橋梁隧道火燒損傷檢測及安全性評估方案
2014-08-14
1 檢測評估的目的
對橋梁、隧道受火后進(jìn)行各種檢測、試驗(yàn)，查明結(jié)構(gòu)受火災(zāi)損傷的情況，并根據(jù)損傷后的材料特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算、分析，綜合評估損傷對結(jié)構(gòu)的影響，評定結(jié)構(gòu)的安全性。
2 檢測內(nèi)容
橋梁檢測評估的主要內(nèi)容：
（1）結(jié)構(gòu)歷史情況調(diào)查；
（2）火災(zāi)情況調(diào)查；
?。?）結(jié)構(gòu)各部件外觀特征及開裂狀況的檢查；
?。?）構(gòu)件變形檢測；
?。?）構(gòu)件碳化深度檢測；
?。?）構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測；
?。?）構(gòu)件表面損傷層超聲檢測；
?。?）構(gòu)件鉆孔取芯檢測；
?。?）預(yù)應(yīng)力筋（管道）檢測；
?。?0）芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；
?。?1）芯樣混凝土抗?jié)B試驗(yàn)；
?。?2）芯樣微觀檢測； 根據(jù)以上檢測結(jié)果，對火場溫度及各過火構(gòu)件的灼著溫度、混凝土強(qiáng)度折減系數(shù)、混凝土彈性模量及粘結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)、鋼筋強(qiáng)度折減系數(shù)、預(yù)應(yīng)力損失程度等指標(biāo)進(jìn)行評定。
?。?3）對橋梁進(jìn)行靜、動(dòng)載試驗(yàn)，評價(jià)結(jié)構(gòu)在等效活載作用下的承載能力及橋梁的剛度狀況；
?。?4）結(jié)合實(shí)際檢測到的材料狀況、截面尺寸狀況、預(yù)應(yīng)力損失狀況以及靜、動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果，對橋梁的承載能力進(jìn)行全面驗(yàn)算，對現(xiàn)狀橋梁的安全性進(jìn)行評定，并提出有針對性的處理建議、加固方法和實(shí)施注意事項(xiàng)。
隧道檢測評估的主要內(nèi)容：
（1）火災(zāi)前隧道狀況調(diào)查。
（2）火災(zāi)現(xiàn)場初步調(diào)查。
（3）結(jié)構(gòu)安全性初步鑒定。對火損嚴(yán)重的區(qū)域的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步安全鑒定。
?。?）火災(zāi)場景初步判斷 （最高溫度、持續(xù)時(shí)間）。
（5）檢測分析未火損區(qū)域襯砌混凝土的數(shù)據(jù)。
?。?）表面特征觀測法評估受火溫度。根據(jù)襯砌混凝土表面顏色、裂紋、爆裂疏松、小錘敲擊等觀測手段快速推定火損區(qū)域受火溫度，初步得到火災(zāi)溫度場分布。
?。?）回彈法檢測混凝土強(qiáng)度損失和評估受火溫度。
?。?）鉆芯?。ㄐ。臃z測混凝土強(qiáng)度損失和評估受火溫度。
?。?）超聲法檢測混凝土強(qiáng)度損失、火損深度和評估受火溫度。
（10）雷達(dá)法檢測混凝土襯砌的密實(shí)度。
?。?1）綜合分析各方法的檢測結(jié)果，給出火損襯砌混凝土的強(qiáng)度損失、損傷深度和受火溫度的結(jié)論。
?。?2）根據(jù)檢測結(jié)果綜合評定不同火損區(qū)域襯砌結(jié)構(gòu)的受損程度。作出災(zāi)后檢測評估報(bào)告。
3 檢測方法
3.1 橋梁
現(xiàn)場檢測項(xiàng)目中，構(gòu)件碳化深度檢測、構(gòu)件變形檢測等方法同常規(guī)檢測方法相同。但超聲檢測、構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測、取芯檢測的基本要求雖然與常用方法基本一致，但根據(jù)過火后橋梁的特點(diǎn)，這些方法有一些值得注意的地方。
檢測區(qū)域劃分
檢測時(shí)，宜將起火部位的構(gòu)件劃分為：
混凝土損傷區(qū)（因火災(zāi)構(gòu)件混凝土脫落或開裂的區(qū)域）；
?、谟绊憛^(qū)（構(gòu)件受明顯煙熏的區(qū)域）以及
?、畚词苡绊憛^(qū)（未見明顯煙熏區(qū)域）。
必要時(shí)分不同的區(qū)域進(jìn)行對比檢測或取樣分析。
?。?）外觀檢測 檢測橋面系如鋪裝層、伸縮縫、泄水管、欄桿等火災(zāi)后受高溫的影響程度，記錄熏黑的面積、出現(xiàn)破損、坑槽、縱向或橫向裂縫的面積、長度、位置等，使用鋼尺、卷尺、激光測距儀等儀器； 檢查梁體被火灼燒后破損程度，檢查梁體的裂縫并判明裂縫的性質(zhì)；支座：對各墩柱支座的被火灼燒碳化、變形等情況進(jìn)行檢查； 蓋梁：檢查蓋梁被火灼燒的破損程度，檢查裂縫及露筋現(xiàn)象。 橋墩：檢測橋墩柱被火灼燒的破損程度，檢測混凝土強(qiáng)度、墩柱身的裂縫、露筋現(xiàn)象等。
?。?）構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測 構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測可采用回彈法結(jié)合鉆芯法進(jìn)行。采用回彈法對比檢測混凝土剝落區(qū)、影響區(qū)及未受影響區(qū)域的混凝土強(qiáng)度，推定因火災(zāi)引起的混凝土質(zhì)量衰退區(qū)域?；貜椃z測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程JGJ/T23一2001規(guī)定回彈法不適用于表層與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的檢測，同樣該規(guī)程不適用于火災(zāi)后混凝土的檢測。但該法的原理完全可以借鑒，遭受火災(zāi)的混凝土表面的硬度是能夠反映其遭受火災(zāi)損傷的程度的。
（4）混凝土強(qiáng)度取芯檢測及芯樣微觀分析 宜分別在混凝土剝落區(qū)及周邊影響區(qū)選擇若干位置取芯，與回彈法檢測混凝土強(qiáng)度進(jìn)行互相驗(yàn)證。取芯前，先量測取樣點(diǎn)混凝土表面與未剝落區(qū)混凝土表面的距離，然后鉆孔取樣。混凝土芯樣應(yīng)在取樣后馬上進(jìn)行干燥并迅速送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和微觀分析。
（5）混凝土芯樣抗?jié)B性檢測 每個(gè)芯樣截取成3塊試樣，，每個(gè)試樣直徑100mm、高度50mm，進(jìn)行氯離子滲透系數(shù)試驗(yàn)，將每個(gè)芯樣按外、中、內(nèi)三部分測試的數(shù)據(jù)取平均數(shù)。
?。?）混凝土損傷層超聲檢測 超聲法檢測混凝土損傷層時(shí)，在火災(zāi)主要影響區(qū)表面及混凝土剝落區(qū)域選擇若干區(qū)域，將表面打磨平整。然后發(fā)射探頭固定始終不動(dòng)，將接收探頭沿一直線距發(fā)
（7）預(yù)應(yīng)力筋（管道）檢測 取芯時(shí)，采用小直徑鉆頭從T梁外壁鉆至預(yù)應(yīng)力筋管道，對預(yù)應(yīng)力管道下方混凝土、預(yù)應(yīng)力管道及管道內(nèi)漿體分別取樣進(jìn)行分析。 通過對預(yù)應(yīng)力管道下方混凝土、預(yù)應(yīng)力管道及管道內(nèi)漿體分別取樣分析有助于評估預(yù)應(yīng)力筋（管道）受損狀況。根據(jù)檢測經(jīng)驗(yàn)，混凝土與管道內(nèi)漿體芯樣顏色無異常；預(yù)應(yīng)力筋管道芯樣完整，外壁光滑，仍可見整齊的模具壓痕時(shí)，可以認(rèn)為火災(zāi)對鋼絞線的影響可不考慮，但不能判定火災(zāi)是否引起了T梁預(yù)應(yīng)力損失及其影響程度。如要判定火災(zāi)是否引起了箱梁預(yù)應(yīng)力損失，最好的方法還是進(jìn)行荷載試驗(yàn)。
?。?）芯樣微觀檢測 對構(gòu)件芯樣，首先進(jìn)行外觀檢查和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，然后對芯樣采用X 衍射和掃描電鏡等方法進(jìn)行微觀檢測，以分析芯樣的過火特征溫度。
?。?）混凝土保護(hù)層厚度測試 檢測采用鋼筋位置探測儀進(jìn)行，檢測方法為電磁法。其基本原理為電磁感應(yīng)。當(dāng)探頭探測面靠近鋼筋或其他鐵磁物質(zhì)時(shí)，探頭輸出的電信號(hào)增加，該信號(hào)被放大及補(bǔ)償處理后，由探測儀直接顯示檢測結(jié)果。
?。?0）構(gòu)件混凝土力學(xué)與材料性能評估 構(gòu)件混凝土力學(xué)與材料性能評估包括混凝土強(qiáng)度折減系數(shù)評定、混凝土彈性模量折減系數(shù)評定、混凝土粘結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)評定、鋼筋強(qiáng)度折減系數(shù)評定等方面。 構(gòu)件混凝土力學(xué)與材料性能評估在構(gòu)件火災(zāi)溫度場評定的基礎(chǔ)上進(jìn)行。根據(jù)構(gòu)件表面及內(nèi)部過火時(shí)的溫度場，可參考相關(guān)文獻(xiàn)評定構(gòu)件混凝土力學(xué)與材料性能。
?。?1）靜載試驗(yàn) 根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果對梁體主要受力部位進(jìn)行靜載測試。采用試驗(yàn)加載車等效加載，使各主控位置達(dá)到設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力或應(yīng)力，并測試 。
?。?2）動(dòng)載試驗(yàn) 測試該橋在大地脈動(dòng)下的結(jié)構(gòu)自振特性，以及車輛荷載作用下的動(dòng)力特性。通過動(dòng)載試驗(yàn)分析該橋結(jié)構(gòu)的自振特性（自振頻率、阻尼比、振型）、判斷其總體結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)態(tài)特性。
?。?3）橋梁復(fù)核計(jì)算 通過有限元程序進(jìn)行計(jì)算分析，采用實(shí)測各種數(shù)據(jù)及靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)對橋梁工作特性的檢驗(yàn)，對橋梁進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，分析其承載能力能否滿足設(shè)計(jì)荷載的要求。
3.2 姑隧道
?。?）火災(zāi)前隧道狀況調(diào)查。這方面的調(diào)查應(yīng)在評估檢測人員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場之前展開，應(yīng)當(dāng)收集隧道的存檔資料和運(yùn)營記錄，包括調(diào)查隧道圍巖的水文地質(zhì)狀況、詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)備情況、設(shè)備運(yùn)行記錄、通風(fēng)狀況、車輛運(yùn)行情況和位置等。
?。?）火災(zāi)現(xiàn)場初步調(diào)查。主要包括:起火的時(shí)間、起火點(diǎn)位置、起火原因初步判斷、火的走向、主要燃燒物、火災(zāi)持續(xù)時(shí)間、火災(zāi)的燃燒程度、滅火方式、災(zāi)后殘留物狀態(tài)、過火區(qū)域、火災(zāi)時(shí)通風(fēng)狀況等。
（3）火損區(qū)域劃分。這一步驟應(yīng)與火災(zāi)現(xiàn)場初步調(diào)查同時(shí)進(jìn)行。觀察記錄襯砌結(jié)構(gòu)表面的損壞狀況，包括混凝土顏色、裂紋裂縫、爆裂剝落、疏松、鋼筋外露、結(jié)構(gòu)變形以及小錘敲擊現(xiàn)象等。運(yùn)用前述表面特征觀測法、火損簡單分級表，結(jié)合火損現(xiàn)象記錄，劃分火損區(qū)域。
（4）結(jié)構(gòu)安全性初步鑒定。對火損嚴(yán)重的區(qū)域的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步安全鑒定，判別其是否仍處于破壞變形階段，初步估計(jì)火損結(jié)構(gòu)抗力能否滿足承載力要求，是否會(huì)發(fā)生大塊混凝土掉落甚至結(jié)構(gòu)坍塌，作出是否暫時(shí)封閉現(xiàn)場以確保人員安全的決定。如能確認(rèn)現(xiàn)場人員的安全有保障后，可對災(zāi)后現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)勘查。
?。?）火災(zāi)場景初步判斷。根據(jù)起火時(shí)間、起火位置、起火時(shí)隧道運(yùn)營狀況以及災(zāi)后殘留物狀態(tài)確定火災(zāi)原因、持續(xù)時(shí)間和蔓延機(jī)理等，根據(jù)燃燒物情況計(jì)算火災(zāi)載荷，判斷初步的火災(zāi)場景（最高溫度、持續(xù)時(shí)間）。
?。?）檢測分析未火損區(qū)域襯砌混凝土的數(shù)據(jù)。隧道一般較長且其結(jié)構(gòu)一般采用同一類型的混凝土。發(fā)生火災(zāi)后，很容易找到與火損區(qū)域混凝土類型一致、工作狀態(tài)相同的原型混凝土。對未火損區(qū)域的原型混凝土進(jìn)行回彈、鉆芯取樣、超聲、密度等試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析這些常溫混凝土的檢測數(shù)據(jù)，作為火損襯砌混凝土的相關(guān)檢測試驗(yàn)的對比基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這樣，在火損區(qū)域的相關(guān)檢測評估時(shí)，采用檢測比值與檢測目標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行評估判斷，可以避免或減小其他復(fù)雜因素對檢測結(jié)果的影響。
?。?）表面特征觀測法評估受火溫度。根據(jù)襯砌混凝土表面顏色、裂紋、爆裂疏松、小錘敲擊等觀測手段快速推定火損區(qū)域受火溫度，初步得到火災(zāi)溫度場分布。
?。?）回彈法檢測混凝土強(qiáng)度損失和評估受火溫度。根據(jù)火損區(qū)域劃分和火災(zāi)場景的初步判斷，確定合理的回彈測試點(diǎn)分布，進(jìn)行回彈法檢測。根據(jù)試驗(yàn)歸納的火損混凝土表面硬度與回彈值的關(guān)系、回彈值（回彈比）與強(qiáng)度損失（強(qiáng)度比）的直接關(guān)系、回彈值（回彈比）與受火溫度的間接關(guān)系，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷火損區(qū)域襯砌混凝土的強(qiáng)度損失，推定各部位最高受火溫度。
?。?）鉆芯?。ㄐ。臃z測混凝土強(qiáng)度損失和評估受火溫度。根據(jù)火災(zāi)損傷現(xiàn)場情況和襯砌結(jié)構(gòu)體系受力特征，確定合理的芯樣鉆取點(diǎn)分布圖，采用專門的鉆芯機(jī)鉆取圓柱形芯樣，適當(dāng)加工后在試驗(yàn)機(jī)上測定火損后殘余抗壓強(qiáng)度，并通過強(qiáng)度（強(qiáng)度比）與受火溫度的關(guān)系，推斷芯樣鉆取點(diǎn)處的最高受火溫度。
?。?0）超聲法檢測混凝土強(qiáng)度損失、火損深度和評估受火溫度。選擇能反映火損規(guī)律的測試點(diǎn)以及鉆芯取樣法鉆取的芯樣，根據(jù)試驗(yàn)歸納的超聲波速（聲速比）與強(qiáng)度（強(qiáng)度比）、受火溫度的關(guān)系，采用對測法檢測襯砌混凝土的強(qiáng)度損失和評估受火溫度。利用超聲法的損傷層檢測原理，采用平測法檢測代表部位的混凝土火損深度。
（11）雷達(dá)法探測混凝土襯砌的密實(shí)度。
?。?2）綜合分析各方法的檢測結(jié)果，給出火損襯砌混凝土的強(qiáng)度損失、損傷深度和受火溫度的結(jié)論。
?。?3）根據(jù)檢測結(jié)果綜合評定不同火損區(qū)域襯砌結(jié)構(gòu)的受損程度。作出災(zāi)后檢測評估報(bào)告
