某预应力混凝土连续箱梁桥火灾后损伤评估

刘国湘

(1.福建省交通科研院有限公司; 2.福建省公路水运工程重点实验室，福州 350004)

1 概述

随着我国国民经济的快速发展， 公路交通设施建设也进入了大发展时期。 作为公路的重要组成部分——桥梁，尤其是混凝土梁桥，在公路建设中的比例不断提高。一方面，随着公路交通量日益增大，公路运输类型日趋多样化、超载化，如高速公路上常见的汽油、乙醚等易燃易爆危险化学品运输车，塑料、板材等易燃品载重货车，这些车辆发生事故带来的火灾隐患， 是桥梁火灾的主要因素；另一方面，在公路桥梁下方经常堆积有橡胶、干柴等易燃物，由此引发桥梁的火灾事故也越来越多。

2007 年福银高速闽清段建新大桥，由于油罐车下坡失控侧翻引发火灾。 现场桥梁上部结构被大火侵蚀超过半个小时后，温度极高，路面沥青烧成焦炭，连接处钢板、栏杆均变形，桥墩也几近燃烧10min，受损严重。

2016 年国道324 漳州段漳州大桥，由于桥下堆积物起火，导致桥墩及上部箱梁结构表面损伤严重，混凝土剥落至主筋位置，主梁及桥墩有效截面削弱，预应力钢筋损伤，现场损伤如图1 所示。

通过火灾事故可知， 桥梁火灾分为桥上交通事故引发火灾和桥下可燃物燃烧火灾。 桥上火灾主要受损部位为桥面铺装、护栏、声屏障、主梁等；桥下火灾主要受损部位为主梁、下部墩台及盖梁等。 无论哪种形式火灾，对桥梁结构造成的损伤都是不可逆的[5]。 因此，对桥梁火灾后的损伤评估是一个重要的项目。

目前交通桥梁领域并没有一个比较详尽的评判标准，桥梁发生火灾后，桥隧检测工程师一般使用常规的检测方法进行检测和评估， 在 《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011） 的基础上参考其他行业的火灾检定标准来实施，其准确性、科学性和系统性都受到一定程度的影响。

图1 漳州大桥火灾后损伤图片

2 工程概况

某预应力连续箱梁桥总长66.03m。 本桥上部结构采用3 跨20m 等跨、 等截面预应力混凝土连续箱梁， 共1联。桥宽17.25m。下部采用桩基础结构。设计荷载：公路-I 级。建成年限：2012 年。2019 年11 月19 日，桥下堆积的废旧塑料制品因不明原因起火燃烧。由于地处海边，火势借着风迅速变大，且桥下净空不足2m，大火直接炙烤着桥梁结构。 大火持续燃烧约60min，后被浇水扑灭。 火灾后桥梁现状见图2。

3 火灾后梁桥检测内容及流程

图2 火灾后桥梁现状图

图3 梁桥火灾后检测流程及主要检测内容

火灾对桥梁造成的损伤， 主要包括直接烧灼损伤和温度应力作用损伤。 直接烧灼一般局限于火场和高温烟气弥漫区域的结构，温度应力遍及整座梁桥结构[1]。 一般可以按照图3 所示步骤进行。梁桥发生火灾后，应首先进行现场踏勘，然后对桥梁构件进行初步检测与详细检测。在此基础上再对火灾后梁桥的技术状况进行评定， 必要时候开展荷载试验对内部应力损伤进行评估。

3.1 初步检查

初步检查主要根据现场混凝土灼烧后表观变化去判断。可以根据火灾后不同温度下混凝土构件的外观特征，详见表1[2]。

3.2 详细检测

本阶段工作的关键在于详细检测梁桥各构件的受损情况，判定梁桥是否能继续使用，延长桥梁使用寿命。 详细检测的主要内容有：火场温度与梁桥构件内温度推定、混凝土强度检测、 钢筋强度检测、 混凝土保护层厚度检测、混凝土碳化深度检测、混凝土内部缺陷检测、混凝土损伤层检测、有效预应力检测及荷载试验等，对于海洋环境下的桥梁还需开展混凝土钢筋锈蚀以及电阻率的检测[3]。

（1）火场温度与梁桥构件内温度推定：主要采用现场调查结合火灾燃烧材料及经验确定；

（2）混凝土强度检测：由于回弹法不适用于火灾后混凝土构件的强度检测， 因此强度检测较多采用取芯法进行，现场回弹法仅做参考；

（3）钢筋强度检测：通常采用取样验证的方法；

（4）混凝土保护层厚度检测、混凝土碳化深度检测：主要用于评定火灾的影响深度， 分别采用电磁感应及碳化深度检测尺进行；

（5）混凝土内部缺陷检测：主要采用超声波检测方法；

（6）混凝土损伤层检测：根据强度、碳化的检测结果进行分析；

（7）有效预应力检测：需要对混凝土构件局部凿除，露出预应力钢筋，不推荐开展；

（8）荷载试验：对受损梁桥，虽然受火灾影响区域限于局部， 但是受火带来的温度应力可能遍及整座桥梁结构， 因此建议对受损严重以及重要性较高的桥梁进行荷载试验检测，直观反映火灾对承载能力的影响程度。

4 火灾后检测结果汇总

4.1 初步检测

（1）梁桥历史情况调查

该桥2012 年建成通车，于2015 年通过竣工验收。最近于2019 年委托相关单位进行定期检查，技术状况等级评定为二类。 无维修加固历史。

表1 混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度关系

（2）火灾情况调查

经养护单位反映， 该桥起火原因是桥下废旧塑料制品由于附近村名燃放烟花引燃。 大火影响范围主要集中于第1 跨上部结构箱梁及1# 墩柱。 由于桥址临近海岸线，处于海洋环境中，火势借海风发展较快，约1h 后被消防车用水浇灭。 现场起火位置如图4 所示。

图4 梁桥火灾起火位置

（3）梁桥表观特征检测

受管养单位委托，对梁桥火灾后表观情况进行检查，以此作为火场温度推定的依据。 该桥箱梁受损状况检测结果呈现于图5。 梁桥火场温度推定结果见表2。

图5 箱梁受损状况检测结果图

表2 梁桥火场温度推定结果

4.2 详细检测

由于本项目桥梁仅为轻度损伤，不开展详细检测。在此罗列详细检测需要的内容及对应检测方法。

5 火灾后梁桥应急措施

根据现场检查结果，推断该桥仅为轻度烧伤，技术状况等级评定为三类桥，对结构不存在危险影响[4]，故建议如下：

(1)对上部结构梁体混凝土保护层剥落、露筋，应先将松动的保护层凿去，并清除钢筋锈迹，然后用高强度等级混凝土修复保护层， 破损面积不大处， 可用环氧砂浆修补，损坏面积较大处，可喷高强度砂浆修补，要注意密实，与原结构粘结牢固，养生到位；

(2)对熏黑部分梁体进行清洗，以便于今后进行养护检查；

(3)对受破坏墩柱，应先凿除表层松散的保护层至新鲜混凝土表层，采用增大墩柱截面积方法进行加固，且加固时要保证新旧混凝土粘结性能；

（4）更换1# 墩柱火灾受损区域内的3 个支座；

（5）防震挡块应先清洗钢筋表面，做好除锈处理，然后用高强度等级混凝土修复保护层。

6 结语

（1） 目前火灾后预应力混凝土连续箱梁的检测主要还是建立在《公路桥梁技术状况评定标准》标准上，部分参数参考《火灾后混凝土构件评定标准》。

（2）综上所述，火灾后预应力混凝土箱梁桥的检测指标及方法是多种多样的。 在实际火灾后梁桥的检测工作中，应根据具体情况，系统地对火灾后混凝土梁桥损伤程度做出科学的鉴定和评估， 为后续梁桥的维修加固以及耐久性处理提供准确的依据。