钢筋混凝土桥梁遭火灾后的检测与评定

郑文通, 刘骁哲, 张 涛

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司；河南省交院工程检测科技有限公司，河南 郑州 450000)

0 引 言

近年来,我们交通运输业高速发展,桥梁数量早已占据世界第一,桥梁遭受火灾事故也越来越多。桥梁遭受火灾后,不仅阻断交通、影响出行等,造成巨大的直接经济损失,而且桥梁的钢筋混凝土结构在高温下,其强度、碳化深度与弹性模量等力学性能将减退,钢筋与混凝土间的黏结强度相应下降,桥梁的有效截面减少,承载力也会降低,造成桥梁出现安全隐患,进而影响高速公路运营安全。因此,必须进行必要的专项检测,对桥梁结构的损伤程度做出正确的判断,以制定合理的加固处理方案。本文介绍了郑州市某大桥受火灾后的检测与评定过程,以便同类桥梁在遭受火灾后进行检测时有所借鉴。

1 工程概况

受火桥梁位于郑州市机场高速,上部结构为9×20 m预应力混凝土空心板,下部结构为柱式单排墩台,钻孔灌注桩基础,桥面连续,在桥台处设D120伸缩缝,桥梁全长185.12 m。设计荷载:新建部分公路-Ⅰ级,原桥梁汽-超20,挂-120。该桥在巡查过程中发现第9跨空心板有火烧痕迹,并且已有4片空心板出现大面积的混凝土剥落、露筋(图1)。

图1 空心板受火后混凝土剥落情况

2 检测项目与步骤

2.1 进行外观检测调查

对火灾后桥梁的空心板、勾缝、支座、盖梁等进行全面检查,由检查初步确定受火桥梁的技术状况,以便采取相应的措施。与常规桥梁检查相比,本次检测调查侧重于火灾后桥梁各部件的损伤情况,重点检测受火灾跨。其中,9-11#空心板共有2处混凝土剥落,剥落面积分别为:S1=6.2×1.1 m2;S2=1.4×0.9 m2;9-12#空心板共有1处混凝土剥落,剥落面积为:S=14.6×1.3 m2;9-13#空心板共有1处混凝土剥落,剥落面积为:S=10.6×1.3 m2;9-14#空心板共有1处混凝土剥落,剥落面积为:S=10.6×1.3 m2;8-2#立柱共有3处混凝土剥落,剥落面积为:S1=0.9×0.6 m2;S2=0.8×0.6 m2;S3=0.5×0.4 m2。第9跨8#墩处支座均有不同程度的碳化和粉化现象(图2)。这些作为直接受火灾影响区典型病害,根据《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21-2011),这些构件被评为三类构件,应及时安排专门进行维修加固。

图2 受火剥落区取芯样图

2.2 回弹强度检测

鉴于该桥的结构特性及火灾发生部位,必须在打磨干净受火区域的混凝土层后,才能采用回弹法检测受火发生混凝土。本次重点检测了剥落的9-11#空心板、9-12#空心板、9-13#空心板及9-14#空心板,检测时对同一空心板分为受火混凝土剥落损区和未受火区分别检测。检测受火发生混凝土剥落的8-2#立柱,检测时对该立柱分为受火混凝土剥落损区和未受火区分别检测。另外,检测未受火影响的8-11#空心板、8-12#空心板及8-3#立柱。

根据检测结果,受火后大部分构件的混凝土内部强度大于设计值,强度状况良好或较好,个别构件(9-13#空心板)受火剥落区的回弹强度偏小。受火跨(第9跨)混凝土回弹强度值稍小于未受火跨(第8跨)。

2.3 取芯强度检测

在8-2#立柱取芯3个(其中受火剥落区2个,非受火区1个)进行检测,受火剥落区取得的芯样如图3所示。

图3 9-11#空心板混凝土剥落病害示意图(单位:m)

由图3可知,受火区和非受火区混凝土内部无明显不同,混凝土外观均为正常硬化混凝土。根据实验结果,受火剥落区和未受火区芯样的实测混凝土抗压强度值均大于抗压强度设计值25#(C23),说明受火后8-2#立柱内部混凝土强度未发生明显下降。

2.4 碳化深度检测

在钢筋混凝土结构物中,钢筋处于混凝土的碱性保护之中,混凝土碳化深度一旦到达钢筋,钢筋就会失去保护。混凝土碳化深度的检测一般使用将酸碱指示剂喷在混凝土新鲜破损面的方法,根据指示剂颜色的变化,可测量混凝土的碳化深度。本次检测必须首先打磨受火混凝土,露出新鲜混凝土才能进行检测,受火后的碳化深度必须在每个构件测点分别进行3次检测,这与普通混凝土检测有很大不同。由各构件的碳化深度检测结果可知,所检测空心板的碳化深度在1.0～4.5 mm。受火剥落区考虑剥落厚度的空心板碳化深度在13.0～23.5 mm。

2.5 截取钢筋检测

钢筋在高温作用下,材料会发生相变,因此必须对受火灾的钢筋强度进行检测,从而间接推测出此次失火燃烧的强度及烧火时间。

在9-11#空心板、9-12#空心板和9-13#空心板受火剥落区分别截取1根箍筋(1#钢筋、2#钢筋、3#钢筋)进行抗拉强度试验。截取后的钢筋外观状况良好,无明显损伤,钢筋表面无热熔痕迹,钢筋无明显锈蚀现象。通过钢筋抗拉强度试验,受火剥落区所进行试验的钢筋抗拉屈服强度均大于钢筋抗拉强度标准值,说明受火后钢筋抗拉强度未发生明显下降。

3 综合评估及加固建议

3.1 检测主要结论

(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积剥落、骨料外露、箍筋外露。

(2) 第9跨支座有不程度的碳化、粉化现象。

(3) 受火后大部分构件的混凝土回弹强度大于设计值,混凝土强度状况良好或较好,个别构件(9-13#空心板)受火剥落区的回弹强度偏小。

(4) 所检测空心板的碳化深度在1.0～4.5 mm,所检测立柱的碳化深度均>6 mm。剥落区考虑剥落厚度的空心板碳化深度在13.0～23.5 mm。

(5) 取芯结果表明,受火区和非受火区混凝土内部无明显不同,外观均为正常硬化混凝土。

(6) 8-2#立柱受火剥落区和未受火区芯样的实测混凝土抗压强度值均大于设计抗压强度值25#(C23),说明受火后8-2#立柱内部混凝土强度未发生明显下降。

(7) 受火剥落区外露的钢筋外观状况良好,无明显损伤,钢筋表面无热熔痕迹,钢筋无明显锈蚀现象。截取的钢筋抗拉屈服强度实测值大于钢筋抗拉强度标准值,说明受火后钢筋抗拉强度未发生明显下降。

3.2 加固建议

(1) 建议对过火区空心板、立柱的混凝土剥落等缺陷进行专项加固维修处治。

(2) 建议更换出现碳化、粉化、老化开裂、剪切变形等病害的支座。

(3) 建议对该桥严格按照《公路桥梁养护规范》(JTG H11-2004)的要求进行经常检查、定期检查和特殊检查。经常检查每月至少1次,定期检查和特殊检查建议每年1次,发现问题及时处理。

4 结束语

本文结合郑州市某桥梁火灾后检测的项目、方法及结果,对火灾后桥梁检测的方法进行了表述。检测时以火灾中受损的最差构件评定,从而在最短的时间内采取相应的管控措施,特别是在检测中采用回弹法和取芯法相结合,进一步验证受火后混凝土强度,为决策者提供直接可信的数据。对受火烧跨采取受火区和非受火区分别进行回弹检测,这种对比法迅速确定桥梁具体受损位置和程度,进而确定维修加固范围。此种综合评定方法能够在较短的时间内给管理者提供维修加固决策信息。希望借此能为同类受火灾桥梁提供参考。