火灾后桥梁维修加固设计及施工技术研究.pdf
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1、犇 犗 犐:火灾后桥梁维修加固设计及施工技术研究曾尉萍(湖州交通规划设计院,浙江 湖州 )摘要:桥梁被火烧后,其技术状况等级评定、结构烧伤程度鉴定、维修加固方案选择等是研究重点,须在确保安全的前提下,通过技术手段修复受损构件,使桥梁尽快恢复运营。文中通过一座火烧桥梁的维修加固,介绍火灾后桥梁的维修加固技术措施,针对不同构件被烧伤程度,结合构件的受力特点制定适合的加固方案,并阐述关键施工工艺及施工中易忽视的细节等。关键词:桥梁;火灾;维修加固;施工技术中图分类号:文献标志码:文章编号:()近年来,重要桥梁被意外火烧的情况时有发生,严重影响了桥梁的使用功能,损伤严重的桥梁将直接导致交通中断,造成巨
2、大经济损失的同时,也给道路交通带来极大安全隐患。火灾后,受损桥梁的维修加固设计及相关施工技术都有待研究。本文通过某大桥的工程实例,介绍火灾后桥梁加固设计方案及施工措施,供同类型工程参考。工程概况某桥梁位于浙江省湖州市某重要县道上,该道路是连接当地两个重要乡镇的主要交通要道。该桥建成于 年,主线桥孔跨布置为(),右偏角 ,标准段桥宽,全长 。主桥上部结构采用计算跨径为 的下承式混凝土系杆拱桥,下部结构为柱式实体方墩。引桥上部结构采用 预应力混凝土空心板和、跨现浇钢筋混凝土箱梁,下部结构为柱式墩、钻孔灌注桩。桥梁设计汽车荷载采用 公路桥涵设计通用规范 中公路级标准。桥面为沥青混凝土铺装。该桥发生火
3、灾的部位为第跨桥下,火灾原因是桥下临时停放的货车发生自燃。根据现场调查,结合检测结论,起火点位于墩西南侧附近,被火烧最严重的区域为第跨桥下西南侧,其余跨受火灾影响较小。桥梁火烧部位见图。火烧后第跨桥主要病害如下:)第跨上部结构为 空心板梁,梁板底部被烟熏黑,梁底裂缝情况不明,部 分 板 梁底 局 部区 域 混凝土 剥 落。)第跨下部结构中,墩(引桥桥墩)距离着火点图桥梁火烧部位示意图(单位:)较远,受火灾影响小;墩(主桥桥墩)距离着火点较近,为火灾重灾区,烧伤程度较严重。其中盖梁烧伤程度最严重的主要为南面西侧范围及盖梁底部与墩柱(墩最西侧墩柱)接触的区域,病害表现为火烧部位混凝土表面产生网状裂
4、隙,局部区域混凝土脱落,最大烧伤深度约。盖梁其余部位距离着火点较远,受火灾影响较小。图为墩盖梁、墩柱火灾受损现场照片。)墩柱烧伤程度最严重的为南侧,上部烧伤程度比下部严重,南侧烧伤程度比东、西侧严重。火烧部位混凝土表面布满网状裂隙,最大烧伤深度约。墩中墩柱和东侧墩柱距离着火点较远,受火灾影响较小。)第跨空心板梁橡胶支座损坏,主桥盆式支座完好。)第跨西侧栏杆涂层脱落。)第跨西侧集中排水管变形融化,丧失排水功能。图墩盖梁、墩柱火灾受损情况公路与汽运总第 期犎 犻 犵 犺 狑 犪 狔 狊犃 狌 狋 狅 犿 狅 狋 犻 狏 犲犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊综合以上桥梁病害,第跨上部结构
5、技术状况评定为类,下部结构评定为类,全桥技术状况综合评定为类。依据 公路桥涵养护规范,对于类桥应立即采取修复养护、加固或改造措施,同时及时对桥梁采取交通管制措施,必要时封闭桥梁交通。设计构思与总体设计桥梁火烧病害的检测正常营运桥梁的病害发展过程缓慢,且有先兆,按照正常检测频率和常规外观检测完全可以满足管养需求。而桥梁被火烧事件具有偶然性、突发性,且一旦发生,危害巨大,常规检测的作用极其有限,须进行专项检测。针对第跨上部结构空心板梁底部被烟熏黑、梁体损伤程度不明的情况,委托专业检测机构对第跨桥梁板进行荷载试验,通过观察桥跨结构控制截面的应变和挠度,并与理论计算值进行比较,了解梁板目前的受力状态,
6、检验梁板刚度及承载能力是否满足规范要求。同时委托专业检测机构对第跨下部结构距离着火点较近的主墩及墩柱的混凝土强度、碳化深度进行检测,通过现场钻孔和化 学 试 剂 检 验 确 定 火 灾 后 桥 梁 构 件 的 损 伤 程度,为桥梁加固设计提供基础数据和依据。桥梁火烧病害维修加固的理论依据和一般原则火灾后桥梁构件的受损程度主要与火场温度和火灾持续时间有关,温度越高,火灾持续时间越长,混凝土和钢筋的力学性能退化越严重。主要通过观察受损构件的现场残留物、外观和烧损层厚度等对火场温 度 及 桥梁 构 件受 损 程 度 进 行 分 析判断。火灾后混凝土结构加固设计的一般原则为“以构造为主、计算为辅,强调
7、概念设计”。目前,钢筋混凝土构件经火烧后的补强加固设计理论还不成熟,且研究资料较少,计算理论的不成熟只能通过增加构造措施来弥补。制定补强措施时应着重考虑以下问题:混凝土破坏深度的鉴定及处理;混凝土强度损坏的鉴定;拟定保证新旧混凝土结合的有效构造措施;混凝土裂缝的修补复原;补强钢筋的锚固措施;原钢筋与混凝土之间的黏结强度;受损钢筋的替换。概念设计是相对于设计计算而言的,它是根据工程结构的设计理论和方法,针对工程结构受火灾损伤程度,本着“安全、适用、经济”的原则进行结构修复的整体考虑和布置。通过概念设计拟定相应的构造措施,恢复原结构设计的预定功能。桥梁火烧病害维修加固技术措施研究下面参考文献 、,
8、结合该桥检测结果研究第跨火灾受损构件(上部空心板、下部结构盖梁和墩柱及附属设施)的维修措施和施工工艺。上部结构空心板火烧病害维修措施第跨空心板梁底面混凝土被黑色烟雾覆盖,其中西侧板梁打磨后略带土黄色,混凝土表面局部鼓包,属中度损伤。预应力混凝土结构受到火的作用后,直接过火的混凝土和钢筋材料的物理、力学性能发生变化,材料强度及弹性模量降低,截面应力重分布,由于应力释放过程不可逆,无法经修复恢复到原来的应力状态,导致桥梁结构的安全性和耐久性降低。根据桥梁荷载试验结果,第跨西侧板梁被火烧后刚度受到较大影响,梁板挠度超出规范限值,承载能力降低较多,已不能满足规范要求。板梁表面混凝土被烟雾熏黑,打磨后混
9、凝土颜色正常,属轻度损伤。第跨上部结构空心板的维修措施:)更换西侧板梁,浇筑新板梁桥面铺装混凝土、人行道桥面系等。)对于 板梁,将梁底混凝土表面烟熏层去除后,均匀涂抹厚混凝土修补胶进行加固。换板后桥梁横断面见图。图换板后桥梁横断面示意图(单位:)下部结构的维修措施墩盖梁的加固墩盖梁烧伤程度为中度损伤,其中南面西侧范围及盖梁底部与墩柱接触的范围损伤最严重。主要对盖梁进行补强加固处理:拆除原盖梁南面已经翘起失效的加固钢板,凿除火烧部位的混凝土松散层直至露出混凝土结构新鲜、坚固面(注意保护主筋),并用压缩空气吹净表面粉尘;混凝土基面处理好后,采用聚合物砂浆对火烧部位保公路与汽运 年月护层进行恢复;待
10、修补材料强度达到 后,在盖梁损伤部位表面和底面粘贴钢板加固(见图)。图盖梁粘贴钢板加固示意图(单位:)墩盖梁的维修施工要点:)南侧面混凝土凿除深度最大约,喷抹聚合物砂浆时,为确保施工质量,每层厚度以不大于 为宜,并分层多次喷抹。盖梁底面火烧部位混凝土凿除深度最大约,仰面涂抹聚合物砂浆时,每层厚度以不大于为宜,同样分层多次均匀涂抹。前后两次涂抹应留有一定时间间隔,待前一次涂层硬化后再进行下一层涂抹。)对于局部破损较深的部位,先用聚合物砂浆进行找平处理。墩柱的加固墩柱地面至柱顶区域混凝土表面存在大面积网状裂隙,混凝土多处碳化剥落。墩柱烧伤最严重的为南侧,上部受损程度小于下部,南侧受损程度大于东侧、
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