楊 燦，俞文彬

（江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌330038）

1 火災(zāi)概況

生米大橋西岸引橋?yàn)?0m跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高1.8m，6跨一聯(lián)，單幅主梁采用單箱單室截面，均采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系，下部構(gòu)件橋墩采用V形墩，箱梁混凝土采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用ASTMA416-97.270 級(jí)高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860MPa?？v橫向預(yù)應(yīng)力筋均采用金屬波紋管成孔。

2014年3月18日13時(shí)30分，生米橋下報(bào)廢公交車輛集中停放場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)，50號(hào)墩下8輛車猛烈燃燒（51 跨側(cè)6 輛，50 跨側(cè)2 輛）。滅火先是噴水，后在14 時(shí)40 分左右對(duì)50 跨火點(diǎn)采用泡沫滅火，全場(chǎng)火災(zāi)撲滅時(shí)間大約在15時(shí)40分，而51跨火點(diǎn)幾乎是燒完自滅的。

2 火災(zāi)評(píng)估

在對(duì)遭受火災(zāi)后橋跨損傷狀況進(jìn)行檢測(cè)和分析后，得出以下結(jié)論：

（1）火災(zāi)事故致使左右幅第50～51 跨主梁底面混凝土及翼板混凝土剝落現(xiàn)象嚴(yán)重，截面損失較大，右幅第50 跨7 根底板預(yù)應(yīng)力束波紋管存在外露現(xiàn)象，預(yù)應(yīng)力損失較大，將嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)使用性能以及結(jié)構(gòu)承載力；

（2）左幅第50 號(hào)墩燒損嚴(yán)重，混凝土大面積爆裂脫落，鋼筋外露，對(duì)其耐久性及承載能力都有明顯削弱；

（3）從火災(zāi)關(guān)聯(lián)段橋梁檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)8年多的運(yùn)營(yíng)使用，各盆式支座鋼構(gòu)件均存在不同程度的銹蝕現(xiàn)象，第49～51 號(hào)墩墩頂支座經(jīng)高溫烘烤將使老化加劇，因此結(jié)合運(yùn)營(yíng)使用時(shí)間及火災(zāi)受損情況應(yīng)對(duì)第49～51 號(hào)墩墩頂盆式橡膠支座盡快予以更換。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、材料試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算結(jié)果，按《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS252—2009）6.1.3 條對(duì)生米大橋西岸引橋左右幅第50、51 跨結(jié)構(gòu)鑒定評(píng)級(jí)為d 級(jí)[1]，嚴(yán)重影響安全，必須立即進(jìn)行維修加固。

3 維修加固設(shè)計(jì)

3.1 維修加固指導(dǎo)思想

本橋原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為：城—A 級(jí)，人群3.5kN/m2，校核荷載：汽—超20 級(jí)，掛—120，本次維修加固設(shè)計(jì)擬以恢復(fù)到原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)及使用功能為原則。在充分掌握結(jié)構(gòu)的外部條件和現(xiàn)狀（各結(jié)構(gòu)構(gòu)造狀況、受力狀況及已發(fā)現(xiàn)各類病害）的基礎(chǔ)上，正確分析病害產(chǎn)生的根本原因，充分比選國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的、經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證處理效果好、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的加固改造方法[2]，綜合考慮社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。維修設(shè)計(jì)考慮兼顧強(qiáng)度和耐久性兩方面，在解決主要病害的同時(shí)兼顧次要病害，盡可能對(duì)火災(zāi)損傷產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)切實(shí)考慮施工的可行性以保證未來(lái)的施工質(zhì)量。維修加固方案選擇時(shí)遵循以下原則：

（1）設(shè)計(jì)科學(xué)合理，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，滿足技術(shù)與使用安全的要求；

（2）修復(fù)加固設(shè)計(jì)時(shí)要盡量保證加固措施能與原結(jié)構(gòu)共同工作；

（3）盡量不增加結(jié)構(gòu)自重，不對(duì)主要承重構(gòu)件造成損傷；

（4）加固后橋梁能滿足設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的使用要求，并有一定的安全儲(chǔ)備；

（5）施工簡(jiǎn)便、快捷，加固施工過(guò)程對(duì)交通影響減至最?。?/p>

（6）加固后橋梁耐久性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)方便。

3.2 維修加固方案

3.2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁維修加固方案

檢測(cè)結(jié)果表明，火燒段剝落后外中部的混凝土、鋼筋目前性能基本能達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，即使考慮部分預(yù)應(yīng)力損失，各控制截面尚能滿足極限承載能力要求，正常使用狀態(tài)亦能滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求，故梁體維修以到原截面尺寸為原則，具體如下[3]：

（1）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁過(guò)火段表面松散混凝土采用高壓射水進(jìn)行清除，同時(shí)對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹；

（2）對(duì)原鋼筋網(wǎng)增設(shè)植筋固定；

（3）噴涂（或壓抹）聚合物砂漿以恢復(fù)截面，推薦采用聚合物砂漿以縮短養(yǎng)生周期，減少因行車振動(dòng)對(duì)修復(fù)材料性能的影響；

（4）采用縱橋向粘貼鋼板對(duì)梁體修復(fù)后在底板兩側(cè)2m 范圍內(nèi)加固，使截面極限承載能力恢復(fù)到原設(shè)計(jì)狀態(tài)。

3.2.2 翼板修復(fù)方案

根據(jù)計(jì)算分析翼板損傷雖造成極限承載能力損失較大（指翼板懸臂端原僅15cm 厚，下緣受壓區(qū)剝落6cm后其受壓區(qū)高度大幅減小，從而導(dǎo)致其承載能力降低），但其考慮截面削弱和預(yù)應(yīng)力損失后仍能滿足設(shè)計(jì)荷載的承載要求，因此對(duì)翼板下緣以混凝土剝落處恢復(fù)其原截面為原則，采用高壓射水對(duì)混凝土表面進(jìn)行清洗后，對(duì)翼板底緣鋼筋網(wǎng)增設(shè)植筋固定，噴涂或壓抹聚合物砂漿修復(fù)到原截面，對(duì)鋼筋外露的翼板下緣增設(shè)D6 焊接鋼筋網(wǎng)適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)。

3.2.3 橋墩維修加固方案

（1）清除左幅第50 號(hào)墩柱破損層的混凝土后，掛設(shè)D8 焊接鋼筋網(wǎng)，立模澆筑無(wú)收縮自流密水泥基高強(qiáng)筑注料加固。

（2）清除右幅第49 號(hào)、50 號(hào)墩燒損部位的混凝土后，采用聚合物砂漿或聚合物混凝土修補(bǔ)。

3.2.4 支座修復(fù)方案

盆式橡膠支座受火時(shí)，支座主要組件中的聚四氟乙烯滑板和橡膠塊受溫度升高的影響最大，聚四氟乙烯板熔融溫度為327～342℃，而橡膠熱分解溫度為200～500℃。隨著溫度升高聚四氟乙烯板將熔融，而橡膠則逐漸降解，同時(shí)橡膠與鋼板之間的黏結(jié)漸漸失效，最后空氣從鋼板與橡膠之間的間隙滲入并引起劇烈燃燒，導(dǎo)致支座力學(xué)性能不斷劣化并最終失去承載能力和使用功能。檢測(cè)過(guò)程中對(duì)第49～52 號(hào)各墩頂支座進(jìn)行了檢測(cè)，各墩頂支座鋼構(gòu)件均有銹蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，其中第50 號(hào)墩頂支座受火災(zāi)高溫影響局部銹蝕層剝落，支座防銹漆已燒完，說(shuō)明火災(zāi)時(shí)該支座處溫度超過(guò)600℃，第49～51 號(hào)墩頂支座經(jīng)高溫烘烤，將加劇老化，因此對(duì)受火災(zāi)影響的第49～51 號(hào)墩盆式橡膠支座應(yīng)盡快予以更換。另外，對(duì)支座墊石局部燒損部位采用聚合物砂漿修復(fù)。

在對(duì)第49～51 號(hào)墩墩頂支座進(jìn)行更換時(shí)，由于支座原規(guī)格按《公路橋梁盆式橡膠支座》（JT 391—1999）進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]，第50 號(hào)墩頂GPZ9 系列GD支座高16cm，第49、51號(hào)墩頂GPZ9系列DX/SX支座高18cm，而新版通用圖GPZ（09T）中GPZ9系列GD支座高度為16.5cm，GPZ9系列DX/SX支座高為21cm，因此需按原尺寸定制，而且還應(yīng)注意新?lián)Q支座上鋼盆錨固孔與原錨固孔位置對(duì)應(yīng)。

頂升按第49～51 號(hào)墩同步頂升進(jìn)行考慮，頂升時(shí)各墩處頂升重量見(jiàn)表1。

表1 單幅橋梁頂升數(shù)據(jù)表

頂升平臺(tái)在原橋墩承臺(tái)基礎(chǔ)上橫橋向兩側(cè)各加寬2.2m，加高0.5m，新增承臺(tái)通過(guò)植筋與原承臺(tái)連接為整體，每墩位處設(shè)8 根Φ60 cm、壁厚為1.5cm 的鋼管支柱，鋼管間設(shè)置剪刀支撐，8 根支柱支撐在擴(kuò)大后的承臺(tái)上。

3.2.5 泄水管修復(fù)方案

（1）設(shè)計(jì)思路：生米大橋采用PVC 泄水管，火災(zāi)時(shí)，過(guò)火跨段基本燒毀，需進(jìn)行更換。但橋面檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，橋面泄水孔均被混凝土堵塞（其堵塞原因不明）。

（2）修復(fù)方案：對(duì)過(guò)火跨段已燒毀的PVC 泄水管進(jìn)行重設(shè)。

3.2.6 中央分隔帶蓋板修復(fù)方案

（1）設(shè)計(jì)思路：從頂升過(guò)程中移除的中央分隔帶處管道底緣5cm厚鋼筋混凝土蓋板局部混凝土破損，擬對(duì)破損蓋板進(jìn)行更換。

（2）修復(fù)方案：對(duì)破損嚴(yán)重的蓋板進(jìn)行更換。

3.2.7 其他維修加固方案

（1）設(shè)計(jì)思路

橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在惡劣的自然環(huán)境中，火災(zāi)后，熱損傷造成的混凝土中性化，有些地方混凝土保護(hù)層損傷嚴(yán)重，特別是有些部位雖然未發(fā)生混凝土脫離、露筋現(xiàn)象，但是，過(guò)火已經(jīng)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部微裂縫發(fā)展，致使混凝土孔隙率增大，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和正常使用年限，因此對(duì)火溫影響范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)表面擬考慮進(jìn)行耐久性修復(fù)，對(duì)過(guò)火跨段整體設(shè)置防腐涂裝可增加結(jié)構(gòu)整體防腐性能，并可使用局部修復(fù)及未修復(fù)處保持統(tǒng)一的外觀。對(duì)于橋梁上、下部結(jié)構(gòu)存在的蜂窩、麻面、混凝土剝落、掉塊、缺損、凹陷等缺陷，首先將缺陷部位表層的松散混凝土全部鑿除，火災(zāi)后燒損的混凝土疏松，鑿除不徹底會(huì)影響修補(bǔ)材料與原結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性能，影響維修效果，因此，徹底鑿除燒疏混凝土是修補(bǔ)的先決條件，人工清除完燒疏層混凝土后采用高壓射水對(duì)混凝土表面進(jìn)行清洗。

（2）修復(fù)方案

對(duì)火溫影響范圍內(nèi)混凝土表面采用高壓射水清洗后，在結(jié)構(gòu)表面涂刷阻銹劑以增強(qiáng)鋼筋的防銹能力。修復(fù)完成后對(duì)過(guò)火跨段梁體、墩柱進(jìn)行整體防腐涂裝，面漆的顏色采用與混凝土相近的顏色。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

由于火災(zāi)造成構(gòu)件混凝土強(qiáng)度降低，鋼筋抗拉強(qiáng)度損失，部分構(gòu)件混凝土表層損傷造成截面損失，因此造成部分構(gòu)件甚至整體結(jié)構(gòu)的承載能力降低。為了分析火災(zāi)對(duì)整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的影響程度，根據(jù)本次火災(zāi)中構(gòu)件的實(shí)際損傷狀況、構(gòu)件剩余混凝土強(qiáng)度、構(gòu)件鋼筋配置及鋼筋性能檢測(cè)結(jié)果，按照橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采用的規(guī)范體系，采用橋梁博士V3.03對(duì)過(guò)火段橋跨上部結(jié)構(gòu)承載力按照受火災(zāi)前、火災(zāi)后和維修加固后三種狀態(tài)分別進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，以判定結(jié)構(gòu)承載力受損后的下降程度，為后續(xù)處理提供可靠的依據(jù)。

4.1 檢算原則及特點(diǎn)

（1）生米大橋?yàn)槌鞘兄鞲傻?，設(shè)計(jì)行車速度為60km/h，左幅為雙向四車道，單幅行車道寬度為15m。

（2）翼板截面尺寸按跨中區(qū)段尺寸，汽車荷載布置按布置在懸臂端考慮，輪重的分布寬度按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）計(jì)算[5]。

（3）翼板結(jié)構(gòu)分析建模取1m 橋長(zhǎng)按平面框架進(jìn)行，火災(zāi)后翼板截面高度按下緣削弱6cm考慮。

（4）經(jīng)翼板橫向預(yù)應(yīng)力受損情況分析，對(duì)高溫下預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算按以下兩種模式進(jìn)行：按懸臂端部1m 范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力失效進(jìn)行計(jì)算；按翼板懸臂部分有效預(yù)應(yīng)力損失6%進(jìn)行計(jì)算。

（5）鑒于翼板破損嚴(yán)重處底層鋼筋網(wǎng)與混凝土間分離，計(jì)算時(shí)不考慮下緣鋼筋參與作用。

（6）箱梁截面尺寸按減去損傷厚度后考慮，翼板有效寬度按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004） 相關(guān)規(guī)定計(jì)算。

（7）從截取的翼板鋼筋抗拉試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看雖然鋼筋的伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能仍滿足有關(guān)規(guī)范要求，但是鋼筋屈服強(qiáng)度相比鋼筋設(shè)計(jì)值有所降低，與設(shè)計(jì)要求相比鋼筋屈服強(qiáng)度損失最大達(dá)5%，因此驗(yàn)算時(shí)鋼筋屈服強(qiáng)度按5%的損失考慮。

（8）計(jì)算按承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行組合與檢算。

4.2 檢算結(jié)論

（1）當(dāng)對(duì)左幅第50 跨和第51 跨右側(cè)9 束底板縱向束其有效預(yù)應(yīng)力損失按5%計(jì)，對(duì)腹板底層鋼束其有效預(yù)應(yīng)力損失按5%計(jì)，對(duì)箱梁底層普通鋼筋屈服強(qiáng)度按5%的損失計(jì)，則左幅第50跨、第51跨箱梁正彎區(qū)段極限承載能力損失約3%。正常使用極限狀態(tài)下跨中截面均滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求。

（2）當(dāng)對(duì)右幅第50跨預(yù)應(yīng)力束波紋管外露段7根鋼束按其有效預(yù)應(yīng)力按完全損失計(jì)，其條件屈服強(qiáng)度折減系數(shù)取0.65；對(duì)右幅第51跨左側(cè)9束底板縱向束其有效預(yù)應(yīng)力損失按5%計(jì)，對(duì)腹板底層鋼束其有效預(yù)應(yīng)力損失按5%計(jì)；對(duì)箱梁底層普通鋼筋屈服強(qiáng)度按5%的損失計(jì)，則右幅第50跨箱梁正彎區(qū)段其極限承載能力損失約8%，右幅第51跨正彎區(qū)段受火災(zāi)影響范圍與左幅第51跨相近，其正彎區(qū)段極限承載能力損失約3%，正常使用極限狀態(tài)下跨中截面均滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的要求。

（3）對(duì)左右幅第50～51 跨梁底粘貼鋼板加固后，正彎區(qū)段截面極限承載能力能夠恢復(fù)至原設(shè)計(jì)水平。

（4）當(dāng)對(duì)火災(zāi)后翼板截面高度按下緣削弱6cm考慮且不考慮翼板破損嚴(yán)重處與混凝土間分離的底層鋼筋網(wǎng)參與作用時(shí)，底面大面積鋼筋外露處的翼板其極限承載能力損失約17%（根部）～70%（懸臂端部），但其考慮截面削弱和預(yù)應(yīng)力損失后仍能滿足設(shè)計(jì)荷載的承載要求。采用聚合物砂漿修復(fù)翼板受損處截面極限承載能力能較大程度地恢復(fù)。

5 維修加固后荷載試驗(yàn)

為檢驗(yàn)維修加固的實(shí)際效果，于施工結(jié)束后進(jìn)行了靜動(dòng)載試驗(yàn)。靜動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，各測(cè)試控制斷面的撓度實(shí)測(cè)值及應(yīng)力實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算值，其撓度及應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，表明結(jié)構(gòu)整體剛度滿足試驗(yàn)要求，承載能力達(dá)到設(shè)計(jì)正常使用極限狀態(tài)要求。

6 結(jié)論

對(duì)該火災(zāi)后的橋梁進(jìn)行檢測(cè)與損傷評(píng)估后，制訂了科學(xué)合理的維修加固方案。靜動(dòng)載試驗(yàn)和正常運(yùn)營(yíng)表明，維修加固后的橋梁完全滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明維修加固方案可行，維修加固效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

[1] CECS 252:2009，火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GJ/T 259—2012，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性修復(fù)與防護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] CECS 269：2010，災(zāi)損建筑物處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JT 391—1999，公路橋梁盆式橡膠支座[S].

[5] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].