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(xué)技術(shù)研究院有限公司 鄭州市 450000)

火災(zāi)是工程結(jié)構(gòu)最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，近年來隨著經(jīng)濟(jì)和交通建設(shè)的快速發(fā)展，穿越橋梁的重型硬脂酸車、苯酚運(yùn)輸車、運(yùn)油氣卡車等日益增多，引發(fā)火災(zāi)爆炸將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重威脅[1-4]。全世界范圍內(nèi)每年都有多起嚴(yán)重的橋梁火災(zāi)爆炸事故發(fā)生，造成了巨大經(jīng)濟(jì)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(zāi)爆炸作用，對(duì)橋梁造成的破壞不可估量[5-8]。以某高速公路3-10m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋?yàn)槔?，在橋梁發(fā)生火災(zāi)后，對(duì)橋梁進(jìn)行了應(yīng)急檢測(cè)，針對(duì)橋梁病害進(jìn)行了維修加固設(shè)計(jì)，為處治同類橋梁災(zāi)害提供相關(guān)參考依據(jù)。

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(jié)構(gòu)形式為3-10m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，橋面連續(xù)，板高0.5m，寬0.99m，單幅設(shè)13片空心板。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩、臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。因汽油?；愤\(yùn)輸車輛撞擊到此分離式立交導(dǎo)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(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖1 橋梁火災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)圖片

2 橋梁應(yīng)急檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)主要燃燒區(qū)域?yàn)椋簶蛄何鞣诙缰髁?、西?-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(diǎn)；東幅2-1#主梁為西幅火焰經(jīng)過中分帶燃燒點(diǎn)。火燒后橋梁出現(xiàn)大面積混凝土破損剝落及鋼筋外漏的情況。火災(zāi)發(fā)生后，依據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求，立即對(duì)橋梁進(jìn)行應(yīng)急檢測(cè)。

2.1 西幅橋梁檢測(cè)結(jié)果

(1)西幅橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(nèi)底板混凝土大面積脫落、熏黑，底板底層箍筋及主筋外露嚴(yán)重，混凝土剝落區(qū)域出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋外露現(xiàn)象。

②西幅1#和2#蓋梁側(cè)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(qū)混凝土強(qiáng)度為18.9MPa，小于C50設(shè)計(jì)強(qiáng)度；西幅2#蓋梁混凝土強(qiáng)度為20.0MPa，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度30.0MPa；1-3#立柱強(qiáng)度為27.5MPa，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度30.0MPa。

(3)西幅1#蓋梁、西幅2#蓋梁水平構(gòu)造鋼筋受火后屈服強(qiáng)度分別為293.6MPa和324.8MPa，小于設(shè)計(jì)理論屈服強(qiáng)度335MPa。

2.2 東幅橋梁檢測(cè)結(jié)果

(1)東幅橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為三類，其主要受損病害包括：

①上部結(jié)構(gòu)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(fā)悶。

②1#和2#蓋梁局部熏黑，1#蓋梁局部敲擊聲發(fā)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(qū)混凝土強(qiáng)度為18.9MPa，小于C30設(shè)計(jì)強(qiáng)度；東幅2-1#立柱受火區(qū)混凝土強(qiáng)度為23.3MPa，小于C30設(shè)計(jì)強(qiáng)度。其他結(jié)構(gòu)受火區(qū)混凝土強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3 橋梁維修加固方案

3.1 橋梁維修范圍與內(nèi)容

3.1.1西幅橋

西幅橋?yàn)槲孱悩?，為了最大限度地利用原結(jié)構(gòu)，本次加固采用“更換上部-加固下部”的方式對(duì)西幅橋進(jìn)行維修處治。

(1)拆除西幅橋上部空心板、瀝青鋪裝、混凝土調(diào)平層，更換上部結(jié)構(gòu)為3×10m鋼混組合連續(xù)梁(上部結(jié)構(gòu)采用55cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結(jié)構(gòu)+3cmAC-10瀝青混凝土)。

(2)拆除西幅橋原混凝土護(hù)欄，更換為SS級(jí)混凝土護(hù)欄。

(3)拆除西幅橋原0#臺(tái)伸縮縫、原3#臺(tái)橋面連續(xù)，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(xù)梁間距重新布設(shè)支座墊石及進(jìn)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(duì)1#、2#橋墩墩柱進(jìn)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(hù)筒+接長主筋+混凝土”的方式對(duì)西幅橋墩柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

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

3.1.2東幅橋

東幅橋?yàn)槿悩?，本次加固采用“更換上部受損梁板-加固下部”的方式對(duì)東幅橋進(jìn)行維修處治。

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

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

(3)對(duì)東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進(jìn)行表面人工鑿除(蓋梁頂面鑿除范圍視梁板具體情況現(xiàn)場(chǎng)確定)，對(duì)東幅橋1-1#、2-1#墩柱進(jìn)行表面人工鑿除，直至露出堅(jiān)實(shí)混凝土為宜(對(duì)存在破損、燒傷、熔斷的鋼筋進(jìn)行拆除)；采用“鋼護(hù)筒+灌漿料”方式對(duì)東幅橋1-1#、2-1#墩柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用“灌漿料+補(bǔ)強(qiáng)箍筋、主筋”的方式對(duì)東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

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

3.2 橋梁加固方案設(shè)計(jì)

西幅橋采用“更換上部-加固下部”的方式對(duì)西幅橋進(jìn)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(duì)東幅橋進(jìn)行維修處治。

3.2.1上部結(jié)構(gòu)加固方案

(1)西幅橋上部結(jié)構(gòu)加固方案

拆除西幅橋上部空心板、瀝青鋪裝、混凝土調(diào)平層，更換上部結(jié)構(gòu)為3×10m鋼混組合連續(xù)梁，鋼混凝土組合梁橫斷面見圖2。護(hù)欄更換為新規(guī)范的SS級(jí)混凝土護(hù)欄。上部結(jié)構(gòu)更換后，兩側(cè)橋臺(tái)位置均設(shè)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(jié)構(gòu)采用55cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結(jié)構(gòu)+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(xiàn)澆層底模，混凝土橋面現(xiàn)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(diǎn)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(xù)梁間距重新布設(shè)支座墊石及進(jìn)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(tái)蓋梁(臺(tái)帽)頂預(yù)埋或植入角鋼用M16錨栓→放置支座、支座底鋼板及對(duì)應(yīng)M16高強(qiáng)螺栓→架設(shè)鋼混組合梁→調(diào)節(jié)M16高強(qiáng)螺栓控制梁體標(biāo)高、縱橫坡→安裝支座墊石用角鋼→灌注無收縮高強(qiáng)度灌漿料→澆注墩臺(tái)擋塊混凝土。

(2)東幅橋上部結(jié)構(gòu)加固方案

拆除東幅橋2-1#空心板周圍原混凝土護(hù)欄、瀝青鋪裝、混凝土調(diào)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(fù)混凝土護(hù)欄至原竣工狀態(tài)。

圖3 東幅橋2-1#梁板更換示意圖

東幅橋上部結(jié)構(gòu)采用50cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結(jié)構(gòu)+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(xiàn)澆層底模，混凝土橋面現(xiàn)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(diǎn)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(jié)構(gòu)加固方案

(1)西幅橋下部結(jié)構(gòu)加固方案

繩鋸切割拆除西幅橋1#、2#蓋梁，對(duì)西幅橋1#、2#橋墩墩柱進(jìn)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(hù)筒+接長主筋+混凝土”方式對(duì)西幅橋墩柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，見圖4。

圖4 西幅橋1#、2#橋墩加固一般構(gòu)造

(2)東幅橋下部結(jié)構(gòu)加固方案

對(duì)東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進(jìn)行表面人工鑿除，對(duì)東幅橋1-1#、2-1#墩柱進(jìn)行表面人工鑿除(蓋梁頂面鑿除范圍視梁板具體情況現(xiàn)場(chǎng)確定)，直至露出堅(jiān)實(shí)混凝土為宜(對(duì)存在破損、燒傷、熔斷的鋼筋進(jìn)行拆除)；采用“鋼護(hù)筒+灌漿料”方式對(duì)東幅橋1-1#、2-1#墩柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用“灌漿料+補(bǔ)強(qiáng)箍筋、主筋”的方式對(duì)東幅橋1#、2#蓋梁熏黑部分進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，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(gòu)造

3.2.3其他

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

橋面設(shè)置排水管，鋼梁邊梁翼緣設(shè)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(shè)置截水擋板，防止雨水沿端縫流入梁底。

4 結(jié)論

以某高速分離式立交橋3-10m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋?yàn)槔跇蛄喊l(fā)生火災(zāi)后，對(duì)橋梁進(jìn)行了應(yīng)急檢測(cè)，針對(duì)橋梁病害上部結(jié)構(gòu)采用了鋼混組合梁(上部結(jié)構(gòu)采用55cm鋼主梁+10cmUHPC橋面板結(jié)構(gòu)+3cmAC-10瀝青混凝土)的加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行維修處置，該加固設(shè)計(jì)方案技術(shù)成熟、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，最大限度節(jié)約工期。通過維修處治，快速恢復(fù)了橋梁使用功能，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)耐久性，并為處治同類病害橋梁提供相關(guān)參考依據(jù)。