陳 云

(廣東省高速公路發(fā)展股份有限公司佛開(kāi)分公司，廣東 佛山 528000)

0 引言

佛開(kāi)高速公路龍山跨線橋運(yùn)營(yíng)樁號(hào)為K74+092，橋長(zhǎng)927.28m，原為雙向四車道，擴(kuò)建完成后為雙向八車道，左右幅分離設(shè)置，各55跨。上部結(jié)構(gòu)形式有鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁以及預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板；下部結(jié)構(gòu)為單柱或雙柱式橋墩，座板式橋臺(tái)；橋面鋪裝為混凝土橋面鋪裝，支座為板式橡膠支座。舊橋于1996年12月建成通車，擴(kuò)建橋于2012年12月通車。舊橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為：汽-超20，掛-120；擴(kuò)建橋荷載等級(jí)為：公路-I級(jí)。

2018年1月1日20:50，龍山跨線橋舊橋L14-1#立柱底部及附近區(qū)域發(fā)生火燒事故，產(chǎn)生火災(zāi)的燃燒物為生活垃圾和部分廢棄家私(含有海綿)，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間不明確，墩柱受到了一定程度的損傷。橋墩構(gòu)造如圖1所示。

圖1 龍山跨線橋舊橋L14#橋墩構(gòu)造 (單位:cm)

1 橋墩受火損傷后的病害

1.1 外觀狀況

從現(xiàn)場(chǎng)狀況來(lái)看，火災(zāi)主要影響范圍為L(zhǎng)14-1#立柱內(nèi)側(cè)、廣州側(cè)自地面起約2m高的區(qū)域，混凝土表面局部剝落、空鼓。具體表現(xiàn)：

(1)L14-1#立柱內(nèi)側(cè)面混凝土剝落露筋，A=0.75m×1.90m，深度9～16cm，其中廣州側(cè)邊緣混凝土剝落約16cm且露筋，開(kāi)平側(cè)邊緣混凝土剝落約9cm。局部混凝土燒傷后呈淺灰白色，敲擊受影響區(qū)域無(wú)異響。根據(jù)混凝土表面顏色、破損剝落、錘擊反應(yīng)等推斷：剝落前混凝土表面溫度約900℃；剝落后混凝土表面溫度約300℃，剝落后混凝土面損傷深度約1～2cm。

(2)L14-1#立柱廣州側(cè)局部混凝土剝落，A=0.16m×1.9m，深度約1～2cm，局部混凝土燒傷后呈淺灰白色。敲擊未剝落區(qū)有異響，面積為A=0.68m×1.9m。根據(jù)混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)等推斷：剝落前混凝土表面溫度約900℃；剝落后表面溫度約300℃，剝落后混凝土面損傷深度約1～2cm。

(3)L14-1#立柱開(kāi)平側(cè)受影響面積較小，僅靠近內(nèi)側(cè)面邊緣混凝土剝落，A=0.3m×1.9m，其它位置敲擊后無(wú)異響。

(4)根據(jù)火燒后混凝土剝落的面積推斷，剝落處截面折減后約為86%。

病害情況如圖2～圖4所示。

圖2 病害情況

圖3 L14-1#立柱病害

圖4 L14-1#立柱橫截面病害

1.2 碳化深度檢測(cè)結(jié)果

對(duì)舊橋L14-1#墩柱燒傷區(qū)域和非燒傷區(qū)域進(jìn)行碳化深度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。表明：

(1)燒傷區(qū)域混凝土剝落后混凝土表面無(wú)碳化；

(2)表面正常區(qū)域、表面熏黑但混凝土未剝落區(qū)域、敲擊異響區(qū)域的碳化深度為13～20mm。

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，該次火燒事故對(duì)L14-1#墩柱混凝土碳化影響較小。

表1 碳化深度檢測(cè)結(jié)果

1.3 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

對(duì)L14-1#、L14-2#立柱抽芯，進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試。立柱混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為25#，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

(1)L14-1#立柱燒傷區(qū)域混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為38.1MPa；

(2)L14-2#立柱無(wú)燒傷區(qū)域混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為39.3MPa。

結(jié)果表明，墩柱受火后燒傷區(qū)域的混凝土的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于損傷前變化不大。

表2 鉆芯法混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2 橋墩受火損傷后的受力性能計(jì)算評(píng)估

2.1 計(jì)算評(píng)估思路及依據(jù)[1-2]

通過(guò)對(duì)比受火損傷前后墩柱的偏壓承載能力及偏壓裂縫寬度的方式，評(píng)估橋墩受火損傷后的受力性能。計(jì)算評(píng)估過(guò)程中的常規(guī)計(jì)算參數(shù)按原設(shè)計(jì)進(jìn)行取值，但受火損傷后橋墩主要材料及截面特性的變化按以下考慮。

2.1.1 混凝土材料特性的變化

根據(jù)鉆芯法混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，L14-1#墩柱燒傷區(qū)混凝土測(cè)試強(qiáng)度為38.1MPa，L14-2#墩柱無(wú)燒傷區(qū)為39.3MPa，均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可按原設(shè)計(jì)25#混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。

2.1.2 普通鋼筋材料特性的變化

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，L14-1#墩柱廣州側(cè)混凝土剝落2cm后表面溫度達(dá)到300℃，推斷主受力鋼筋處溫度達(dá)300℃。

依據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 252：2009)附錄F.0.1-2[3]，按照溫度300℃高溫冷卻后對(duì)普通鋼筋取強(qiáng)度折減系數(shù)0.95。

2.1.3 墩柱截面特性的變化

L14-1#墩柱橫橋向內(nèi)側(cè)混凝土最大剝落厚度為16cm，順橋向廣州側(cè)最大剝落厚度為2cm，且剝落后混凝土面均損傷約2cm。按以上對(duì)墩柱截面進(jìn)行折減，折減后橫橋向?yàn)?7cm，順橋向?yàn)?1cm。

2.2 計(jì)算評(píng)估對(duì)比結(jié)果

建立墩樁計(jì)算模型，下部約束為模擬土彈簧。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖5所示。

圖5 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

2.2.1 承載能力極限狀態(tài)

墩柱關(guān)鍵截面的抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。驗(yàn)算結(jié)果表明，墩柱抗彎承載力滿足規(guī)范要求。L41-1#墩柱受火損傷后，損傷截面處抗彎承載力較大降低，富余度僅為2.5%。

表3 墩柱關(guān)鍵截面抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果

2.2.2 正常使用極限狀態(tài)

墩柱關(guān)鍵截面裂縫的驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4。驗(yàn)算結(jié)果表明，L41-1#墩柱受火損傷后，損傷截面處計(jì)算裂縫寬度有所增大，但依然滿足規(guī)范要求。

表4 墩柱關(guān)鍵截面裂縫驗(yàn)算結(jié)果

3 加固方案及效果分析

3.1 加固方案

受火損傷后L14-1#墩柱混凝土最大剝落深度為16cm，部分位置露筋，且受火損傷后抗彎承載力出現(xiàn)較明顯下降，富余度僅為2.5%。針對(duì)結(jié)構(gòu)病害，常規(guī)的做法是采用增大截面的方式進(jìn)行處理，提高墩柱承載能力，增大墩柱剛度。具體方法為：鑿除墩柱燒傷部位表面松散的混凝土，直至露出新鮮堅(jiān)硬的混凝土骨料；對(duì)墩柱相應(yīng)位置植筋，并綁扎鋼筋籠，支模澆筑C40混凝土。對(duì)L14-1#墩柱截面增大15cm厚，加固后墩柱截面尺寸為135cm×105cm。

圖6 墩柱加大截面構(gòu)造(單位：cm)

3.2 加固效果分析[4-5]

3.2.1 承載能力極限狀態(tài)

墩柱關(guān)鍵截面抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表5。驗(yàn)算結(jié)果表明，加固完成后，承載能力極限狀態(tài)下，墩柱抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。原截面損傷處抗彎承載力富余度達(dá)220.8%。

表5 墩柱關(guān)鍵截面抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果

3.2.2 正常使用極限狀態(tài)

墩柱關(guān)鍵截面裂縫驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表6。驗(yàn)算結(jié)果表明，L41-1#墩柱加固完成后，正常使用極限狀態(tài)下，墩柱裂縫驗(yàn)算寬度滿足規(guī)范要求。

表6 墩柱關(guān)鍵截面裂縫驗(yàn)算結(jié)果

3.2.3 驗(yàn)算結(jié)論

加固后的驗(yàn)算結(jié)果表明，采用加大截面法對(duì)墩柱進(jìn)行加固后，墩柱的偏壓承載能力和偏壓裂縫計(jì)算寬度相對(duì)于受火損傷后均有較大的改善，結(jié)果均能滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受火損傷可導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度及截面有所損失，采用加大截面法進(jìn)行加固，能有效地提高截面的承載能力。