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某特大桥桥墩墩身火灾后安全性评定及修复

文档作者：罗旋田军吴伟国文档来源： I．湖南省郴宁高速公路建设开发有限公司 2．湖南大学土木工程学院		点击数：	更新时间： 2022年12月08日
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弟38巷，笫1期
2 0 1 3年2 月
公 始 上 程
Highway Engineering
Vo1．38，No．I
Feb． ，2 0 1 3
某特大桥桥墩墩身火灾后安全性评定及修复
罗 旋‘。田
(I．湖南省郴宁高速公路建设开发有限公司，湖南郴州
军 ，吴伟国
423000； 2．湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082)
[摘 要】以某公路特大桥桥墩墩身火灾为 ，介绍了火灾现场调查内容和材料损伤检测。根据材料强度损
伤检测结果推断墩身的受火温度，在确定受火温度的基础上运用数值模拟方法确定了墩身的烧伤深度。通过分析
墩身火灾前后承载能力的变化，依据火灾安全性评定标准进行了不同受火面鉴定评级定并制定了相应的加固方
案，可为日后的火灾工程事故研究和加固设计提供借鉴。
[关键词】桥梁；火灾；墩身；检测；修复
[中图分类号】U 928。7 [文献标识码】A [文章编号】1674—0610(2013)Ol一00158-05
The Fire Evaluation and Rehabilitation of Highway Bridge Pier
LUO Xuan ，TIAN Jun ，W U W eiguo
(1．Hunan ChenNing Expressway Construction and Development Co．，Ltd．，Chenzhou，Hunan 423000，
China； 2．College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha，Hunan 410082，China)
[Abstract]Taking a highway super major bridge pier fire as an example，the fire scene investiga．
tion eorltents and material damage detection were introduced．The material strength damage detection resuits
was used to infer pier temperature ，basis on fire temperature ，numerical simulation method was
used to calculation the depth of the pier burns．The pier carryjng capacity was analyzed before and after
the fire，diferent surfaces exposure to fire were identified base on the fire safety standards，and the eorresponding
reinforcement program was developed． The accident was provided to future incidents of fire
engineering research and strengthening design．
[Key words]bridge；fire；pier；detection；repair
1 工程概况
某公路特大桥桥墩墩身高度为74．5 m，桥墩为
空心薄壁墩，外形尺寸为600×50O cm，壁厚为
80 ca，具体尺寸和构造见图1所示。墩身结构混凝
土设计强度等级为C50，其上部结构采用C55混凝
土箱梁；承台采用的混凝土强度设计等级为C30。
桥墩所采用的钢筋有HRB235和HRB335两种，其
中墩身箍筋所采用的钢筋为HRB335，其直径为
l6，屈服强度为406 MPa，极限强度576 MPa。纵
筋采用的钢筋为HRB335，其直径为 32，屈服强度
为350 MPa，极限强度为535 MPa，弹性模量为2．0
×10 MPa。2008年9月6 13下午2点25分该特大
桥桥墩墩身发生火灾，起因是堆放在桥墩墩身侧面
(东面)的9 000 m长PVC塑料管，受到墩顶焊接作
业所落高温焊渣作用，导致发生火灾。火灾一发生，
施工单位立即组织人员进行扑救，但由于火灾发生
处与水源和消防灭火工具仓库较远，且可燃物堆放
密度大、风速大、火焰蔓延速度快，期间虽采用了喷
水、干粉灭火器喷射等灭火措施，仍无法扑灭火灾。
图1 墩身剖面图(单位：cn1)
Figure 1 The pier body cross'section sketch
[收稿日期】20l2—10一I2
【作者简介】罗旋(I983一)．女，湖南长沙人．]：程师，从事路桥二I：程管理与科研。
第1期 罗 旋，等：某特大桥桥墩墩身火灾后安全性评定及修复 l59
火灾大约持续了20 rain，使得桥墩受到了一定损伤，
需要判断该桥墩能否继续使用。本文介绍了该工程
通过现场调查、混凝土强度、钢筋强度检测以及根据
有关规范标准、数值等方法对混凝土烧伤鉴定以及
提出加固和修复措施的过程，提供一个工程实例供
同行参考。
2 火灾后现场调查和检测结果
由于桥墩墩身结构下部发生过火灾，局部混凝
土和钢筋等材料因高温作用导致损伤，会使得结构
在正常使用产生不利影响。因此本次检测的目的就
是通过外观检测、强度检测，根据相关规范对受损程
度进行评级，分析火灾对结构产生的影响。
2．1 外观检测
图2给出了桥墩墩身(横桥向(东))下部受火
损伤情况，其受火高度大致为8．5 m。可见，墩身东
侧底部4．0 m高范周内，混凝土保护层发生爆裂，箍
筋全部外露，主筋部分外露；4～8．5 m高度范围内，
混凝土明显受火损伤，未发生爆裂，但大面积剥落，
钢筋未外露。
现场观测的内容包括：墩身结构受火面不同区
域的混凝土爆裂、剥落面积和露筋情况；混凝土受火
后表面的颜色变化；用小锤冲击混凝土表面，辨别损
伤混凝土的声音；检测不同区域混凝土表面产生裂
缝的宽度，走向和长度。
根据上述观察结果把受火面分为3个不同程度
的损伤区段，如图2所示。发生火灾时，虽然桥墩只
有一面受火，相邻的两个侧面也可能受到一定程度
的损伤。因此，把图2所示的受火面3个区段和相
邻两个侧面，根据不同受损情况划分3个区段，每个
区段分为3个测区，共9个测区，具体划分情况如图
3所示。
图2 桥墩墩身火灾受损情况照片
Figure 2 Photos of fire hazard damaged condition of the pier
body
口3 A3 C3
受火侧面 受火面 受火侧面
口2 A2 C2
Bl l Cl
图3 分区示意图
Figure 3 Partition sketch map
2．2 强度检测结果
由于第1区段Al测区和第二区段A2测区混凝
土受火严重，混凝土发生了爆裂现象导致大面积剥
落。因此对Al和A2测区采用钻芯法取得混凝土试
样来检测混凝土受火后的剩余强度，每测区取芯3
个。
通过外观检测发现其他测区的混凝土未见明显
损伤，同时通过回弹法测得测区(B1、B2、C1、C2)角
部测点的回弹量与测区中部测点的回弹值无明显差
别，其回弹法的测点见图4。因此，采用测区角部测
点和其他测点的回弹值平均值作为判断该区混凝土
的强度指标。
(a)B2、B2、CI、C2测区
0．9
．
0．8
．
0．8
．
0．8
．
0．8
．
0·9
口口口nT口口
口口[=i 口口
0l
(b)A3测区
图4 回弹法测点布置示意图(单位：m)
Figure 4 Rebound method measurement point layout sketch
m ap
钻心取样和回弹法测得的混凝土强度结果分别
见表1、表2。从表l可以看出：Al和A2测区混凝
土火灾后抗压强度折减系数分别为48％ 和64％ ，A1
测区混凝土的受损程度明显大于A2测区，这是由于
该区域受火更加严重，且混凝土保护层发生严重爆
T，．．．． ．．．．上T。．．．． ．
160 公路工程 38卷
裂的结果。从表2给出的回弹结果可以看出：墩身
侧面和与受火面相邻的角部由于没有受到火灾的直
接作用，均未发现混凝土有强度损失。
表1 测区B1、B2、C1、 、A3混凝土强度回弹检测结果
Table 1 Concrete strength rebound measurement Results of
Area B1，B2，C1，C2，A3 MPa
表2 测区A1、A2混凝土强度钻芯检测结果
Table 2 Concrete strength drilled core measurement Results of
Area AI，A2
蔓垦堡窒
测区1(A1) 测区2(A2)
3 检测结果分析和鉴定结论
3．1 火灾温度的判定
火灾温度是直接影响火灾后建筑结构承载力的
重要因素，因此对受损建筑物火灾温度的判定是十
分重要的。火灾温度与火灾现场堆放的可燃物种
类、数量、火灾蔓延的火向等均有关系。火灾温度可
由火灾持续时间、火灾现场残留物的烧损特征、受损
混凝土结构的外观特征及混凝土结构烧损层厚度等
多种方法进行综合判定 。本墩身不同区域的受
火温度由材料的损伤程度确定(见表3)。
表3 火灾后钢材拉伸力学性能指标检测结果
Table 3 Mechanical strain strength performance measurement
Results of steels which iS after fire hazard
对于Al面，由钢筋拉伸和混凝土压缩试验检测
结果表明，测区Al面箍筋的屈服强度与极限强度折
减系数分别为0．83和0．88，混凝土抗压强度折减
系数为0．48。根据《火灾后建筑结构鉴定标准》
给出的火灾后钢筋和混凝土强度折减系数与遭受温
度之间的关系，可知测区Al面箍筋处(距受火面
60 lllrtr1)遭受的温度为500℃ 一700 cI=，所测箍筋以
内混凝土(距受火面60—75 mill左右)遭受的温度
为500℃ ～600oC。
对于A2面，由钢筋拉伸和混凝土压缩试验结果
表明，测区A2面箍筋的屈服强度与极限强度折减系
数分别为0．88和0．92，混凝土抗压强度折减系数
为0．64。根据《火灾后建筑结构鉴定标准》 给出
的火灾后钢筋和混凝土强度折减系数与遭受温度之
间的关系，可知测区A2 面箍筋处(距受火面
60 mm)遭受的温度为300 oc一500℃ ，所测箍筋以
内混凝土(距受火面60～75 mlTl左右)遭受的温度
为300 cI：一400℃ 。
3．2 烧伤深度的判定
采用有限元软件ABAQUS 6．8对墩身受火面的
Al、A2两个区域结构的温度场进行模拟以此确定结
构烧伤的深度。建立测区A1模型的尺寸为L×H×
D=5 000 mill x4 000 mm×800 mill，测区A2模型的
尺寸为：L×H X D=5 000 mm×4 500 mm×800 mm
的混凝土模型(三、日和D分别为模型的宽度、高度
和厚度)。
由于墩身火灾是由可燃物PVC塑料管引起，根
据PVC塑料管燃烧特性即点燃后引起的温度能近
似达到ISO-834标准升温曲线，因此在数值模拟中
可以按照ISO-834标准升温曲线对模型单面受火进
行温度场模拟，并与检测分析结果对比，从而判断混
凝土的火灾后损伤深度。模型中所采用的热工参数
参考文献[3]，如下所示：
混凝土导热系数A
-o．·6 +0．008( 卜
I W／m·k)， 20℃≤ ≤1 200 oC。
． 混凝土的比热容c
+so×( ) ( ‘
20℃ ≤ ≤ 1 200 ℃ 。
混凝土的密度P。：P =2 400 kg／m’。
其中ISO-834标准升温曲线为：
T= +345lg(8t+1)， ·
式中：7"o为初始温度，本模型取为20℃ ；T为燃烧

162 公路工程 38卷
4 加固方案
根据桥墩火灾后墩身混凝土结构承载能力评定
等级，并结合墩身火灾后受损情况，参考《火灾后建
筑结构鉴定标准》 中有关火灾后混凝土构件承载
能力评定等级标准的有关规定：评定为b级的重要
构件应采用加固处理措施，因此，建议对存在受火灾
损伤的3个区域给出如下处理建议：
① 对于A1区域(4 m高度范围以下的区域)，
将火灾受损混凝土凿除掉，凿至从墩身外表面至
120 mm处，箍筋全部除掉换新；对于A2区域(4—
8．5 m高度范围的区域)， 将火灾受损混凝、土凿除
掉，凿至从墩身外表面至100 mm处，箍筋全部除掉
换新。
② 对于A1和A2区域的主筋，建议增加17根
直径为 32的HRB335级钢筋，均匀布置并与外侧
主筋平行，并置于原主筋中间截面，加固主筋下端锚
固人承台的深度为320 mm。
③ 对于A3区域(8．5～至10．5 m高度范围的
区域)，剔除掉混凝土保护层，剔除深度建议为
60 mm。
同时为了保证新旧混凝土能够整体工作性能，
建议采用如下构造措施和修复加固施工方法：
① 新旧混凝土结合面的处理，应凿除混凝土火
灾受损部分，凿出深度分别按上述检测受损深度确
定，结合面凿毛凹凸差不宜小于6 mrri，并露出粗骨
料，清除松散颗粒，浇注混凝土前，用水洗净凿毛的
连接表面，并使其充分湿润。
② 凿除受损混凝土后，于旧混凝土上植筋，钢
筋采用直径16 mm带肋钢筋，植筋用胶粘剂采用改
性环氧类或改性乙烯基酯类的胶粘剂。植筋植入深
度为200 mm、纵向间距为250 mm，横向设置在原有
主筋间，间隔设置。所植钢筋的外侧做3 d长直钩，
搭接于箍筋处。植筋用胶粘剂应采用专用灌注器或
注射器进行灌注，灌注量一般为孔深的2／3，并应保
证在植入钢筋后有少许胶黏剂溢出。注入胶黏剂后
应立即单向旋转插入钢筋，直至达到设计的深度，并
保证植入钢筋与孔壁间的间隙基本均匀，校正钢筋
的位置和垂直度。
③ 在箍筋外侧加一层钢丝网，以增加置换混凝
土保护层的抗裂性能，钢丝网挂于所植钢筋~l,fl0。
④ 采用微膨胀自密实混凝土，结合现有施工阶
段混凝土墩身修复加固部位应力状态，合理设计自
密实混凝土的微膨胀性能，使得新混凝土达到旧混
凝土相同的受力状态，达到共同工作要求。混凝土
材料选用和配合比参照《自密实混凝土应用技术规
程CECS 203：2oo6) 确定。在施工前进行试配，经
检验其性能符合设计要求后方可使用。
5 结论
特大桥桥墩遭受火灾对结构的承载能力有一定
损伤，本文通过现场调查、混凝土强度、钢筋强度检
测后，根据有关规范标准对混凝土烧伤情况进行了
鉴定，根据材料的损失情况采用有限元方法模拟计
算得到了混凝土烧伤深度，在此基础上提出了加固
和修复措施，该桥墩加固完成后能很好满足成桥后
墩身在正常使用极限状态下的受力，使桥墩恢复正
常使用功能，本文工程实例可供处理同类工程结构
火灾事故时参考。
[参考文献]
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[4] 沈蒲生．混凝土结构设计原理[M]．北京：高等教育出版社，
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