火災(zāi)受損橋梁位于某山嶺重丘區(qū)高速公路上，其上部結(jié)構(gòu)采用3×40米預(yù)應(yīng)力混凝土T型連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土空心薄壁式橋墩、U型重力式橋臺(tái)。設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-超20級(jí)、掛-120，橋面凈寬2×10.25米。2007年10月，業(yè)主委托專業(yè)隊(duì)伍對(duì)該橋進(jìn)行檢測(cè)，該橋運(yùn)營(yíng)狀況良好，綜合評(píng)定為二類橋梁。
圖1、火災(zāi)前后橋梁表觀對(duì)比（右圖為火災(zāi)后橋梁）
2008年3月6日，一輛裝有化學(xué)品液態(tài)焦化苯的貨車行駛至該橋時(shí)發(fā)生車禍，焦化苯泄露并燃燒爆炸，引發(fā)火災(zāi)，持續(xù)時(shí)間約1小時(shí)左右。受化學(xué)品泄露、大火燃燒的影響，該大橋橋面鋪裝、護(hù)欄、橋梁支座、橋臺(tái)、主梁等均有不同程度的損傷。
為科學(xué)合理維修受損橋梁，保障高速公路正常運(yùn)營(yíng)。需對(duì)該橋進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)、評(píng)估、維修加固。
1、火災(zāi)后橋梁損傷檢測(cè)
火災(zāi)后的橋梁損傷檢測(cè)包括橋梁各構(gòu)件損傷調(diào)查和構(gòu)件材料檢測(cè)試驗(yàn)兩方面內(nèi)容。
1.1、主要病害檢查
1）、本橋火災(zāi)產(chǎn)生原因?yàn)椋贺涇囓嚨?，焦化苯泄漏，引起火?zāi)。
2）、火災(zāi)范圍調(diào)查
火災(zāi)波及較廣，過(guò)火范圍為全橋橋面及第1，3跨主梁；其中主燃點(diǎn)在橋面，焦化苯泄漏至橋下后，臺(tái)帽、主梁也屬主要燃燒區(qū)域。
3）、火災(zāi)區(qū)域橋梁各構(gòu)件損傷檢查
分析檢測(cè)結(jié)論，對(duì)該橋各構(gòu)件損傷特征進(jìn)行分類評(píng)價(jià)（見表1）。
表1、火災(zāi)后橋梁各構(gòu)件損傷檢查表
損壞程
度分類
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損傷特征描述
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損傷構(gòu)件
及區(qū)域
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1類
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基本完好：
火焰未接觸混凝土表面；或火焰輻射、溫度擴(kuò)散未使混凝土表面產(chǎn)生明顯變化；人工能擦除混凝土表面熏黑痕跡，混凝土表面光潔且沒有任何龜裂現(xiàn)象。
支座完好，鋼構(gòu)件完好。
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T梁跨中區(qū)域；橋梁墩頂支座及鋼構(gòu)件
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2類
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輕度損傷：
火焰已接觸混凝土表面，產(chǎn)生明顯變化；混凝土表面擦拭后有黑煙或輕微黑點(diǎn)或麻點(diǎn)，個(gè)別區(qū)域表面產(chǎn)生細(xì)小但不是很密集網(wǎng)狀龜裂現(xiàn)象；表面損傷輕微，結(jié)構(gòu)本身完好。
支座表面熏黑，橡膠層未受損傷。
鋼構(gòu)件表面熏黑，結(jié)構(gòu)本身完好。
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T梁靠近橋墩支點(diǎn)附近腹板翼板
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3類
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中度損傷：
火焰直接接觸混凝土；表面呈黑色；表面產(chǎn)生密集網(wǎng)狀龜裂，局部有爆裂破損現(xiàn)象，損傷深度達(dá)到混凝土保護(hù)層，但主筋未受損傷。
支座有明顯損壞，表面變形開裂。
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T梁靠近橋臺(tái)附近區(qū)域翼板和距支點(diǎn)較遠(yuǎn)腹板；
邊梁支座
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4類
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嚴(yán)重破壞：
火焰集中區(qū)或高溫集中區(qū)(殘留物的正上方)混凝土表面密集網(wǎng)狀龜裂，有爆裂現(xiàn)象；同時(shí)出現(xiàn)混凝土保護(hù)層大面積剝落、破損。粗骨料外露。
支座燒焦、，支座表面橡膠呈顆粒狀，四氟板變形嚴(yán)重。
鋼構(gòu)件扭曲，損壞嚴(yán)重。
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橋面墻式護(hù)欄和波型梁護(hù)欄；瀝青混凝土鋪裝層；橋臺(tái)上T梁腹板、馬蹄區(qū)域；橋臺(tái)臺(tái)帽
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1.2、材料檢測(cè)試驗(yàn)
構(gòu)件材料檢測(cè)試驗(yàn)是選擇若干典型區(qū)域?qū)?gòu)件進(jìn)行無(wú)損或微破損檢測(cè)，從而將火災(zāi)對(duì)構(gòu)件的影響進(jìn)行量化評(píng)定。檢測(cè)試驗(yàn)的原理及結(jié)論見表2。
表2、火災(zāi)后橋梁各構(gòu)件材料檢測(cè)試驗(yàn)一覽表
試驗(yàn)
項(xiàng)目
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試驗(yàn)原理
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試驗(yàn)結(jié)論
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混凝土碳化
深度檢測(cè)
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酚酞試劑法
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主梁構(gòu)件全部實(shí)測(cè)碳化深度均小于混凝土保護(hù)層厚度，混凝土碳化對(duì)鋼筋銹蝕影響輕微；0#橋臺(tái)臺(tái)帽實(shí)測(cè)碳化深度較大，個(gè)別測(cè)區(qū)碳化已經(jīng)接近鋼筋表面。
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混凝土強(qiáng)度
檢測(cè)
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超聲－回彈綜合法
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混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求
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鉆芯取樣
檢驗(yàn)
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現(xiàn)場(chǎng)取芯法
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1） 芯樣混凝土軸心抗壓強(qiáng)度值與規(guī)范要求的C50混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值相比，實(shí)測(cè)芯樣強(qiáng)度均大于規(guī)范要求，說(shuō)明混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；
2）芯樣“左6下”（左幅2-5主梁跨中翼板）在底面打磨5mm后，試驗(yàn)破壞模式為“底部破壞”，由此可以看出，過(guò)火后，主梁底面有損傷；同樣，芯樣“左3”、“左5”、“右3”試驗(yàn)破壞模式同為底部先開裂破壞，判斷主梁局部位置表面混凝土損傷2~3cm。
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混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)
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磁通法
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T梁在跨中區(qū)域，混凝土保護(hù)層厚度能滿足設(shè)計(jì)要求；T梁在臺(tái)頂附近區(qū)域，隨表層混凝土砂漿層輕微剝落，混凝土保護(hù)層減小2~3cm。
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1.3、檢測(cè)結(jié)論
根據(jù)以上檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)論，可以判斷：
1）、該橋主梁預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)未受到嚴(yán)重破壞；T梁破損較嚴(yán)重區(qū)域主要集中伸縮縫附近腹板馬蹄、橋臺(tái)破損嚴(yán)重區(qū)域?yàn)榕_(tái)帽頂面；表面混凝土破損深度2~3cm。主梁在支點(diǎn)連續(xù)區(qū)段，未受明顯損傷。
3）、兩側(cè)橋臺(tái)處主梁支座破損失效。
4）、橋面鋪裝、護(hù)欄、伸縮縫破損嚴(yán)重。
2、火災(zāi)后橋梁承載力驗(yàn)算
2.1、計(jì)算內(nèi)容
1）、原主梁承載能力驗(yàn)算，包括控制截面的彎矩、剪力；
2）、根據(jù)檢測(cè)評(píng)估結(jié)論，建立受損區(qū)域主梁折減模型，并根據(jù)折減模型計(jì)算控制截面彎矩、剪力。
2.2、計(jì)算參數(shù)
1）、橋面凈寬：?jiǎn)畏?.5m（外側(cè)護(hù)欄）+10.25m+0.65m（內(nèi)側(cè)護(hù)欄）
2）、主梁跨徑：40m、計(jì)算跨徑：38.5m、橋梁全長(zhǎng)：148.9m。
3）、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽－超20級(jí)，掛－120
4）、主要材料：
混凝土：預(yù)制主梁、現(xiàn)澆橋面板及橫隔板均為C50混凝土；墩帽、墩柱、臺(tái)帽、臺(tái)身、護(hù)欄、基樁等均采用C30混凝土；瀝青混凝土9cm用于橋面鋪裝。
鋼筋：主梁主筋采用Φ12Ⅱ級(jí)鋼筋，主梁連續(xù)端采用Φ16、Φ20Ⅱ級(jí)鋼筋，其他采用φ8Ⅰ級(jí)鋼筋。
預(yù)應(yīng)力鋼絞線：所有鋼絞線均采用ASTM416-92標(biāo)準(zhǔn)鋼絞線，單根鋼絞線張拉控制噸位19.6噸，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度R＝1860MPa，彈性模量E＝1.95×105MPa。
2.3、計(jì)算模型
計(jì)算采用空間有限元軟件和公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)該橋進(jìn)行計(jì)算分析，并相互校核。建立3×40mT梁模型，模型共有單元84個(gè)，節(jié)點(diǎn)85個(gè)（見圖2）。
圖2、原結(jié)構(gòu)有限元模型
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和試驗(yàn)室鉆芯取樣試驗(yàn)結(jié)果，判斷靠近中央分隔帶附近左右兩幅內(nèi)邊梁表面混凝土有不同程度的損傷，折減后計(jì)算模型考慮主梁截面尺寸折減3cm，縱向折減范圍為支點(diǎn)向跨中方向10m，折減前后主梁截面對(duì)比如下圖3。
圖3－1、 原主梁縱斷面
圖3－2、 折減后主梁縱斷面
2.4、計(jì)算結(jié)論
1）、主梁跨中正彎矩區(qū)、支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)能滿足運(yùn)營(yíng)需要；
2）、伸縮縫附近，主梁支點(diǎn)抗剪承載力下降較大，承載能力安全儲(chǔ)備降低了11%，已經(jīng)沒有安全儲(chǔ)備。
3、大橋檢測(cè)評(píng)估結(jié)論與思考
結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、材料試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算，得出本橋火災(zāi)后評(píng)估結(jié)論：結(jié)構(gòu)在火災(zāi)受損后，結(jié)構(gòu)整體性保持較好，但結(jié)構(gòu)的局部損傷較為嚴(yán)重，已不能滿足安全要求。應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修加固。
在以下三方面對(duì)橋梁損傷進(jìn)行分析，使維修加固有的放矢。
1）、火源、火勢(shì)調(diào)查與對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的影響
該橋火災(zāi)中，火焰燃燒方向主要有橋面擴(kuò)散燃燒和自臺(tái)帽向上燃燒。
其中焦化苯罐車爆炸后，沖擊波向空間發(fā)散，未對(duì)主梁產(chǎn)生明顯破壞，橋面擴(kuò)散燃燒，范圍遍及全部橋跨，強(qiáng)度大，時(shí)間長(zhǎng)，但其破壞范圍僅為橋面鋪裝、護(hù)欄、伸縮縫，經(jīng)檢測(cè)，未嚴(yán)重威脅橋梁安全。臺(tái)帽火，雖然燃燒時(shí)間短，范圍小，但其直接導(dǎo)致支座嚴(yán)重?fù)p壞，主梁端部損傷嚴(yán)重，主梁斜截面抗剪承載力降低，威脅橋梁安全。
火源和火勢(shì)特點(diǎn)，直接造成了橋梁病害由中央護(hù)欄向兩側(cè)逐漸減輕、由橋臺(tái)向跨中逐漸減輕的分布規(guī)律。應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域受力特點(diǎn)與病害分布特征進(jìn)行維修加固設(shè)計(jì)。
2）、橋梁結(jié)構(gòu)形式對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的影響
該橋設(shè)計(jì)為縱向結(jié)構(gòu)連續(xù)，在墩頂設(shè)置負(fù)彎矩鋼束。連續(xù)結(jié)構(gòu)，不僅改善了結(jié)構(gòu)受力，而且有效的阻止了液態(tài)焦化苯留向墩頂，使主梁損傷范圍小，危害輕。
3）、滅火方式對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的影響
高溫火焰燒過(guò)的混凝土表面當(dāng)用水撲滅火災(zāi)時(shí)，熱的混凝土表面遇水急速冷卻，造成混凝土構(gòu)件內(nèi)外應(yīng)力差，會(huì)引起混凝土裂縫，加重混凝土強(qiáng)度損失。本橋滅火過(guò)程中，消防隊(duì)采取泡沫滅火，滅火方式科學(xué)合理，有效避免了對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的二次損傷，大大減小了加固維修成本。
4、橋梁加固與維修措施
根據(jù)該橋檢測(cè)評(píng)估結(jié)論，橋梁病害主要集中于梁端、臺(tái)帽和主梁支座，為確保大橋的運(yùn)營(yíng)安全，大橋的加固維修在以下九方面展開。
4.1、預(yù)制T梁加固處理
根據(jù)橋梁損傷前后的計(jì)算結(jié)果，對(duì)于支點(diǎn)截面損傷嚴(yán)重的主梁，在支點(diǎn)處增大截面，補(bǔ)充抗剪鋼筋，并通過(guò)種植鋼筋，與原主梁有效連接，提高支點(diǎn)截面的抗剪能力。
首先將底板、腹板松散部分混凝土鑿除，在底板、腹板種植鋼筋，重新布設(shè)鋼筋網(wǎng)，再利用自密實(shí)混凝土將受損部位混凝土修復(fù)。
4.2、支座處理
本橋0#和3#橋臺(tái)處主梁支座受液態(tài)苯燃燒影響較嚴(yán)重，處治方案為：頂升梁體，更換兩側(cè)橋臺(tái)處支座共20個(gè)，以使主梁處于良好的受力狀態(tài)。具體施工工藝如下：
1）、搭設(shè)頂升貝雷梁支架
2）、安裝千斤頂及觀測(cè)裝置
3）、頂升梁體：梁體頂升時(shí)，要確保對(duì)單幅單側(cè)五片主梁同時(shí)頂升、同時(shí)回落，以保證橋梁結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系不被破壞。
4）、支座更換
4.3、臺(tái)帽表面混凝土處理
首先鑿除臺(tái)帽表面松散混凝土，直至露出新鮮骨料，將缺損面鑿毛處理，用高標(biāo)號(hào)聚合物砂漿將缺損部位進(jìn)行修復(fù)，以保證結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。
4.4、橋面系改造
首先銑刨現(xiàn)有橋面鋪裝，重新澆筑瀝青混凝土橋面鋪裝。并在原混凝土調(diào)平層頂部與新增鋪裝層之間增加FYT-1改進(jìn)型橋面防水涂層（一布三涂），以改善橋面鋪裝的防水性能。
4.5、混凝土缺陷處理
4.6、更換伸縮縫橡膠條
4.7、主梁清洗涂裝
1）、 采用［16槽鋼拼裝移動(dòng)吊架，并在橋面施加平衡重。吊架要求安全穩(wěn)定；
2）、 人工打磨主梁熏炙梁段；
3）、 主梁高壓水清洗；
4）、 主梁表面涂裝。
4.8、損壞泄水管改造
4.9、路面修復(fù)
1）、銑刨路面損傷瀝青鋪裝層；
2）、灘鋪瀝青混凝土鋪裝，應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）有關(guān)要求。新橋面鋪裝制作完成后的橋面標(biāo)高必須與改造前的原結(jié)構(gòu)標(biāo)高相同。
5、結(jié)語(yǔ)
火災(zāi)后及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、科學(xué)、合理的檢測(cè)評(píng)估及維修加固是使災(zāi)后損失降低到最小程度的重要措施。災(zāi)后評(píng)估，必須考慮火源火勢(shì)特點(diǎn)、橋梁構(gòu)造特點(diǎn)以及滅火方式等因素對(duì)病害分布、程度的影響。根據(jù)不同構(gòu)件受力特點(diǎn)與病害分布特征進(jìn)行維修加固設(shè)計(jì)，使加固工程既能切實(shí)修復(fù)受損結(jié)構(gòu)，又高效快速，將其對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)影響降至最小。
該橋目前已經(jīng)完成加固施工，交付業(yè)主正常運(yùn)營(yíng)3個(gè)月，加固后橋梁完全滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)要求。本文介紹的檢測(cè)評(píng)估與加固方法取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而且可以為處理同類病害橋梁提供參考。
