马虎

（重庆轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120）

火灾产生的高温会对钢筋混凝土桥梁造成严重的影响，致使桥梁中普通钢筋和预应力钢筋强度降低和混凝土质量下降[1]。本文结合某大桥火灾实例，介绍了预应力混凝土连续箱梁火灾受损后的损伤检测和损伤评估的方法，以便为火灾后桥梁的管理维护提供参考，对同类病害桥梁的检测和损伤评估提供借鉴。

1 火灾受损桥梁概况

某预应力混凝土连续刚构桥主桥跨径为140+240+140m，梁体采用两幅单箱单室三向预应力变高度箱梁。箱梁跨中及边跨现浇段梁高3.6m，箱梁根部梁高13.5m，其间梁高按半立方抛物线变化。两主墩均为双肋式柔性薄壁墩，均采用刚性扩大基础，支座采用盆式支座。主桥箱梁及墩身采用C50混凝土。见图1。

当时该桥正在进行维修加固施工，采用粘贴钢板的方法对箱梁进行加固。13:50分正在进行午休的施工单位人员发现箱梁跨中部位出现冒烟情况，立即报警，同时通知了管理部门。鉴于桥梁结构的特殊性，箱梁内浓烟弥漫，能见度极低，消防官兵多次进入箱梁内均遭呛回，后经分析，消防官兵从左箱梁迂回到箱梁，将消防袋从桥中间隔处放下，于16:30分进入火场进行扑火，于17:00左右火势得到彻底的扑灭。

图1 桥梁总体布置

图2 桥梁发生火灾区域示意图（单位：cm）

2 桥梁火灾损伤检测

2.1 桥梁结构损伤表观检测[2]

现场对过火范围的混凝土外观情况进行了检查。从9#墩往10#墩方向0～57m范围内平台上的顶板和侧面腹板为黄色、灰白色和褐色外观；平台下腹板大多为烟熏黑色外观；57～135m范围的箱梁顶板和腹板基本上为烟熏黑色；135m以外均为混凝土本色。现场对0～57m范围混凝土受损情况进行了详细检测。从上述检测结果可知，箱梁顶板和腹板上部温度明显高于下部腹板和底板温度。如图2。

2.1.1 箱梁顶板

顶板由于粘贴了钢板，粘贴长度为50m、且钢板间净距为50mm，基本覆盖了顶板，混凝土未直接受火灼烧，而是通过钢板热传递后温度升高；通过脱开钢板位置检查混凝土颜色为黄色到灰白色、个别为封缝胶灼烧后的黑色，表面有龟裂。表面锤敲击声均为较响亮声音。在0～8m范围内所粘贴的19块横向钢板均在下游一侧脱开；在8～55m范围内的纵向钢板均存在不同程度的弯曲、脱开及焊接部位的翘曲开裂。

顶板混凝土被烧脱落情况集中在3个部位：第1个部位在约8m的位置处，脱落两块混凝土，脱落深度为15mm；第2个部位在45～50m的位置处与两侧腹板交接部位，其中与下游腹板交接处脱落的面积较大，面积约3.3m2，脱落深度为20mm，且钢筋外露；第3个部位在57m的位置处，面积约3m2。顶板个别部位发现混凝土表面有微细裂纹。

2.1.2 上游腹板

上游腹板外观在平台上（即从顶板向下1.8m）颜色有土黄和灰白色，表面有龟裂，表面锤敲击声均为较响亮声音、在脱落部位周围稍微有较闷声。在平台下的混凝土表面颜色为铁锈红和烟熏黑色，表面锤敲击声均为响亮声音，表面靠上部有龟裂、下部则无开裂现象。

在约33m的位置处有一条竖向裂缝，从顶板位置延伸至底板位置处，最大宽度约0.2mm，在该位置对应的下右腹板位置处亦有一条竖向裂缝，基本延伸至底板位置。现场观察该位置恰为腹板截面变化部位，为两段接头部位，锤敲击声在裂缝两侧各约500mm范围内为空鼓声音。

混凝土被烧脱落情况集中在2个部位：第1个部位在约13m与顶板接触部位，脱落一大块混凝土，面积约3m2，脱落深度为25mm，有4根钢筋外露，外露长度约200mm；第2个部位在45～50m与顶板交接部位，有两大块混凝土脱落，面积约3.8m2、2.4m2，最大深度约40mm，有钢筋外露。

2.1.3 下游腹板

上游腹板外观在平台上（即从顶板向下1.8m）颜色有土黄和灰白色，表面有龟裂，表面锤敲击声均为较响亮声音，在脱落部位周围稍微有较闷声。在平台下的混凝土表面颜色为铁锈红和烟熏黑色，表面锤敲击声均为响亮声音，表面靠上部有龟裂、下部则无开裂现象。在约33m的位置处有一条竖向裂缝，从顶板位置延伸至底板位置处，最大宽度约0.8mm，与上游该位置的腹板裂缝相对应。

混凝土被烧脱落情况主要集中在4个部位：第1个部位在约13m与顶板接触部位，脱落一块混凝土，面积约1m2，脱落深度为28mm；第2个部位在19m与顶板交接部位，有两块混凝土脱落，最大深度约20、25mm，有6根钢筋外露，外露长度300mm；第3个部位在47m与顶板交接部位，有两块混凝土脱落，最大深度约20mm。 如图3、图4。

图3 箱梁顶面破损露筋

图4 加固钢板变形、扭曲

2.2 过火混凝土烧伤深度和碳化深度

2.2.1 烧伤深度

现场对顶板和两个腹板的烧伤深度进行了测量，烧伤深度值为混凝土直接脱落后的最大深度。从检测结果可知，顶部和施工操作平台上部的腹板烧伤深度在10～40mm范围内，所抽测的烧伤深度平均值为23.9mm。

2.2.2 碳化深度

现场对加固施工操作平台以上受火灾影响较大腹板的碳化深度进行了测量，同时对下部受火灾影响较小腹板的碳化深度进行了测量，从检测可知：箱梁顶板和加固施工平台上的腹板的混凝土碳化深度大于腹板下部的碳化深度，平台上部腹板和顶部混凝土碳化深度在2～14mm之间，平均值为10.3mm；平台以下腹板的混凝土碳化深度在0.5～10mm之间，平均值为4.2mm。因此火灾对混凝土碳化深度平均值约为6.1mm。

2.3 表面损伤层厚度检测

检测通过超声波检测的方法获得数据，根据《超声法检测混凝土缺陷技术规程》中的相关公式，即可计算出混凝土表面的损伤层厚度。根据该跨混凝土表面的损伤情况，损伤层厚度检测共抽检了6处区域，分别为顶板上1处、腹板上5处，检测发现，混凝土内部声波未见异常情况，表面受伤深度约在25～38mm范围内。

2.4 混凝土芯样

为了准确观察混凝土损伤深度，现场采取钻取混凝土小芯样的方法进行抽查。共钻取了4个直径为70mm的小芯样，钻取位置选在腹板混凝土脱落部位的周边。结果发现：除2号芯样外，其余芯样未见明显烧伤。

2.5 主梁混凝土强度检测

采用回弹法[3]对箱梁腹板混凝土强度进行了检测。检测时对腹板加固施工操作平台相同位置的上、下部位以及从9#墩往着火点方向不同部位的混凝土强度均进行了检测。同时对距离9#墩约200m位置的未受火灾影响的腹板混凝土进行了回弹法检测。检测发现平台以上腹板混凝土强度受火灾后有少许影响，下部混凝土基本未受到影响，因此可以认为火灾后对箱梁混凝土强度影响程度不大，基本可满足原设计混凝土强度[4]要求。

2.6 桥面情况

现场对过火区域内的桥面外观进行观察，未发现由于过火后温度升高所引起的异常情况。

2.7 火灾现场可燃物分布

此次火灾前在作箱梁顶板的粘贴钢板加固，主要材料有钢管脚手架、木竹板、电焊机、电风扇等材料，除木竹板为易燃的材料外，其他为不易燃烧材料。粘贴钢板时竹跳板施工平台距离顶板距离为1.8m，燃烧时顶板和该高度两侧板部位的混凝土过火相对较为严重。根据火灾现场烧损物判定：木材燃烧温度约为300℃；钢材变形温度750℃；电线熔化温度为1000～1100℃。该工程现场残留物中钢管脚手架未发生弯曲变形现象；部分散落在底板上的电焊机、排风扇、结构胶、铁桶等未完全变形及烧损。顶板加固时所粘贴钢板有脱开、弯曲变形现象，同时部分锚固用的螺栓有被剪断现象，说明钢板已发生较大的伸缩变形，可判定顶板最高温度为750℃左右。

3 桥梁火灾损伤评估[5]

3.1 火灾温度判断

3.1.1 根据国际ISO834标准升温曲线推算火灾温度

火灾时箱梁内的自然温度T0取为40℃，火灾经历时间约为3小时，由公式[6]T-T0=345lg（8t+1）推算出的火灾温度T为1129℃。该公式包含从发现火灾至全部扑灭火灾所用的时间，由于火灾在箱梁内，空气不易流通，所以燃烧持续时间较长。因此，通过该公式所计算温度仅作为参考。

对火场温度综合分析如下：火灾发生在大桥右幅箱梁内，据了解火灾时浓烟较大；施工时在距离顶板下1.8m位置处有一层竹跳板为加固施工操作平台，面积不到400m2，燃烧物数量有限；当竹跳板局部燃烧断裂后会掉落至底板继续燃烧，使得腹板上部和顶板直接处于外焰位置，同时会使脚手架钢管直接过火；现场观察钢管架未发生弯曲变形。综合上述情况，结合此次火灾的具体特点，火场最高温度综合判定在600～700℃。

3.1.2 根据火灾后混凝土表面颜色及外观特征判定

箱梁内混凝土损伤较为严重的部位为顶板和上、下游腹板交接的角部，其中上游腹板和顶板交接的角部损伤较为严重，主要在13m、45～50m范围两个位置；相对应的下游腹板位置的混凝土亦出现损伤。这些部位过火后混凝土有脱落、露筋现象。顶板和平台上混凝土颜色为土黄到灰白，大部份有龟裂现象，混凝土脱落周围敲击声音较闷，其余部位敲击声音均较响亮；其它部位烟熏黑色、敲击声音较响亮。按《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009)附录B判断火场最高温度在600℃～700℃之间。

3.2 高温下混凝土受损分析

箱梁顶板和腹板内侧面：处于最不利位置，受火焰的直接烧烤，一般在十几分钟内温度即可由十几度上升到六百度。由于顶板底和腹板的混凝土表面温度急剧上升，混凝土又具有热惰性的特点，而顶板有粘贴的钢板使得混凝土未直接过火，因此在角部直接受火区域混凝土损伤较为严重，出现混凝土脱落、露筋等现象。

3.3 箱梁受损分析

综合上述情况，对大桥箱梁受火灾影响的分析如下：

（1）火灾后箱梁从9#墩向跨中方向约57m范围为过火区域，受火灾影响，部分位置顶板表面和顶板与腹板交接部位的角部混凝土脱落出现露筋现象，混凝土受到一定程度损伤。

（2）过火区域内箱梁混凝土强度所受影响不大；顶板和腹板上部混凝土被烧脱落深度在10～30mm范围内，最大深度为40mm；受火灾影响的混凝土碳化深度平均值在6mm左右。

4 结论

（1）该连续刚构桥火灾使箱梁9#墩向跨中方向约57m范围内顶板和腹板受到了影响；火场最高温度可判定在600～700℃之间。

（2）箱梁过火范围内的顶板和腹板混凝土受到了局部损伤：在顶板及顶板和腹板交接的角部出现混凝土脱落、露筋现象；混凝土被烧脱落深度在10～30mm范围内，最大深度为40mm；火灾对混凝土碳化深度值影响约为6mm左右；过火区域内箱梁混凝土强度所受影响不明显。

（3）由于箱梁过火区域内顶板和腹板的混凝土受到了一定程度的损伤，应及时采取措施进行修补和加固处理[7]。

大桥发生火灾后，管理部门及时封闭了交通，根据火灾检测评估结果采取了有针对性的修补措施。对受损伤混凝土进行凿除、用环氧混凝土修补，然后采取粘贴钢板的方法进行加固处治[8]。加固完成后对大桥采取了结构状态监测和定期检测的方法，对箱梁结构尤其火灾部位进行长期跟踪观测。目前大桥已安全运营多年，表明对火灾后混凝土箱梁的检测评估及维修加固措施是合理的，能够为火灾后桥梁的管理维护决策提供借鉴。

[1]陈石，温天宇.某先张法空心板梁桥火灾后的检测与损伤评估[J].公路交通技术，2007（6）：84-87.

[2]住建部.GB/T50784-2013混凝土结构现场检测技术标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]陕西省建筑科学设计院.JGJT 23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版，2011.

[4]交通部公路规划设计院.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 [S].北京:人民交通出版社，2004.

[5]国家质检总局.GB/T9978.1-2008建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求[S].北京：中国质检出版社，2008.

[6]中国工程建设标准化协会.CECS252:2009火灾后建筑结构鉴定标准[S].北京：中国计划出版社，2009.

[7]中国工程建设标准化协会.CECS269：2010灾损建筑物处理技术规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[8]交通部公路规划设计院.JTG H11-2004公路桥涵养护规范[S].北京:人民交通出版社，2004.