁墩臺(tái)受損情況

圖2　L4-1#墩柱混凝土剝落

圖3　L5#臺(tái)蓋梁外側(cè)擋塊開裂

圖4　L4#墩帽梁底面及隨州側(cè)混凝土剝落

圖5　L4#墩帽梁岳陽(yáng)側(cè)混凝土剝落

（2）橋梁上部結(jié)構(gòu)

大橋左、右幅第4跨、第5跨空心板板底混凝土大面積剝落露筋。受損情況統(tǒng)計(jì)見表2，具體情況見圖6～圖9。

表2　橋梁空心板受損情況

圖6　右幅第五跨1#-3#梁剝落露筋情況

圖7　左幅第五跨1#梁混凝土剝落露筋

圖8　左幅第四跨6#梁混凝土剝落

圖9　右幅第四跨4#梁混凝土剝落露筋

（3）支座與伸縮縫

經(jīng)目測(cè)、敲擊和鋼尺進(jìn)行檢測(cè)，檢查發(fā)現(xiàn)橋梁支座、伸縮縫未受影響，情況良好。

2.2檢測(cè)內(nèi)容及方法

研究[2]表明，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，混凝土與鋼筋材料被加熱，其強(qiáng)度、彈性模量等均發(fā)生改變。鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能主要由混凝土自身的強(qiáng)度、過火溫度和火災(zāi)持續(xù)時(shí)間所影響，而其中過火溫度起著主要的作用。其中，混凝土的極限抗壓強(qiáng)度隨著溫度的上升而有規(guī)律的降低。用Δ表示混凝土強(qiáng)度的降低程度，那么，式中的fcu.0表示常規(guī)溫度環(huán)境下混凝土的極限抗壓強(qiáng)度；fcu.t表示當(dāng)溫度為t時(shí)的混凝土極限抗壓強(qiáng)度?；炷两Y(jié)構(gòu)經(jīng)過不同的溫度階段后，其強(qiáng)度與過火溫度的方程式為：Δ=1.535 79-0.001 465 8 t[1]。所以火災(zāi)導(dǎo)致直接燃燒結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)剝落，鋼筋與混凝土之間的粘接力降低。

相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果[3]表明：鋼筋在20℃～200℃范圍內(nèi)其屈服強(qiáng)度沒有明顯變化，但是當(dāng)溫度大于200℃時(shí)，其屈服強(qiáng)度隨溫度的升高呈線性下降趨勢(shì)，并且屈服點(diǎn)消失；混凝土在300℃之前強(qiáng)度變化不大，但是當(dāng)溫度大于300℃以后會(huì)有明顯下降的趨勢(shì)，800℃以上時(shí)強(qiáng)度幾乎完全喪失。并且火災(zāi)后混凝土的塑形增加，彈性模量與強(qiáng)度之間的關(guān)系也不再按照常溫下的關(guān)系式。

因此，在初步調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土、普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法進(jìn)行了檢測(cè)，為評(píng)估提供依據(jù)。

（1）混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)

用HC-GY61T一體式鋼筋掃描儀來檢測(cè)鋼筋混凝土保護(hù)層厚度。

（2）混凝土碳化深度檢測(cè)

用酚酞試劑方法來檢測(cè)高溫后混凝土內(nèi)游離堿熱分解，混凝土中性化的情況。

（3）混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)

用超聲法確定裂縫深度和進(jìn)行混凝土結(jié)合面的質(zhì)量檢測(cè)。

（4）混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

回彈儀和超聲波檢測(cè)儀綜合使用進(jìn)行混凝土實(shí)際強(qiáng)度檢測(cè)。通過測(cè)量混凝土的表面硬度及碳化過程和超聲波在混凝土中的速度來推算混凝土的強(qiáng)度。采用回彈儀檢測(cè)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度需要在得到的測(cè)試值進(jìn)行修正。

式中：Fct為混凝土構(gòu)件測(cè)區(qū)實(shí)際強(qiáng)度；F（N，L）為JCJ23-85給出的測(cè)強(qiáng)曲線；N為測(cè)區(qū)碳化深度；t為混凝土構(gòu)件受火溫度（℃）；Kcn為混凝土強(qiáng)度修正系數(shù),其計(jì)算公式為:

（5）鋼筋力學(xué)性能檢測(cè)

受火嚴(yán)重區(qū)域混凝土剝落較為嚴(yán)重，鋼筋大面積裸露，與混凝土之間的粘結(jié)基本失效。對(duì)裸露鋼筋取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試樣的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度均有所降低。

（6）預(yù)應(yīng)力鋼絞線及錨具性能分析

設(shè)計(jì)圖表明，底層的N2預(yù)應(yīng)力束孔道下緣到空心板底的垂直距離約120 mm。因此判斷火災(zāi)對(duì)鋼絞線及錨具的力學(xué)性能影響比較有限。遵循預(yù)應(yīng)力體系無損檢測(cè)的原則，未對(duì)鋼絞線及錨具進(jìn)行取樣，擬在相應(yīng)梁板加固設(shè)計(jì)中對(duì)預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度值進(jìn)行適度折減。

2.3檢測(cè)結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/TH21-2011)對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。獅子古河大橋全橋三類以上承重構(gòu)件共計(jì)12個(gè)，橋梁整體技術(shù)狀況評(píng)定為三類。

2.4損傷評(píng)估

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況和結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算，得出獅子古河大橋火災(zāi)后評(píng)估結(jié)論:結(jié)構(gòu)整體性受到一定程度影響,結(jié)構(gòu)的局部損傷較為嚴(yán)重,承載能力、剛度和整體性受到不同程度的損傷，已不能滿足安全通行下的要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修加固。

3　維修加固

根據(jù)本橋?qū)嶋H,維修加固采用以下思路:

（1）空心板底、墩柱和墩帽梁表層混凝土剝落面積過大，需要首先進(jìn)行表層缺陷修補(bǔ)。

（2）空心板、墩帽梁的承載能力需要提高但是提高幅度不大。經(jīng)研究采用粘貼纖維復(fù)合材料進(jìn)行維修加固。

（3）墩柱、臺(tái)蓋梁經(jīng)過評(píng)估后仍可繼續(xù)使用。經(jīng)研究決定采用粘貼鋼板進(jìn)行維修加固。

3.1混凝土表面缺陷修補(bǔ)

混凝土表面缺陷修補(bǔ)是對(duì)表面出現(xiàn)的蜂窩、麻面、空洞以及火災(zāi)破損等病害進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)對(duì)過火、煙熏的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行沖洗，觀察結(jié)構(gòu)物表面混凝土是否松動(dòng)。表面缺陷修補(bǔ)：

（1）大面積的表面缺陷及混凝土質(zhì)量問題，人工鑿除松動(dòng)的混凝土，外露骨料，清理界面，并采用比原結(jié)構(gòu)混凝土標(biāo)號(hào)高一個(gè)級(jí)別的材料（帽梁及墩柱C40環(huán)氧混凝土，主梁C50環(huán)氧混凝土）進(jìn)行修補(bǔ)。

（2）小面積的表面缺陷，特別是缺損深度較淺時(shí)，鑿除松動(dòng)混凝土，外露骨料，鋼筋除銹，用C50環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

（3）小面積且深度較深的混凝土空洞可采取小孔壓漿(環(huán)氧號(hào)砂漿)灌注修補(bǔ)。

3.2墩柱噴涂阻銹劑

為保護(hù)鋼筋、提高墩柱結(jié)構(gòu)的耐久性，應(yīng)對(duì)鋼筋涂抹阻銹劑。在墩柱露筋部位涂抹CIT烷氧基類阻銹劑，阻銹劑性能、技術(shù)指標(biāo)等均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

在進(jìn)行鋼筋保護(hù)之前對(duì)混凝土的其他病害應(yīng)進(jìn)行綜合處治，同時(shí)清除混凝土表面的浮漿、塵土及其他殘留物等，按照?qǐng)D紙要求，在經(jīng)過處理的混凝土表面噴涂阻銹劑，使其形成保護(hù)膜，有效地阻隔水分對(duì)混凝土鋼筋的侵蝕。

3.3空心板、墩帽梁粘貼碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)

粘貼碳纖維布的施工順序?yàn)榛炷恋讓犹幚怼康讓幽z→粘貼纖維片→養(yǎng)護(hù)→涂裝。粘貼碳纖維布時(shí)要充分考慮上部結(jié)構(gòu)充分卸載的情況下進(jìn)行。

（1）混凝土底層處理

將混凝土構(gòu)件表面的殘缺，破損部分清除干凈直至混凝土露出堅(jiān)硬部分。檢查外露鋼筋是否銹蝕，如銹蝕，進(jìn)行必要的除銹處理，對(duì)經(jīng)過剔鑿露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原，為保證碳纖維與構(gòu)件的粘貼效果良好，施工時(shí)注意確?；炷粱娴钠秸砸约皬?qiáng)度，嚴(yán)禁采用有浮漿以及蜂窩、麻面的混凝土面層作為基層。棱角的部位，用磨光機(jī)磨成圓角。

（2）涂底層膠

把底層膠液的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器，用攪拌器拌和均勻。注意一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完，超過時(shí)間的底膠不能使用。用滾筒或刷子均勻地涂抹底層膠，并自然風(fēng)干。

（3）粘貼纖維片

在梁嚴(yán)重受損區(qū)，用1～2層碳纖維布沿著腹板豎向進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。粘貼碳纖維時(shí)，依據(jù)設(shè)計(jì)位置由上而下，由左至右有序的粘貼，并用滾筒壓擠貼面，使碳纖維布浸漬樹脂充分結(jié)合，同時(shí)以壓板排除氣泡。碳纖維粘貼時(shí)應(yīng)盡量預(yù)加張力展直。

（4）養(yǎng)護(hù)

粘貼碳纖維片后，自然養(yǎng)護(hù)24 h達(dá)到固化，且保證固化期間不受干擾。碳纖維片粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在此期間應(yīng)防止貼片受到硬性沖擊。

（5）涂裝

由于對(duì)加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件有外觀要求，在補(bǔ)強(qiáng)后涂防火涂料（水泥砂漿）處理。涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進(jìn)行。

3.4墩柱、臺(tái)蓋梁粘貼鋼板

粘貼鋼板施工主要施工順序?yàn)椋菏┕し啪€→構(gòu)件表面處理→鉆孔、安裝錨栓→鋼板下料、鋼板除銹處理、鉆孔及安裝→封閉縫隙、預(yù)留注漿孔及排氣孔→封邊→壓力灌漿→鋼板表面防銹處理。

（1）放樣

按照設(shè)計(jì)圖紙要求，在混凝土表面確定鋼板位置及需鉆孔的位置；用HC-GY61T一體式鋼筋掃描儀來檢測(cè)鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，測(cè)出混凝土中的鋼絞線和鋼筋位置，避免鉆孔時(shí)碰及鋼絞線和鋼筋。

（2）粘貼鋼板處混凝土表面處理

為了得到良好的粘貼效果，混凝土表面需認(rèn)真進(jìn)行表面處理，混凝土粘和面應(yīng)進(jìn)行打磨處理。

（3）鋼板下料、表面處理及鉆孔

根據(jù)放樣后測(cè)得的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行鋼板條下料。下料后，對(duì)鋼板表面進(jìn)行除銹、打磨處理。對(duì)于鋼板粘和面，用平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤。

（4）混凝土鉆孔、植錨栓

按照設(shè)計(jì)圖中所示位置，用鋼板條做模板，把鋼板緊靠粘和面，在混凝土相應(yīng)位置鉆固定錨栓孔，用沖擊電鉆套鋼板條上的孔眼，在空心梁腹板及頂板混凝土面上鉆孔，植錨栓。

（5）粘貼鋼板

將粘鋼膠用抹刀同時(shí)涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板貼合面，鋼板條粘結(jié)面上的抹膠可中間厚兩邊薄，板的中央涂抹膠的厚度為3～5 mm,然后將鋼板粘貼于設(shè)計(jì)位置。鋼板粘貼后，用手錘沿粘貼面輕輕敲擊鋼板，如無空洞聲，表示已粘貼密實(shí)，否則應(yīng)剝下鋼板，補(bǔ)膠重新粘貼。

（6）防銹處理

鋼板粘貼完成并通過驗(yàn)收后，對(duì)鋼板外露面進(jìn)行防腐處理。鋼板防腐采用四層防腐漆防腐。

4　荷載試驗(yàn)

維修加固處理完成之后，委托專門的檢測(cè)單位對(duì)全橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)。此次荷載試驗(yàn)包含靜力荷載試驗(yàn)和動(dòng)力荷載試驗(yàn)。效率系數(shù)為0.95，監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是位移、應(yīng)力應(yīng)變、截面承載力、墩臺(tái)支座反力等從而推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和承載能力。具體方法是在橋梁的橫橋向按照偏載布置6種荷載工況以及動(dòng)載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）在控制荷載作用下，控制截面的實(shí)測(cè)撓度的校驗(yàn)系數(shù)的最大值是0.85，殘余撓度百分比最大值是3.02%，小于規(guī)范值20%，所以梁體剛度滿足要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

（2）在控制荷載作用下，控制截面混凝土應(yīng)變，鋼筋應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)最大值是0.92，在測(cè)試截面下緣混凝土應(yīng)變與鋼筋應(yīng)變協(xié)調(diào)性較好，截面符合平截面假定，實(shí)測(cè)中性軸高度與理論值的中性軸高度吻合,殘余應(yīng)變百分比小于規(guī)范限值,梁體抗彎承載強(qiáng)度滿足要求,結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

（3）在控制荷載作用下,控制截面的實(shí)測(cè)主拉應(yīng)力小于理論計(jì)算值,梁體抗剪承載強(qiáng)度滿足要求。

（4）在梁端支座最不利加載工況下，支座實(shí)測(cè)最大拉力小于理論值，橋墩支座受力正常而且處于彈性工作狀態(tài)。

（5）在最大控制荷載作用下，梁體沒有產(chǎn)生裂縫。

荷載試驗(yàn)結(jié)論表明此次維修加固合格，加固后的橋梁能夠滿足正常使用狀態(tài)下的要求。

5　結(jié)語(yǔ)

橋梁遭受火災(zāi)之后，要及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面合理的檢測(cè)評(píng)估，根據(jù)具體損傷病害特征進(jìn)行針對(duì)性的維修加固設(shè)計(jì)，快速高效地修復(fù)受損結(jié)構(gòu)，盡快恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)。本文將火災(zāi)后橋梁檢測(cè)評(píng)估及維修加固技術(shù)運(yùn)用于獅子古河大橋，取得了良好的效果，可以為以后類似橋梁的檢測(cè)和修復(fù)提供一定的參考。

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U445.7+2

B

1009-7716（2016）10-0075-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.023

2016-06-27

程海潛（1974-），男，湖北武漢人，副教授，從事橋梁設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)檢測(cè)教學(xué)、研究工作。