袁曉晴

（江西省交通科學(xué)研究院有限公司，江西南昌 330200）

1 工程概況

某大橋?yàn)橐蛔髲埛A(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，橋跨設(shè)計(jì)為25m+30m+3×25m，梁高1.5m、梁寬1.48m，肋寬16cm，共設(shè)置有6道橫隔梁。梁體預(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，混凝土標(biāo)號(hào)為C40。該橋梁左幅第二聯(lián)橋下（58#墩柱）長(zhǎng)期堆積紙箱及廢舊塑料物品，2021年1月28日凌晨橋下堆積物失火，火災(zāi)持續(xù)約80min，導(dǎo)致橋梁第二、三聯(lián)過(guò)火，烈焰與橋跨結(jié)構(gòu)直接接觸時(shí)間約35～40min，隨后由救援人員以冷水撲滅，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)殘留物燒毀程度可推測(cè)，火焰中心溫度最高達(dá)750℃及以上，過(guò)火后的58#墩墩身和箱梁表面燒傷嚴(yán)重，墩柱及翼板處燒損發(fā)白，部分支座直接燒裂。

2 過(guò)火橋梁損傷檢測(cè)

2.1 檢測(cè)方法

過(guò)火橋梁墩身及箱梁表面碳化程度、裂縫寬度等損傷狀況主要通過(guò)目測(cè)、錘擊及鉆孔取芯法進(jìn)行檢測(cè)；墩柱及箱梁內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度采用鉆芯法檢測(cè)；截取過(guò)火墩身及箱梁外露鋼筋進(jìn)行損傷程度力學(xué)性能檢驗(yàn)。

2.2 外觀檢測(cè)

混凝土結(jié)構(gòu)在溫度升降過(guò)程中發(fā)生不均勻脹縮、受彎桿件受損后受彎部分變形過(guò)大等均會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。裂縫數(shù)量及寬度與不均勻脹縮及受損程度成正比：400～500℃時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)表面主要出現(xiàn)橫向裂縫；600～700℃時(shí)，橫豎向裂縫數(shù)量明顯增多，斜向裂縫出現(xiàn)；700℃以上，縱橫及斜向裂縫密集分布，受彎構(gòu)件裂縫深度最深可達(dá)5mm[1]。

該橋梁左幅第二聯(lián)與58#墩柱臨近的箱梁和翼緣板底部受大火影響最為嚴(yán)重，其表層混凝土大面積剝離脫落，最大影響深度達(dá)到67mm，且混凝土結(jié)構(gòu)以下的抗裂鋼筋網(wǎng)也完全與混凝土結(jié)構(gòu)層脫離；梁底面、側(cè)面及翼緣板底面局部區(qū)域鋼筋外露；箱梁底板、翼緣板、腹板損傷深度最大分別達(dá)到71mm、84mm和52mm。左幅第三聯(lián)箱梁與58#墩柱靠近的側(cè)面梁底混凝土結(jié)構(gòu)也大面積爆裂脫落，最大深度50mm，局部鋼筋外露。右幅第二聯(lián)和第三聯(lián)靠近58#墩柱的箱梁側(cè)及翼緣板底、梁底混凝土結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出開(kāi)裂、剝落、鋼筋外露，箱梁底板、翼緣板及腹板最大影響深度分別為24mm、76mm和20mm。

左幅58#墩柱所出現(xiàn)的豎向裂縫中最大寬度0.5mm，且環(huán)向混凝土大塊剝落，最大剝落深度達(dá)到45mm，局部箍筋外露變形；環(huán)向混凝土未剝落的區(qū)域敲擊時(shí)發(fā)出空鼓聲。右幅58#墩柱也存在一定程度的過(guò)火損傷，其最大豎向裂縫寬0.11mm，局部混凝土結(jié)構(gòu)敲擊時(shí)發(fā)出空鼓聲，無(wú)鋼筋外露。左幅58#墩柱墩頂支座已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞變形，無(wú)法正常使用，必須加固修復(fù)或更換；右幅58#墩柱墩頂支座僅表現(xiàn)為局部變形，尚能正常使用。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，過(guò)火橋梁受損部位混凝土結(jié)構(gòu)表面經(jīng)高溫灼燒后溫度由外至里梯度遞減，且混凝土材料中的骨料、砂漿發(fā)生不同程度的物化反應(yīng)：100℃溫度下砂漿內(nèi)部自由水蒸發(fā)外溢；200～300℃溫度下砂漿CSH凝膠中層間水與硫鋁酸鈣結(jié)合水大量散失；500℃溫度時(shí)砂漿中的氫氧化鈣受熱分解、結(jié)合水散失殆盡；800～900℃高溫時(shí)混凝土中的水化硅酸鈣幾乎全部分解，砂漿成分已不復(fù)存在。與砂漿不同的是，骨料在高溫情況下表現(xiàn)為物理性狀的改變：575℃溫度下硅質(zhì)骨料體積膨脹率達(dá)到0.85%[2]，700℃高溫下碳酸鹽骨料及多孔骨料體積劇烈膨脹，甚至突發(fā)爆裂。

為檢測(cè)過(guò)火橋梁混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從58#墩柱左右幅箱梁底面、箱梁側(cè)面及翼緣板等處鉆芯檢測(cè)，部分芯樣斷裂，并將所取芯樣按試驗(yàn)要求加工成高徑比1∶1的試驗(yàn)芯樣檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度。結(jié)果顯示，左幅58#墩柱所取1#芯樣混凝土密實(shí)，碳化程度為零，芯樣長(zhǎng)240mm，表面斷裂長(zhǎng)度32mm，混凝土強(qiáng)度換算值為48.4MPa；左幅58#墩柱2#芯樣混凝土密實(shí)，碳化程度為零，芯樣長(zhǎng)215mm表面斷裂長(zhǎng)度41mm，混凝土強(qiáng)度換算值為48.4MPa；右幅58#墩柱1#和2#芯樣取樣長(zhǎng)度213mm和114mm，混凝土強(qiáng)度換算值分別為50.4MPa和57.3MPa；左幅第二聯(lián)箱梁側(cè)面、底面、翼板等處芯樣混凝土強(qiáng)度換算值在64.3～66.7MPa之間；右幅第二聯(lián)箱梁側(cè)面、底面、翼板等處芯樣混凝土強(qiáng)度換算值在66.7～72.3MPa之間；左右幅第三聯(lián)箱梁側(cè)面、底面、翼板等處芯樣混凝土強(qiáng)度換算值分別在74.1～86.5MPa和78.4～90.6MPa之間。所取墩柱芯樣混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求，箱梁芯樣中僅1個(gè)芯樣混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，其余芯樣均符合要求。

2.4 鋼筋損傷檢測(cè)

從該過(guò)火橋梁左幅第二、三聯(lián)箱梁分別截取外露的鋼筋以檢測(cè)其力學(xué)性能，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果（見(jiàn)表1），過(guò)火最為嚴(yán)重的左、右幅第二聯(lián)箱梁鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能不滿足相關(guān)規(guī)范要求，冷彎試驗(yàn)不合格。

表1 過(guò)火橋梁箱梁外露鋼筋力學(xué)性能

2.5 預(yù)應(yīng)力損失檢測(cè)

預(yù)應(yīng)力鋼絞線因具有較高的含碳量，在火災(zāi)影響下強(qiáng)度比普通鋼筋下降更快，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件也會(huì)在高溫作用下發(fā)生熱變形、彈性模量改變、混凝土徐變及預(yù)應(yīng)力筋蠕變，造成預(yù)應(yīng)力損失。雖然在結(jié)構(gòu)冷卻后鋼絞線預(yù)應(yīng)力會(huì)有一定程度的恢復(fù)，但過(guò)火溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，恢復(fù)值越小[3]。分別在該過(guò)火橋梁58#墩頂界面中腹板內(nèi)側(cè)和外側(cè)底板設(shè)置測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行過(guò)火橋梁結(jié)構(gòu)左幅58#墩頂界面箱梁底板預(yù)應(yīng)力鋼束預(yù)應(yīng)力損失程度的檢測(cè)，所測(cè)得的內(nèi)側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼束永存值為914MPa，外側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼束存在嚴(yán)重的鋼絞線回縮反彈，且各測(cè)點(diǎn)因破壞較為嚴(yán)重，測(cè)試結(jié)果離散程度大，缺乏可靠性。

3 過(guò)火橋梁修復(fù)加固

3.1 左幅加固

該過(guò)火橋梁左幅加固主要進(jìn)行箱梁原結(jié)構(gòu)截面尺寸補(bǔ)強(qiáng)及受力加固。具體而言，采用聚合物加固材料置換箱梁失效混凝土的方式使該橋梁左幅第二、三聯(lián)受損箱梁截面受壓區(qū)高度恢復(fù)，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)目的。先將原箱梁外露鋼筋網(wǎng)全部割除，并將箱梁缺損面及鋼筋網(wǎng)表面的松散混凝土結(jié)構(gòu)剔除，鑿毛箱梁缺損面；在箱梁底板、腹板及翼板處按20cm的孔徑和10cm的深度種植φ16mm規(guī)格的HRB335螺紋鋼筋，結(jié)束后恢復(fù)原鋼筋網(wǎng)片，并將新的鋼筋網(wǎng)片焊接在割斷處原鋼筋上，并通過(guò)扎絲綁扎植筋與鋼筋網(wǎng)底層鋼筋，再澆筑自密實(shí)混凝土。在加固的基礎(chǔ)上，為增強(qiáng)箱梁負(fù)彎矩區(qū)域的安全儲(chǔ)備及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還應(yīng)在58#墩箱梁頂板處增設(shè)6道預(yù)應(yīng)力鋼束。按照設(shè)計(jì)要求放樣布置預(yù)應(yīng)力鋼絞線和預(yù)應(yīng)力錨具，焊接預(yù)應(yīng)力齒板鋼筋，澆筑自密實(shí)混凝土，并待齒板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%后，按次序進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，并澆筑混凝土密封。

鑿除左幅58#墩柱松散混凝土結(jié)構(gòu)后修補(bǔ)混凝土缺損區(qū)域，完成后按照20mm孔徑和33cm深度新增1排φ16mm的HRB335螺紋鋼筋豎向布置，下端植入承臺(tái)；按15mm的孔徑及18cm深度將φ12mm的HRB335螺紋鋼筋植入58#墩身，并按設(shè)計(jì)要求綁扎冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)、澆筑混凝土并振搗密實(shí)。

待完成左幅58#墩頂支座梁體頂升后進(jìn)行支座更換，并等全部工序完成后回落箱梁至更換后的支座上。

3.2 右幅加固

鑿除右幅第二、三聯(lián)箱梁過(guò)火受損處的松散混凝土結(jié)構(gòu)，并清理外露鋼筋后采用聚合物水泥砂漿修復(fù)缺損部位。采用相同的處理方法處理右幅58#墩柱過(guò)火受損部位。

3.3 墩身及箱梁表面涂裝

為提高加固后結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀度，應(yīng)用海工型SHJ系列涂層涂裝補(bǔ)強(qiáng)后箱梁及58#墩柱、蓋梁表面，底層和中間層分別涂SHJ-C9201環(huán)氧封閉漆和SHJ-C9203型厚漿環(huán)氧防腐漆，最上面由人工涂刷SHJ-515535丙烯酸聚氨酯面漆，將過(guò)火受損橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固后總涂層干膜厚度均值控制在300μm。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)火受損后必須及時(shí)進(jìn)行損失程度檢測(cè)評(píng)估及補(bǔ)強(qiáng)加固，在損傷程度檢測(cè)評(píng)估過(guò)程中必須充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)、起火原因、火場(chǎng)溫度、滅火方式，全面掌握過(guò)火橋梁損傷位置及程度，保證修復(fù)加固方案科學(xué)合理及切實(shí)可行。在對(duì)過(guò)火橋梁主要受損構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固處理后必須通過(guò)動(dòng)靜載試驗(yàn)、超聲回彈等方式評(píng)價(jià)加固后橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力，為加固后橋梁的穩(wěn)定運(yùn)行及養(yǎng)護(hù)管理提供依據(jù)。