鄭文通, 劉驍哲, 張 濤

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司；河南省交院工程檢測科技有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

近年來,我們交通運輸業(yè)高速發(fā)展,橋梁數(shù)量早已占據(jù)世界第一,橋梁遭受火災事故也越來越多。橋梁遭受火災后,不僅阻斷交通、影響出行等,造成巨大的直接經(jīng)濟損失,而且橋梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高溫下,其強度、碳化深度與彈性模量等力學性能將減退,鋼筋與混凝土間的黏結(jié)強度相應下降,橋梁的有效截面減少,承載力也會降低,造成橋梁出現(xiàn)安全隱患,進而影響高速公路運營安全。因此,必須進行必要的專項檢測,對橋梁結(jié)構(gòu)的損傷程度做出正確的判斷,以制定合理的加固處理方案。本文介紹了鄭州市某大橋受火災后的檢測與評定過程,以便同類橋梁在遭受火災后進行檢測時有所借鑒。

1 工程概況

受火橋梁位于鄭州市機場高速,上部結(jié)構(gòu)為9×20 m預應力混凝土空心板,下部結(jié)構(gòu)為柱式單排墩臺,鉆孔灌注樁基礎(chǔ),橋面連續(xù),在橋臺處設(shè)D120伸縮縫,橋梁全長185.12 m。設(shè)計荷載:新建部分公路-Ⅰ級,原橋梁汽-超20,掛-120。該橋在巡查過程中發(fā)現(xiàn)第9跨空心板有火燒痕跡,并且已有4片空心板出現(xiàn)大面積的混凝土剝落、露筋(圖1)。

圖1 空心板受火后混凝土剝落情況

2 檢測項目與步驟

2.1 進行外觀檢測調(diào)查

對火災后橋梁的空心板、勾縫、支座、蓋梁等進行全面檢查,由檢查初步確定受火橋梁的技術(shù)狀況,以便采取相應的措施。與常規(guī)橋梁檢查相比,本次檢測調(diào)查側(cè)重于火災后橋梁各部件的損傷情況,重點檢測受火災跨。其中,9-11#空心板共有2處混凝土剝落,剝落面積分別為:S1=6.2×1.1 m2;S2=1.4×0.9 m2;9-12#空心板共有1處混凝土剝落,剝落面積為:S=14.6×1.3 m2;9-13#空心板共有1處混凝土剝落,剝落面積為:S=10.6×1.3 m2;9-14#空心板共有1處混凝土剝落,剝落面積為:S=10.6×1.3 m2;8-2#立柱共有3處混凝土剝落,剝落面積為:S1=0.9×0.6 m2;S2=0.8×0.6 m2;S3=0.5×0.4 m2。第9跨8#墩處支座均有不同程度的碳化和粉化現(xiàn)象(圖2)。這些作為直接受火災影響區(qū)典型病害,根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》(JTG/T H21-2011),這些構(gòu)件被評為三類構(gòu)件,應及時安排專門進行維修加固。

圖2 受火剝落區(qū)取芯樣圖

2.2 回彈強度檢測

鑒于該橋的結(jié)構(gòu)特性及火災發(fā)生部位,必須在打磨干凈受火區(qū)域的混凝土層后,才能采用回彈法檢測受火發(fā)生混凝土。本次重點檢測了剝落的9-11#空心板、9-12#空心板、9-13#空心板及9-14#空心板,檢測時對同一空心板分為受火混凝土剝落損區(qū)和未受火區(qū)分別檢測。檢測受火發(fā)生混凝土剝落的8-2#立柱,檢測時對該立柱分為受火混凝土剝落損區(qū)和未受火區(qū)分別檢測。另外,檢測未受火影響的8-11#空心板、8-12#空心板及8-3#立柱。

根據(jù)檢測結(jié)果,受火后大部分構(gòu)件的混凝土內(nèi)部強度大于設(shè)計值,強度狀況良好或較好,個別構(gòu)件(9-13#空心板)受火剝落區(qū)的回彈強度偏小。受火跨(第9跨)混凝土回彈強度值稍小于未受火跨(第8跨)。

2.3 取芯強度檢測

在8-2#立柱取芯3個(其中受火剝落區(qū)2個,非受火區(qū)1個)進行檢測,受火剝落區(qū)取得的芯樣如圖3所示。

圖3 9-11#空心板混凝土剝落病害示意圖(單位:m)

由圖3可知,受火區(qū)和非受火區(qū)混凝土內(nèi)部無明顯不同,混凝土外觀均為正常硬化混凝土。根據(jù)實驗結(jié)果,受火剝落區(qū)和未受火區(qū)芯樣的實測混凝土抗壓強度值均大于抗壓強度設(shè)計值25#(C23),說明受火后8-2#立柱內(nèi)部混凝土強度未發(fā)生明顯下降。

2.4 碳化深度檢測

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物中,鋼筋處于混凝土的堿性保護之中,混凝土碳化深度一旦到達鋼筋,鋼筋就會失去保護?；炷撂蓟疃鹊臋z測一般使用將酸堿指示劑噴在混凝土新鮮破損面的方法,根據(jù)指示劑顏色的變化,可測量混凝土的碳化深度。本次檢測必須首先打磨受火混凝土,露出新鮮混凝土才能進行檢測,受火后的碳化深度必須在每個構(gòu)件測點分別進行3次檢測,這與普通混凝土檢測有很大不同。由各構(gòu)件的碳化深度檢測結(jié)果可知,所檢測空心板的碳化深度在1.0～4.5 mm。受火剝落區(qū)考慮剝落厚度的空心板碳化深度在13.0～23.5 mm。

2.5 截取鋼筋檢測

鋼筋在高溫作用下,材料會發(fā)生相變,因此必須對受火災的鋼筋強度進行檢測,從而間接推測出此次失火燃燒的強度及燒火時間。

在9-11#空心板、9-12#空心板和9-13#空心板受火剝落區(qū)分別截取1根箍筋(1#鋼筋、2#鋼筋、3#鋼筋)進行抗拉強度試驗。截取后的鋼筋外觀狀況良好,無明顯損傷,鋼筋表面無熱熔痕跡,鋼筋無明顯銹蝕現(xiàn)象。通過鋼筋抗拉強度試驗,受火剝落區(qū)所進行試驗的鋼筋抗拉屈服強度均大于鋼筋抗拉強度標準值,說明受火后鋼筋抗拉強度未發(fā)生明顯下降。

3 綜合評估及加固建議

3.1 檢測主要結(jié)論

(1) 9-11#空心板、9-12#空心板、9-13#空心板、9-14#空心板和8-2#立柱受火后混凝土大面積剝落、骨料外露、箍筋外露。

(2) 第9跨支座有不程度的碳化、粉化現(xiàn)象。

(3) 受火后大部分構(gòu)件的混凝土回彈強度大于設(shè)計值,混凝土強度狀況良好或較好,個別構(gòu)件(9-13#空心板)受火剝落區(qū)的回彈強度偏小。

(4) 所檢測空心板的碳化深度在1.0～4.5 mm,所檢測立柱的碳化深度均>6 mm。剝落區(qū)考慮剝落厚度的空心板碳化深度在13.0～23.5 mm。

(5) 取芯結(jié)果表明,受火區(qū)和非受火區(qū)混凝土內(nèi)部無明顯不同,外觀均為正常硬化混凝土。

(6) 8-2#立柱受火剝落區(qū)和未受火區(qū)芯樣的實測混凝土抗壓強度值均大于設(shè)計抗壓強度值25#(C23),說明受火后8-2#立柱內(nèi)部混凝土強度未發(fā)生明顯下降。

(7) 受火剝落區(qū)外露的鋼筋外觀狀況良好,無明顯損傷,鋼筋表面無熱熔痕跡,鋼筋無明顯銹蝕現(xiàn)象。截取的鋼筋抗拉屈服強度實測值大于鋼筋抗拉強度標準值,說明受火后鋼筋抗拉強度未發(fā)生明顯下降。

3.2 加固建議

(1) 建議對過火區(qū)空心板、立柱的混凝土剝落等缺陷進行專項加固維修處治。

(2) 建議更換出現(xiàn)碳化、粉化、老化開裂、剪切變形等病害的支座。

(3) 建議對該橋嚴格按照《公路橋梁養(yǎng)護規(guī)范》(JTG H11-2004)的要求進行經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查。經(jīng)常檢查每月至少1次,定期檢查和特殊檢查建議每年1次,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合鄭州市某橋梁火災后檢測的項目、方法及結(jié)果,對火災后橋梁檢測的方法進行了表述。檢測時以火災中受損的最差構(gòu)件評定,從而在最短的時間內(nèi)采取相應的管控措施,特別是在檢測中采用回彈法和取芯法相結(jié)合,進一步驗證受火后混凝土強度,為決策者提供直接可信的數(shù)據(jù)。對受火燒跨采取受火區(qū)和非受火區(qū)分別進行回彈檢測,這種對比法迅速確定橋梁具體受損位置和程度,進而確定維修加固范圍。此種綜合評定方法能夠在較短的時間內(nèi)給管理者提供維修加固決策信息。希望借此能為同類受火災橋梁提供參考。