张川 ， 靳永春 ， 王静歌 ， 侯旭

焦作市新时代高速公司有限公司  中交第一公路勘察设计研究院瑞通公司

摘要：本文主要介绍了某预应力混凝土连续T梁桥火灾后的检测评估和维修加固。桥梁结构在遭遇火灾作用后，火的物理和化学作用使材料的力学性能发生改变，结构构件遭受损坏。对此，应科学检测桥梁病害，合理分析计算评估，为结构的加固处理提供可靠的数据依据，才能使设计切实恢复结构的承载能力和使用性能，达到安全运营的目的。

关键词：连续梁桥火灾 桥梁检测 加固

        火灾受损桥梁位于某山岭重丘区高速公路上，其上部结构采用3X40米预应力混凝土T型连续梁，下部结构采用钢筋混凝土空心薄壁式桥墩、U型重力式桥台。设计时速为80km/h,设计荷线等级为汽-超20级、挂-120,桥面净宽2X10.25米。2007年10月，业主委托专业队伍对该桥进行检测，该桥运营状况良好，综合评定为二类桥梁。

图1、火灾前后桥梁表观对比（右图为火灾后桥梁）

        2008年3月6日，一辆装有化学品液态焦化苯的货车行驶至该桥时发生车祸，焦化苯泄露并燃烧爆炸，引发火灾，持续时间约1小时左右。受化学品泄露、大火燃烧的影响，该大桥桥面铺装、护栏、桥梁支座、桥台、主梁等均有不同程度的损伤。

        为科学合理维修受损桥梁，保障高速公路正常运营，需对该桥进行详细的检测、评估、维修加固。

1、火灾后桥梁损伤检测

        火灾后的桥梁损伤检测包括桥梁各构件损伤调查和构件材料检测试验两方面内容。

        1.1、主要病害检查

        1)、本桥火灾产生原因为：货车车祸，焦化苯泄漏，引起火灾。

        2)、火灾范围调查

火灾波及较广，过火范围为全桥桥面及第1, 3跨主梁；其中主燃点在桥面，焦化苯泄漏至桥下后，台帽、主梁也属主要燃烧区域。

        3)、火灾区域桥梁各构件损伤检查

        分析检测结论，对该桥各构件损伤特征进行分类评价（见表1)。

表1、火灾后桥梁各构件损伤检查表

        1.2、材料检测试验

        构件材料检测试验是选择若干典型区域对构件进行无损或微破损检测，从而将火灾对构件的影响进行最化评定。检测试验的原理及结论见表2。

表2、火灾后桥梁各构件材料检测试验一览表

        1.3、检测结论

        根据以上检测试验结论，可以判断：

        1)、该桥主梁预应力混凝土结构未受到严重破坏；T梁破损较严重区域主要集中伸缩缝附近腹板马蹄、桥台破损严重区域为台帽顶面；表面混凝土破损深度2〜3cm。主梁在支点连续区段，未受明显损伤。

        2)、两侧桥台处主梁支座破损失效。

        3)、桥面铺装、护栏、伸缩缝破损严重。

2、火灾后桥梁承载力验算

        2.1、计算内容

        1)、原主梁承载能力验算，包括控制截面的弯矩、剪力；

        2)、根据检测评估结论，建立受损区域主梁折减模型，并根据折减模型计算控制截面弯矩、剪力。

        2.2、计算参数

        1)、桥面净宽：单幅0.5m (外侧护栏）+10.25m+0.65m (内侧护栏）

        2)、主梁跨径：40m、计算跨径：38.5m、桥梁全长：148.9m.

        3)、设计荷载等级：汽一超20级，挂一120

        4)、主要材料：

        混凝土：预制主梁、现浇桥面板及横隔板均为C50混凝土；墩帽、墩柱、台帽、台身、护栏、基桩等均采用C30混凝土；沥靑混凝土 9cm用于桥面铺装。

        钢筋：主梁主筋采用Φ12Ⅱ级钢筋，主梁连续端采用Φ16、Φ20Ⅱ级钢筋，其他采用Φ8Ⅰ级钢筋。

        预应力钢绞线：所有钢绞线均采用ASTM416-92标准钢绞线，单根钢绞线张拉控制吨位19.6吨，标准强度R=1860MPa，弹性模暈E=1.95×105MPa.

        2.3、计算模型

        计算采用空间有限元软件和公路桥梁结构设计系统对该桥进行计算分析，并相互校核。建立3×40mT梁模型，模型共有单元84个，节点85个（见图2)。

图2、原结构有限元模型

        根据现场检测和试验室钻芯取样试验结果，判断靠近中央分隔带附近左右两幅内边梁表面混凝土有不同程度的损伤，折减后计算模型考虑主梁截面尺寸折减3cm，纵向折减范围为支点向跨中方向l0m，折减前后主梁截面对比如下图3。

图3—1、原主梁纵断面

图3—2、折减后主梁纵断面

        2.4、计算结论

        1)、主梁跨中正弯矩区、支点负弯矩区能满足运营需要；

        2)、伸缩缝附近，主梁支点抗剪承载力下降较大，承载能力安全储备降低了11%，已经没有安全储备。

3、大桥检测评估结论与思考

        结合现场检测、材料试验和结构分析验算，得出本桥火灾后评估结论：结构在火灾受损后，结构整体性保持较好，但结构的局部损伤较为严重，已不能满足安全要求，应及时进行维修加固。

        在以下三方面对桥梁损伤进行分析，使维修加固有的放矢。

        1)、火源、火势调查与对结构损伤的影响

        该桥火灾中，火焰燃烧方向主要有桥面扩散燃烧和自台帽向上燃烧。

        其中焦化苯罐车爆炸后，冲击波向空间发散，未对主梁产生明显破坏，桥面扩散燃烧，范围遍及全部桥跨，强度大，时间长，但其破坏范围仅为桥面铺装、护栏、伸缩缝，经检测，未严重威胁桥梁安全。台帽火，虽然燃烧时间短，范围小，但其直接导致支座严重损坏，主梁端部损伤严重，主梁斜截面抗剪承载力降低，威胁桥梁安全。

        火源和火势特点，直接造成了桥梁病害由中央护栏向两侧逐渐减轻、由桥台向跨中逐渐减轻的分布规律。应根据不同区域受力特点与病害分布特征进行维修加固设计。 

        2)、桥梁结构形式对结构损伤的影响

        该桥设计为纵向结构连续，在墩顶设置负弯矩钢束。连续结构，不仅改善了结构受力，而且有效的阻止了液态焦化苯流向墩顶，使主梁损伤范围小，危害轻。 

        3)、灭火方式对结构损伤的影响

        高温火焰烧过的混凝土表面当用水扑灭火灾时，热的混凝土表面遇水急速冷却，造成混凝土构件内外应力差，会引起混凝土裂缝，加重混凝土强度损失。本桥灭火过程中，消防队采取泡沫灭火，灭火方式科学合理，有效避免了对混凝土结构的二次损伤，大大减小了加固维修成本。

4、桥梁加固与维修措施

        根据该桥检测评估结论，桥梁病害主要集中于梁端、台帽和主梁支座，为确保大桥的运营安全，大桥的加固维修在以下九方面展开。

        4.1、预制T梁加固处理

        根据桥梁损伤前后的计算结果，对于支点截面损伤严重的主梁，在支点处增大截面，补充抗剪钢筋，并通过种植钢筋，与原主梁有效连接，提高支点截面的抗剪能力。

        首先将底板、腹板松散部分混凝土凿除，在底板、腹板种植钢筋，重新布设钢筋网，再利用自密实混凝土将受损部位混凝土修复。

        4.2、支座处理

        本桥0#和3#桥台处主梁支座受液态笨燃烧影响较严重，处治方案为：顶升梁体，更换两侧桥台处支座共20个，以使主梁处于良好的受力状态。具体施工工艺如下：

        1)、搭设顶升贝雷梁支架

        2)、安装千斤顶及观测装置

        3)、顶升梁体：梁体顶升时，要确保对单幅单侧五片主梁同时顶升、同时回落，以保证桥梁结构横向联系不被破坏。

        4)、支座更换

        4.3、台帽表面混凝土处理

        首先凿除台帽表面松散混凝土，直至露出新鲜骨料，将缺损面凿毛处理，用高标号聚合物砂浆将缺损部位进行修复，以保证结构的承载力和耐久性，

        4.4、桥面系改造

        首先铣刨现有桥面铺装，重新浇筑沥青混凝土桥面铺装。并在原混凝土调平层顶部与新增铺装层之间增加FYT-1改进型桥面防水涂层（一布三涂)，以改善桥面铺装的防水性能。

        4.5、混凝土缺陷处理

        4.6、更换伸缩缝橡胶条

        4. 7、主梁清洗涂装

        1)、采用[16槽钢拼装移动吊架，并在桥面施加平衡重。吊架要求安全稳定；

        2)、人工打磨主梁熏炙梁段；

        3)、主梁高压水清洗；

        4)、主梁表面涂装。

        4.8、损坏泄水管改造

        4.9、路面修复 

        1)、洗刨路面损伤沥青铺装层； 

        2)、滩铺沥青混凝土铺装，应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40

一2004)有关要求。新桥面铺装制作完成后的桥面标高必须与改造前的原结构标高相同。

5、结语

        火灾后及时对结构进行全面、科学、合理的检测评估及维修加固是使灾后损失降低到最小程度的重要措施。灾后评估，必须考虑火源火势特点、桥梁构造特点以及灭火方式等因素对病害分布、程度的影响。根据不同构件受力特点与病害分布特征进行维修加固设计，使加固工程既能切实修复受损结构，又高效快速，将其对高速公路运营影响降至最小。 

        该桥目前已经完成加固施工，交付业主正常运营3个月，加固后桥梁完全满足设计和实际运营要求。本文介绍的检测评估与加固方法取得了良好的经济效益和社会效益，而且可以为处理同类病害桥梁提供参考。

参考文献：

【1】中交第一公路勘察设计研究•瑞通公司《某高速公路某大桥过火检测评估报告》2008年3月；

【2】中交第一公路勘察设计研究•瑞通公司《某高速公路某大桥加固施工图设计》2008年3月；

【3】陕西省公路局.JTGH11—2004《公路桥涵养护规范》.北京：人民交通出版社，2004；

【4】王秀逸.《混凝土构件火灾后损伤程度鉴定和加固》.西安建筑科技大学学报.第29卷第4期.1997年12月；

【5】刘其伟，王峰等.《火灾受损桥梁检测评估与加固处理》.公路交通科技，2005, 22(2): 71-74；

【6】陈石等.《某先张法空心板梁桥火灾后的检测与损伤评估》公路交通技术2007年12月第6期