火災受損橋梁位于某山嶺重丘區(qū)高速公路上，其上部結構采用3×40米預應力混凝土T型連續(xù)梁，下部結構采用鋼筋混凝土空心薄壁式橋墩、U型重力式橋臺。設計時速為80km/h，設計荷載等級為汽-超20級、掛-120，橋面凈寬2×10.25米。2007年10月，業(yè)主委托專業(yè)隊伍對該橋進行檢測，該橋運營狀況良好，綜合評定為二類橋梁。
圖1、火災前后橋梁表觀對比（右圖為火災后橋梁）
2008年3月6日，一輛裝有化學品液態(tài)焦化苯的貨車行駛至該橋時發(fā)生車禍，焦化苯泄露并燃燒爆炸，引發(fā)火災，持續(xù)時間約1小時左右。受化學品泄露、大火燃燒的影響，該大橋橋面鋪裝、護欄、橋梁支座、橋臺、主梁等均有不同程度的損傷。
為科學合理維修受損橋梁，保障高速公路正常運營。需對該橋進行詳細的檢測、評估、維修加固。
1、火災后橋梁損傷檢測
火災后的橋梁損傷檢測包括橋梁各構件損傷調查和構件材料檢測試驗兩方面內容。
1.1、主要病害檢查
1）、本橋火災產(chǎn)生原因為：貨車車禍，焦化苯泄漏，引起火災。
2）、火災范圍調查
火災波及較廣，過火范圍為全橋橋面及第1，3跨主梁；其中主燃點在橋面，焦化苯泄漏至橋下后，臺帽、主梁也屬主要燃燒區(qū)域。
3）、火災區(qū)域橋梁各構件損傷檢查
分析檢測結論，對該橋各構件損傷特征進行分類評價（見表1）。
表1、火災后橋梁各構件損傷檢查表
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，鋼構件完好。
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T梁跨中區(qū)域；橋梁墩頂支座及鋼構件
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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或麻點，個別區(qū)域表面產(chǎn)生細小但不是很密集網(wǎng)狀龜裂現(xiàn)象；表面損傷輕微，結構本身完好。
支座表面熏黑，橡膠層未受損傷。
鋼構件表面熏黑，結構本身完好。
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T梁靠近橋墩支點附近腹板翼板
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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，損傷深度達到混凝土保護層，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梁靠近橋臺附近區(qū)域翼板和距支點較遠腹板；
邊梁支座
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4類
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嚴重破壞：
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；同時出現(xiàn)混凝土保護層大面積剝落、破損。粗骨料外露。
支座燒焦、，支座表面橡膠呈顆粒狀，四氟板變形嚴重。
鋼構件扭曲，損壞嚴重。
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橋面墻式護欄和波型梁護欄；瀝青混凝土鋪裝層；橋臺上T梁腹板、馬蹄區(qū)域；橋臺臺帽
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1.2、材料檢測試驗
構件材料檢測試驗是選擇若干典型區(qū)域對構件進行無損或微破損檢測，從而將火災對構件的影響進行量化評定。檢測試驗的原理及結論見表2。
表2、火災后橋梁各構件材料檢測試驗一覽表
試驗
項目
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試驗原理
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試驗結論
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混凝土碳化
深度檢測
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酚酞試劑法
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主梁構件全部實測碳化深度均小于混凝土保護層厚度，混凝土碳化對鋼筋銹蝕影響輕微；0#橋臺臺帽實測碳化深度較大，個別測區(qū)碳化已經(jīng)接近鋼筋表面。
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混凝土強度
檢測
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超聲－回彈綜合法
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混凝土實測強度能滿足設計要求
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鉆芯取樣
檢驗
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現(xiàn)場取芯法
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1） 芯樣混凝土軸心抗壓強度值與規(guī)范要求的C50混凝土軸心抗壓強度標準值相比，實測芯樣強度均大于規(guī)范要求，說明混凝土強度滿足設計要求；
2）芯樣“左6下”（左幅2-5主梁跨中翼板）在底面打磨5mm后，試驗破壞模式為“底部破壞”，由此可以看出，過火后，主梁底面有損傷；同樣，芯樣“左3”、“左5”、“右3”試驗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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混凝土保護層厚度檢測
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磁通法
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T梁在跨中區(qū)域，混凝土保護層厚度能滿足設計要求；T梁在臺頂附近區(qū)域，隨表層混凝土砂漿層輕微剝落，混凝土保護層減小2~3cm。
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1.3、檢測結論
根據(jù)以上檢測試驗結論，可以判斷：
1）、該橋主梁預應力混凝土結構未受到嚴重破壞；T梁破損較嚴重區(qū)域主要集中伸縮縫附近腹板馬蹄、橋臺破損嚴重區(qū)域為臺帽頂面；表面混凝土破損深度2~3cm。主梁在支點連續(xù)區(qū)段，未受明顯損傷。
3）、兩側橋臺處主梁支座破損失效。
4）、橋面鋪裝、護欄、伸縮縫破損嚴重。
2、火災后橋梁承載力驗算
2.1、計算內容
1）、原主梁承載能力驗算，包括控制截面的彎矩、剪力；
2）、根據(jù)檢測評估結論，建立受損區(qū)域主梁折減模型，并根據(jù)折減模型計算控制截面彎矩、剪力。
2.2、計算參數(shù)
1）、橋面凈寬：單幅0.5m（外側護欄）+10.25m+0.65m（內側護欄）
2）、主梁跨徑：40m、計算跨徑：38.5m、橋梁全長：148.9m。
3）、設計荷載等級：汽－超20級，掛－120
4）、主要材料：
混凝土：預制主梁、現(xiàn)澆橋面板及橫隔板均為C50混凝土；墩帽、墩柱、臺帽、臺身、護欄、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級鋼筋，主梁連續(xù)端采用Φ16、Φ20Ⅱ級鋼筋，其他采用φ8Ⅰ級鋼筋。
預應力鋼絞線：所有鋼絞線均采用ASTM416-92標準鋼絞線，單根鋼絞線張拉控制噸位19.6噸，標準強度R＝1860MPa，彈性模量E＝1.95×105MPa。
2.3、計算模型
計算采用空間有限元軟件和公路橋梁結構設計系統(tǒng)對該橋進行計算分析，并相互校核。建立3×40mT梁模型，模型共有單元84個，節(jié)點85個（見圖2）。
圖2、原結構有限元模型
根據(jù)現(xiàn)場檢測和試驗室鉆芯取樣試驗結果，判斷靠近中央分隔帶附近左右兩幅內邊梁表面混凝土有不同程度的損傷，折減后計算模型考慮主梁截面尺寸折減3cm，縱向折減范圍為支點向跨中方向10m，折減前后主梁截面對比如下圖3。
圖3－1、 原主梁縱斷面
圖3－2、 折減后主梁縱斷面
2.4、計算結論
1）、主梁跨中正彎矩區(qū)、支點負彎矩區(qū)能滿足運營需要；
2）、伸縮縫附近，主梁支點抗剪承載力下降較大，承載能力安全儲備降低了11%，已經(jīng)沒有安全儲備。
3、大橋檢測評估結論與思考
結合現(xiàn)場檢測、材料試驗和結構分析驗算，得出本橋火災后評估結論：結構在火災受損后，結構整體性保持較好，但結構的局部損傷較為嚴重，已不能滿足安全要求。應及時進行維修加固。
在以下三方面對橋梁損傷進行分析，使維修加固有的放矢。
1）、火源、火勢調查與對結構損傷的影響
該橋火災中，火焰燃燒方向主要有橋面擴散燃燒和自臺帽向上燃燒。
其中焦化苯罐車爆炸后，沖擊波向空間發(fā)散，未對主梁產(chǎn)生明顯破壞，橋面擴散燃燒，范圍遍及全部橋跨，強度大，時間長，但其破壞范圍僅為橋面鋪裝、護欄、伸縮縫，經(jīng)檢測，未嚴重威脅橋梁安全。臺帽火，雖然燃燒時間短，范圍小，但其直接導致支座嚴重損壞，主梁端部損傷嚴重，主梁斜截面抗剪承載力降低，威脅橋梁安全。
火源和火勢特點，直接造成了橋梁病害由中央護欄向兩側逐漸減輕、由橋臺向跨中逐漸減輕的分布規(guī)律。應根據(jù)不同區(qū)域受力特點與病害分布特征進行維修加固設計。
2）、橋梁結構形式對結構損傷的影響
該橋設計為縱向結構連續(xù)，在墩頂設置負彎矩鋼束。連續(xù)結構，不僅改善了結構受力，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）、滅火方式對結構損傷的影響
高溫火焰燒過的混凝土表面當用水撲滅火災時，熱的混凝土表面遇水急速冷卻，造成混凝土構件內外應力差，會引起混凝土裂縫，加重混凝土強度損失。本橋滅火過程中，消防隊采取泡沫滅火，滅火方式科學合理，有效避免了對混凝土結構的二次損傷，大大減小了加固維修成本。
4、橋梁加固與維修措施
根據(jù)該橋檢測評估結論，橋梁病害主要集中于梁端、臺帽和主梁支座，為確保大橋的運營安全，大橋的加固維修在以下九方面展開。
4.1、預制T梁加固處理
根據(jù)橋梁損傷前后的計算結果，對于支點截面損傷嚴重的主梁，在支點處增大截面，補充抗剪鋼筋，并通過種植鋼筋，與原主梁有效連接，提高支點截面的抗剪能力。
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，重新布設鋼筋網(wǎng)，再利用自密實混凝土將受損部位混凝土修復。
4.2、支座處理
本橋0#和3#橋臺處主梁支座受液態(tài)苯燃燒影響較嚴重，處治方案為：頂升梁體，更換兩側橋臺處支座共20個，以使主梁處于良好的受力狀態(tài)。具體施工工藝如下：
1）、搭設頂升貝雷梁支架
2）、安裝千斤頂及觀測裝置
3）、頂升梁體：梁體頂升時，要確保對單幅單側五片主梁同時頂升、同時回落，以保證橋梁結構橫向聯(lián)系不被破壞。
4）、支座更換
4.3、臺帽表面混凝土處理
首先鑿除臺帽表面松散混凝土，直至露出新鮮骨料，將缺損面鑿毛處理，用高標號聚合物砂漿將缺損部位進行修復，以保證結構的承載力和耐久性。
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。并在原混凝土調平層頂部與新增鋪裝層之間增加FYT-1改進型橋面防水涂層（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
1）、銑刨路面損傷瀝青鋪裝層；
2）、灘鋪瀝青混凝土鋪裝，應滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40－2004）有關要求。新橋面鋪裝制作完成后的橋面標高必須與改造前的原結構標高相同。
5、結語
火災后及時對結構進行全面、科學、合理的檢測評估及維修加固是使災后損失降低到最小程度的重要措施。災后評估，必須考慮火源火勢特點、橋梁構造特點以及滅火方式等因素對病害分布、程度的影響。根據(jù)不同構件受力特點與病害分布特征進行維修加固設計，使加固工程既能切實修復受損結構，又高效快速，將其對高速公路運營影響降至最小。
該橋目前已經(jīng)完成加固施工，交付業(yè)主正常運營3個月，加固后橋梁完全滿足設計和實際運營要求。本文介紹的檢測評估與加固方法取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，而且可以為處理同類病害橋梁提供參考。
