国外跨海大桥的耐久性研究
北方微冻地区海工高性能混凝土耐久性研究
北方微冻地区海工高性能混凝土耐久性研究王立钢;施惠生;罗德龙;王迎飞【摘要】研究了北方微冻地区某跨海大桥所采用的高性能混凝土体系的耐久性能,采用电量法及RCM法对高抗氯盐侵蚀混凝土进行了评价;采用了快速冻融法及硬化混凝土气泡间距系数综合评价抗冻融破坏的高性能混凝土.根据研究结论可知,大掺量矿物掺合料及适量的引气剂是改善北方微冻地区海工混凝土耐久性的有效措施.【期刊名称】《粉煤灰综合利用》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P9-12)【关键词】电通量;RCM;快冻法;气泡间距系数;引气剂【作者】王立钢;施惠生;罗德龙;王迎飞【作者单位】中交四航工程研究院有限公司,广州,510230;同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海,200092;山东高速集团有限公司,青岛,266061;中交四航工程研究院有限公司,广州,510230【正文语种】中文【中图分类】TV431海工混凝土结构的损坏,一般是多因素协同作用的结果,而这些因素又随着区域性的变化而不同。
对于南方的海工混凝土建筑物,氯盐侵入引起结构内部钢筋锈蚀是影响该地区海工混凝土耐久性的主要因素;而对于北方地区的海工结构物,不仅要延缓由氯盐侵入导致的钢筋锈蚀,还要防止混凝土在自然冻融循环条件下的过快劣化。
在混凝土中掺入矿物掺合料,由于其具有微集料效应、形态效应、火山灰效应、界面效应等,可以降低混凝土的孔隙率并改善水泥水化产物分布的均匀性,使水泥石结构比较致密[1],从而提高混凝土的抗渗性和耐久性;而通过在混凝土内加入引气剂,保证混凝土内必要的含气量,是提高混凝土抗冻性的主要措施[2]。
地处胶州湾海域的北方某跨海大桥,是我国北方第一座特大型桥梁集群工程。
桥梁结构处于北方微冻地区的近海和海洋环境,是作用等级从中等程度(C级)至严重程度(E级)的氯盐腐蚀环境。
为了确保结构使用寿命达到 100年的设计年限,该桥采用了适合北方地区的海工高性能混凝土体系,从而极大地提高了混凝土结构的耐久性。
桥梁设计中结构耐久性问题研究
桥梁设计中结构耐久性问题研究【摘要】:随着社会经济的发展和我国桥梁建设事业的发展，结构耐久性逐渐成为桥梁设计的焦点问题。
本文对我国桥梁设计中结构耐久性问题及其形成主要原因进行了探讨，并提出了一些相应解决措施。
【关键词】：桥梁设计；耐久性；结构中图分类号：u445文献标识码： a 文章编号：引言目前，国内现行规范对桥梁设计提出适用、经济、安全、美观的要基本上包含了人们关心的所有重要问题。
而对桥梁设计中的结构耐久性关注较少，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计，譬如从材料、结构措施及设计程序上保证耐久性，并明确声明在何种维护和使用条件下，桥梁具有哪种程度的耐久性等等。
这就在在一定程度上导致了桥梁建设中工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果等问题。
一、我国结构耐久性问题研究现状国内工程界从上世纪90年代开始重视了对结构耐久性问题的研究，也取得了不少成果。
这些研究大多是从材料和统计分析的角度进行的，对如何从结构设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人研究。
而结构的耐久性设计与常规的结构设计有着本质的区别，目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析发展。
国内外的研究和实践都表明，结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。
二、对我国桥梁设计中结构耐久性进行分析的重要意义上世纪九十年代以来，我国工程界加大了桥梁结构耐久性的分析和研究，取得了一旦的成效。
但大都是从统计分析和材料等方面进行的，而对桥梁结构设计、施工与设计人员在操作方式方面的改善尤为欠缺，而桥梁结构耐久性设计与一般的桥梁结构设计在本质上有着一定的区别，如何把桥梁结构耐久性的分析从定性转向定量分析，是目前桥梁结构耐久性分析的主要方向，因为这对桥梁的经济性和安全运营起着决定性的作用。
三、我国桥梁设计中结构耐久性较差的主要原因分析1、桥梁设计中结构耐久性缺乏明确的规范一是我国桥梁设计规范中对桥梁耐久性的规定缺乏明确性。
百年大桥-浅论东海大桥的防护体系
三、主要设计和养护标准
１，设计基准期的内涵 东海大桥在我国桥梁界首次提出了设计基准期为１００年的标准，但是百年标准的具体内涵目前 尚无权威的解释，这不仅涉及到结构的防腐、结构的耐久性标准，而且还涉及结构的可靠度设计等 诸多方面。我们仅仅是从防腐的角度，在东海大桥工程中进行了百年标准的实践。设计基准期１００ 年我们可以理解为：在正常使用条件下，通过精心养护和定期监测，及时采取措施保障１００年内大 桥结构混凝土中的钢筋不生锈或钢结构表面不锈蚀，能够保证结构的安全使用。在外海建造跨海大 桥缺乏成熟的经验及规范依据，同时外海环境对结构的防腐和耐久性也提出了更高的要求。 ２，防护标准和保障措施 在海洋高腐蚀环境条件下，如何确保结构安全使用１００年是我们面临的严峻的课题，目前国内 没有成熟的标准和规范可参照。经过分析研究，我们提出“精心养护、重点监测、循序渐进、经济 可靠”的总体防腐思路。确保不可更换构件百年安全、可更换构件和措施顺应防腐技术的发展循序 渐进。在此基础上制定了一整套的结构防腐和提高耐久性的标准和措施，主要为：避免结构的锈蚀 通道；提高混凝土密实度；改善工作性能；根据不同的环境，选择合适的钢筋保护层厚度；预留钢 结构腐蚀厚度；水中钢结构牺牲阳极保护等系列成套防腐技术。
浪溅区钢筋保护层厚度大于６０ｍｍ；
大气区钢筋保护层厚度大于３０—４０ｍｍ。 （４）施工中尽可能避免结构的锈蚀通道： 一般混凝土施工时往往采用对拉螺栓固定模扳，有时混凝土表面会安装较多的钢板预埋件，这 些外露的预埋件和螺栓往往成为日后混凝土结构的锈蚀通道，对海洋结构而言，这些锈蚀通道的存 在是对结构十分致命的腐蚀。因此我们在混凝土结构施工中尽量采用整体式模板，以避免采用对拉 螺栓固定，同时也尽可能不在混凝土表面设置钢板预埋件。 （５）混凝土结构表面采用防腐涂层： 在已施工好的混凝土表面及时涂覆渗透型的防腐涂料，这在国外是较为常用的混凝土保护办法。 但是东海大桥由于规模巨大，混凝土表面积超过数百万平米，如果混凝土表面全部采用防腐涂层， 将是一笔十分浩大的投资。因此我们仅在腐蚀条件最严重的浪溅区混凝土表面采用了防腐涂层，在 其他区域的混凝土保留了今后再涂装的可能性。 （６）桥面铺装采用不透水的沥青混凝土： 东海大桥是洋山港区的集装箱卡车专用通道，通行的车辆中８５％以上为重型集卡车，且沥青桥 面铺装层暴露在海洋大气环境中，受到紫外线、盐雾、雨水等的侵袭，因此要求沥青桥面铺装能适 应重交通、高腐蚀的条件。同时，为保护混凝土箱梁免受盐份的侵蚀，要求铺装层具有防水渗透的 性能，以保障路面与桥梁结构的承载能力和耐久性能。桥面采用了双层式组合沥青混凝土结构，即 下层为浇注式沥青混凝土、上层为ＳＭＡ，采用这种新型的高等级沥青桥面技术，可以达到抗水损、 阻止水渗透、高耐久性、高承载能力的作用，从而保证东海大桥在重交通、高腐蚀条件下的正常使
东海大桥海工混凝土
东海大桥耐久性海工混凝土的研制摘要：上海为了建设全国乃至世界的物流中心和开发海洋自然资源，海洋工程的发展十分迅速。
上海深水港的建设已为世人瞩目，对上海经济持续高速发展将起到十分重要的拉动作用。
作为上海深水港重要组成之一的东海大桥南起浙江崎岖列岛小洋山岛的深水港区，北至上海南汇芦潮港的海港新城，跨越杭州湾北部海域，全长31公里，是我国较为罕见的大型海洋工程【1】关键词：桥梁混凝土耐久性一、前言由于东海大桥是连接港区和大陆的集装箱物流输送动脉，对上海深水港的正常运转起到不可或缺的支撑保障作用，因此在国内首次采用100年设计基准期，可谓世纪工程。
为保证东海大桥混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。
然而我国目前大型海洋工程超长寿命服役的相关技术规范，高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程中的应用方面尚为空白，因此结合东海大桥工程的具体需要，研究跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术极为迫切和重要。
二、东海大桥混凝土结构布置和耐久性设计背景1、东海大桥混凝土结构布置东海大桥跨海段通航孔部分预应力连续梁、桥塔、墩柱和承台均采用现浇混凝土；非通航孔部分以预制混凝土构件为主，其中50～70m的预应力混凝土箱梁是重量超过1000吨的巨型构件；陆上段梁、柱和承台亦采用现浇混凝土。
混凝土的设计强度根据不同部位在C30～C60之间。
2、东海大桥附近海域气象环境东海大桥地处北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响冬冷夏热，四季分明，降水充沛，气候变化复杂，多年平均气温为15.8℃，海区全年盐度一般在10.00～32.00‰之间变化，属强混合型海区，海洋环境特征明显。
3、东海大桥面临的耐久性问题在海洋环境下结构混凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起。
主要表现形式有钢筋锈蚀、冻融循环、盐类侵蚀、溶蚀、碱-集料反应和冲击磨损等【2、5、7、8、10】。
东海大桥位于典型的亚热带地区，严重的冻融破环和浮冰的冲击磨损可不予考虑；镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免；这样钢筋锈蚀破环就成为最主要的腐蚀荷载【1】。
海洋环境混凝土结构耐久性措施研究
（） ２ 采用海工耐久性混凝土 采用 ４ ． ． 型硅酸盐水泥 ， ２ ＰⅡ ５ 粉煤灰和磨细高炉矿渣粉配制海工混 凝土 ， 控制混凝土的最大水胶 比和胶凝材料最少用量 ， 见表 ３ 。 表 ３最大水胶 比和胶凝材料最低用量
工程部位
最大水胶 比 胶凝材料最低用量
钻 孔 灌 注 桩 承 台 墩 身 箱 梁 桥 塔 （ ） 束 防腐 ４钢
基本 增加 保护层厚度 成本 低 效果好
措 施
、
保护 层 厚度 过 大 ， 导 会
致 保 护 层 收缩 裂 缝
混凝土氯离子扩散系数 （０ ） １ ｍ／ ｓ
≤３ ． Ｏ ≤２５ ． ≤１ ． ５ ≤１５ ． ≤１ ． ５
保护层厚度 （ ｎ ｍｉ）
７ ５
９ ０
承 台 陆上 ７ ５
桥墩 箱梁
６ ０ ４ ０
２ 耐久 性 设 计 研 究 现 状 ．
普通 混凝土并 不如人们预 料的那般安 全 ， 耐久性 不足而导致 结构 破坏 的现 象 日益增多 ， 由此造成的经济损失不容忽视 。因此 ， 加强混凝 土结 构质量控制 ， 使其满 足安全性 和耐 久性的要求是 工程建设 的当务 之 急。随着混凝 土材料科学的不断进步 ， 人们开始研究 高工作 性 、 高耐 久性 、 积稳定性好 的 凝 土 ， 体 昆 即高性能混凝 ｉ（ Ｐ ） Ｈ Ｃ。 我国正处于经济高速发展 的时期 ， 许多耗资 巨大的跨 海大桥 、 海洋 钻井平 台已经或即将兴建 ， 这些构筑物处于恶劣 的海洋环境下 ， 长期 其 安全 的正 常使用 成为工程界关注 的重点 。高性能混凝 土中的海工混凝 土凭借其性 能的优点 ， 很强的抗氯离子渗透能力 和耐冻性 ， 过采用不 通 同的掺合料及一 些必要 的附加措施 ， 以有效克服使 用环境给建 筑结 可 构带来 的危 害， 达到延长使用 寿命 和提高结构耐久性 的 目的。 表 １常见耐久性措施 的优 缺点 比较 耐久性措施 优点 缺点
外加电流阴极保护技术在跨海大桥耐久性设计中的应用推广
吴健 花 ＷｕＪａ ｈ ａ ｉｎ ｕ
０ ０ １０ ０）
（ ｕ ｎ ｚｏ ｕｇｏＥ ｇｎ ｅ ｎ ｕ ｅｖｓ ｎＣ ．Ｌｄ ， ｕ ｎ ｚｏ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｇ ａ ｇｈ ｕＳ ｉａ ｎ ｉｅｒ ｇＳ ｐ ｒｉｏ ｏ，ｔ．Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ０ ， ｈｎ ） ｉ ｉ １
ｉ ｅ ｓ ｄ ｃ ｒｅ ｔｍｅｈ ｄ ｈ ｓ ｂ ｃ ｍｅ ｏ ｅ ｏ ｈ ｓ ｏ ｍｐｒｓｅ ｕ ｒ ｎ ｔ ｏ ａ ｅ ｏ ｎ ｆｔｅ ｍｏ ｔｃ ｍｍｏ ｔｏ ｏ ａｈ ｄｃ ｐ ｏｅ ｔｏ ．Ｔｈ ａ ｒ ｆｃ ｅ ｎ ｔｅ ｂ ｓｃ ｒｎ ｉｌｓ ｆ ａ ｐ ｉｄ ｎ ｍｅｈ ｄ ｆｒｃ ｔｏ ｉ ｒ ｔｃｉｎ ｅ ｐ ｐｅ ｏ ｕｓ ｓｏ ｈ ａ ｉ ｐ ｉｃｐｅ ｏ ｐ ｌｅ ｃ ｒｅ ｔｌｗ ｎ ｔ ｐ ｌｃ ｔｏ ｎＨａ ｇ ｈ ｕ Ｂ ｙ Ｂｒｄ ｅ ｗｈｃ ｒｖｄ ｓｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ｅｅｅ ｃ ｏ ｈ ｒ ｓｉｇ ｓ ａｂ ｉｇ ． ｕ ｒｎ ａ ａ ｄ ｉ ａ ｐｉａｉｎ ｉ ｎ ｚ ｏ ａ ｉ ｇ ｉｈ ｐ ｏ ｉｅ ｏ ｓｒ ｃｉｎ ｒｆｒｎ ｅｆｒｔｅ ｃｏ ｓｎ ｅ ｒｄ ｅ ｓ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｔ ｅ ｄ ｒｂ ｉ ｆ ｔ ｃ ｒ ｈ ｓｂ ｅ ａ ｒ ｒ ｌ ｎ ｅｇ ｅｒ ｇ ｒ ｅｒｈ ａ ｒ ａ ｓ ｔ ｔｅ ｄ ｒ ｉｔ ｏ ｒ ｇ ｅｉ ， ｎ ｔ ｂ ｔ ｃ： ｈ ｕａ ｉ ｙｏ ｒ ｔ ｅ ａ ｅ ｎ ａｍ ｊ ｏ ｅ ｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅ ａ ， ｓ ｅ ｒ ｏ ｈ ｕａ ｌ ｆ ｉ ｅ ｄ ｓ ｎ ｉ ｈ ｒ ｌ ｔ ｓｕ ｕ ｏｐ ｂｍ ｎ ｉ ｓ ｃ ｇｄ ｂｉ ｙ ｂｄ ｇ ｅ
・
２ ６・
价 值工程
外 加 电流 阴极 保 护 技术在 跨海 大桥 耐久 性设 计 中的应 用 推广
海洋环境下混凝土耐久性
３ ． 海 水 的化 学 腐 蚀
Ｉ Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ 】 ｔ ｈ ｅ ｏ ｃ ｅ ａ ｎ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｄ ｕ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， Ｈａ ｎ ｇ －
【 关键词】海洋 工程 混凝土耐久性
杭州湾跨海大桥
抗海水化学腐蚀和防渗两方面 因素来考虑 。 （ １ ）钢筋锈蚀 由于氯离子渗透作用 的影响 从混凝土表 面到 内部 ，氯化物含量 逐渐减少，
氯化物渗透 比碳 化的侵入深度和速度要大得 多。ｃ １ 离子渗透主要受孔隙率和孔结构 的影 响。 （ ２ ）钢筋腐蚀 由于混凝土抗渗的影响
城 市 建筑 ｌ 建 筑论 坛 Ｉ Ｕ Ｒ Ｂ Ａ Ｎ Ｉ Ｓ Ｍ Ａ Ｎ Ｄ ＡＲ Ｃ Ｈ Ｉ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ Ｕ Ｒ Ｅ Ｉ Ａ Ｒ Ｃ Ｈ Ｉ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｆ Ｏ Ｒ Ｕ Ｍ
海 洋环 境下 混凝土耐久性
Ｔｈ ｅ Ｄｕｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏｎ ｍｅ ｎ ｔ
降 低 水 灰 比 、优 化 水 泥 石 的 孔 径 分 布 、增 加 凝
【 Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］ Ｔ ｈ ｅ ｄ ｕ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ Ｒ Ｏ Ｓ Ｓ ｓ ｅ ａ ｐ ａ ｓ ｓ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｗｉ ｌ ｌ ｂ ｃ
■ 王 凯 ■ Ｗａ ｎ ｇ Ｋ ａ ｉ
【 摘 要】跨海 通道混凝 土的耐久 性会受到 多方面因素 的影
杭州湾跨海大桥简介(含图)
杭州湾跨海大桥简介杭州湾跨海大桥（HangzhouBayBridge）是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36公里，是世界上最长的跨海大桥，比连接巴林与沙特的法赫德国王大桥还长11公里，成为继美国的庞恰特雷恩湖桥后世界第二长的桥梁。
杭州湾跨海大桥建成后将缩短宁波至上海间的陆路距离120公里，是国道主干线——同三线跨越杭州湾的便捷通道。
大桥大桥按双向六车道高速公路设计，设计时速100公里／h，设计使用年限100年，总投资约118亿元。
2003年11月14日开工，经过43个月的工程建设，2007年6月26日全桥贯通，计划于2007年11月30日前完成桥面铺装，大桥已于2008年5月1日正式通车。
大桥的建设有利于主动接轨上海，扩大开放，推动长江三角洲地区合作与交流，提高浙江省特别是宁波市和嘉兴市对内对外开放水平，增强综合实力和国际竞争力;有利于完善长江三角洲区域公路网布局及国道主干线，缓解沪、杭、甬高速公路流量的压力;有利于改变宁波市交通末端的状况，从而变成交通枢纽，实施环杭州湾区域发展战略；有利于促进江、浙、沪旅游发展的需要。
大桥概况杭州湾跨海大桥是国道主干线－同三线跨越杭州湾的便捷通道。
大桥北起嘉兴市海盐郑家埭，跨越宽阔的杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾，全长36Ｋｍ。
大桥建成后将缩短宁波至上海间的陆路距离120余公里，从而也大大缓解已经拥挤不堪沪杭甬高速公路的压力，形成以上海为中心的江浙沪两小时交通圈。
大桥总投资预计超过160亿人民币，其中大桥36公里，118亿；北岸连接线29.1公里，17亿；南岸连接线55.3公里，34亿。
来自民间的资本占了总资本的一半，包括雅戈尔、方太厨具、海通集团等民营企业都参与了对大桥的投资。
大桥收费年限为30年，收费标准预计为55元/辆。
杭州湾跨海大桥按双向六车道高速公路设计，设计时速100Ｋｍ／ｈ，设计使用年限100年，总投资约１1８亿元。
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・桥 梁・31215 浮运及架设钢梁整体浮运,使用3条拖轮,一主拖,二辅拖。
预先制订详细的操作方案,申报港监局等单位审批后,方可正式浮运。
浮运前在5号～6号墩设固定缆绳,钢梁浮运到位后,由固定缆绳牵引铁驳上的4根锚绳,调整牵引到设计位置固定浮驳,第一次落梁置放在端横梁的4台50t 千斤顶上,在千斤顶上设置滑板,同时设置好纵横移位反向制动千斤顶,以便精确微调钢梁位置。
然后进行压水分离钢梁,铁驳退回岸边,利用导链牵引钢梁,纵横移梁进行调整精确定位后落架在支座上。
313 浮运架设的其他注意事项施工时除按规范进行检算外,船体最大吃水深度时,船底离河床高度要大于60c m ,膺架拼装梁底须高于垫石面30～40c m ,便于移梁落梁操作。
4 结语该桥钢桁梁施工用时35d,封航架设仅2h,比较原方案节约近60万元,此工法设备投入较少,不需大量劳动力和租赁浮吊等专用设备,可保证通航,缩短工期和降低成本,实践证明该方法是一种简单可行的方法。
参考文献:[1] T B10203—2002,铁路桥涵施工规范[S].[2] 刘应中.船舶原理[M ].上海:上海交通大学出版社,2003.[3] 李德坤,朱云翔,李芳军.长寿长江大桥钢梁架设方案及关键技术研究[J ].铁道标准设计,2003(增刊).[4] 杨文渊.实用土木工程手册[M ].北京:人民交通出版社,2000.[5] T B1000211—2005,铁路桥涵设计基本规范[S].[6] 郭建雄.半浮半拖法架设单孔64m 钢桁梁[J ].铁道标准设计,2004(12).收稿日期:20050613作者简介:王晓刚(1976—),男,助理研究员,2003年毕业于中国矿业大学(北京校区),工学硕士。
国外跨海大桥的耐久性研究王晓刚1,盛黎明2,张 煅1(11铁道科学研究院科学技术信息研究所,北京 100044;21中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100020)摘 要:介绍几座国外跨海大桥的耐久性设计概念和结构设计中采取的措施,同时对已建成的桥梁结构耐久性退化现象进行原因分析,根据国外经验提出对混凝土桥梁修补方法。
关键词:公路桥;跨海桥;耐久性;修补中图分类号:U44517+1 文献标识码:A 文章编号:10042954(2006)01004710随着我国跨海大桥的数量和规模的与日俱增,其中不少桥梁日渐暴露出缺陷,更有一些桥梁在远没达到设计预期寿命时就出现耐久性能严重退化的现象,甚至出现倒塌等毁灭性事故,造成非常严重的经济损失。
1987年,美国有2513万座混凝土桥梁存在着不同程度的劣化,平均每年有150～200座桥梁部分或完全倒塌,寿命不足20年,修复这些桥梁需要900亿美元。
1992年,英国宣布禁止在新建桥梁中使用管道压浆的体内有粘结力筋的后张结构,这使得桥梁的耐久性问题引起了工程界的高度关注。
耐久性的提高将是21世纪桥梁技术进步的重要标志之一。
20世纪后半叶,国外许多跨海大桥如加拿大的诺森伯兰海峡大桥、丹麦的大贝尔特海峡大桥和日本的本四联络桥等都明文指出设计寿命100年,甚至美国奥克兰跨海大桥明文指出设计寿命应达到150年。
本文将介绍国外对于跨海大桥的耐久性方面采取的一些技术与措施。
1 加拿大诺森伯兰海峡大桥(联邦大桥)诺森伯兰海峡特大桥也叫联邦大桥,位于加拿大的诺森伯兰海峡,设计寿命为100年。
该桥长为12930m ,跨度为14×93m +165m +43×250m +165m +6×93m ,有效宽度为11m (2车道),桥下净高为28m (一般位置)和49m (航道位置)(图1)。
海峡最窄处约13k m ,冬季的气象条件非常恶劣,海峡为冰冻封闭。
在设计中对桥梁结构的最大制约条件为冰块与风产生的横(侧)向荷载,每个桥墩高达30MN 的横向水平荷载必须由抗剪强度很低的不连续的泥岩层来支承。
111 设计概念影响本桥的设计与施工的主要因素为诺森伯兰海峡的恶劣气象条件和较短的施工季节。
为使包括养护管理费用在内的长期的资金计划在将来没有很大的出入,要求结构物的各部分构件能发挥出最大的耐久性。
为此,制定了以下一些条件:(1)在现场的气象条件下应有优越的施工性能;(2)水下与海上作业应尽量减少;(3)应具有已施工的实践资料;・桥 梁・王晓刚,盛黎明,张 煅—国外跨海大桥的耐久性研究图1 诺森伯兰海峡大桥全桥布置(单位:m )(4)使用寿命应在100年以上。
112 桥梁设计主桥部分采用250m 的跨度,上部结构与下部结构都是预制拼装构造(图2)。
主桥部分的预制构件有墩座、带有防冰体的墩身、梁的主节段与嵌入节段等4种类型。
图2 混凝土结构方案(单位:m )墩身的上部是变截面的八角形空心构造,下部设有底部直径为20m 的圆锥形防冰体。
此防冰体位于海面高程处,设置目的是为了要减少冬季的冰压力。
防冰体的混凝土强度为100MPa 。
墩身预制件的总质量约4000t 。
墩身预制件与墩座之间的连接部分设置有剪力键、高强度压浆以及U 形预应力钢索(提供后张预应力)。
梁体采用单室箱梁,主节段的长度为190m ,主节段的墩顶部分被称为锤头,为了减轻其重量,锤头部分采用钢制的A 形横隔构架作为横隔梁(图3)。
组成主桥上部结构的另一构件是嵌入节段。
此梁段长约60m ,其质量为1200t 。
嵌入节段分为两种类型:用于锚跨的合龙节段及用于伸臂之间的悬挂节段。
后者两端与伸臂端之间采用铰接。
本土侧与爱德华王子岛侧的引桥分别采用14孔与6孔标准跨度为93m 的连续梁结构。
引桥部分的桥墩与基础设有针对风力、波浪力与冰压力的剪力键。
由于所在位置为浅滩,故下部结构采用就地浇筑方法图3 联邦桥下部结构(单位:m )施工。
113 混凝土的规格要求由于诺森伯兰海峡大桥的设计使用寿命为100年,而且又建于海洋环境之中,因此混凝土应具有高耐久性能。
本桥结构物老化的主要因素为盐分的浸入引起钢材腐蚀、骨料的碱性反应、硫酸盐作用、冻结与融解作用以及冰块对混凝土的摩擦损伤作用等。
为了抵抗这些主要因素,要严格选用优质材料来创造高强度与高耐久性的混凝土。
对所有的预制构件使用掺有7%～8%硅粉的水泥(10SF 型水泥)。
在加拿大东部很广的范围内都存在有骨料的碱性反应问题,因此除了指定采用低碱水泥之外,在所有的混凝土中都掺用火山灰质混合料。
混凝土的最大水灰比为34%,设计标准强度在28d 龄期为55MPa 、90d 龄期为60MPa 。
全部采用加气混凝土,并采用泵送浇筑。
对混凝土进行收缩与徐变试验、冻融试验、盐化物浸透试验、抗磨损试验等。
联邦大桥所用的结构混凝土的设计要求和配合比列入表1中。
王晓刚,盛黎明,张 煅—国外跨海大桥的耐久性研究・桥 梁・表1 联邦大桥的设计要求和高性能混凝土的配合比设计要求混凝土配合比91d抗压强度/MPa60水泥/(kg/m3)430胶结料最少用量/(kg/m3)450粉煤灰/(kg/m3)45最大水灰比0134砂子/(kg/m3)45硅灰(10SF)/%715石子/(kg/m3)1030粉煤灰(最多)/%10水/(kg/m3)145 AST M C1202渗透率/c<1000减水剂/(L/m3)118含气量/%5～8超塑化剂/(L/m3)312坍落度/mm180±40引气剂/(L/m3)适量 混凝土结构要达到长期的耐久性,主要就是保证埋设钢筋和后张预应力筋的混凝土表层(保护层)的质量。
而混凝土保护层的质量反过来又取决于养护的有效性,养护不好就会导致高性能混凝土达不到质量要求。
由于构件的尺寸和冬季施工的缘故,潮湿养护是不实用和不可靠的。
因此,对其他的养护方法进行了比较,例如水养护、薄膜养护、在钢模中养护5d,以及这些方法组合的养护,可得出下列结论。
(1)符合美国试验与材料学会(AST M)标准最低要求的养护化合物,不能防止混凝土表面的干燥。
一种固体含量较高的水基养护化合物,在防止混凝土干燥方面是有效的。
(2)氯离子快速渗透性试验和氯离子扩散性试验表明,无论混凝土保护层是采用潮湿养护或是薄膜养护,其测定值几乎是相同的。
(3)氯离子快速渗透性试验表明,不考虑模板中养护时间的长短,混凝土长期的结果差别不大。
(4)高性能混凝土受养护温度的影响较大,而对水分是否存在的影响较小。
(5)不考虑模板中养护时间的长短,薄膜养护对于减少水分的损失是有利的。
114 桥梁寿命的评估为了对防蚀保护系统进行更广泛的评估,得出了一系列理论性的氯离子关系图。
这些图是利用试验结果和Fick第二扩散定律得出,以便绘制出氯离子密度与时间的关系曲线。
图4是基于氯离子的扩散系数为418×10-13m2/s,根据在诺森伯兰海峡中测定的氯离子浓度(2100×10-6),钢筋的混凝土净保护层厚度为75mm而绘制的。
该评估拟用来代表海水溅射区或潮汐区的混凝土(钢筋锈蚀率最大的地方)。
根据图4中的数据,一般认为氯离子含量的临界值为水泥质量的014%(相当于116kg/m3),直到60年左右也不会超过上述临界值。
然而达到理论上的锈蚀临界值,并不意味着马上就会发生明显的锈蚀。
钢筋的锈蚀速率取决于许多因素,包括温度、氧气和混凝土的电阻率。
如果混凝土的图4 氯离子密度与时间的关系曲线电阻率很高,钢筋的锈蚀率就会很低,可能比普通混凝土的锈蚀速率低10%。
这就能把钢筋失去钝化到混凝土开始剥落的期限推迟3～30年。
研究已发现,高性能混凝土的扩散系数是随着时间的推移而逐渐减少的。
可以预计,钢筋失去钝化所需要的时间,应比设想的60年更长些。
把所有这些因素都考虑进去,只要进行适当的检查和预防性维修,在100年的结构设计寿命期间,技术规范规定的高性能混凝土应能有效地保护埋设钢筋不被锈蚀。
2 丹麦大贝尔特海峡大桥大贝尔特海峡长18km,由中间的斯波劳岛将海峡分成东西两部分,东海峡包括铁路隧道和公路悬索桥(大贝尔特海峡大桥),西海峡由并列的铁路桥和公路桥组成。
海峡大桥的设计寿命为100年。
211 悬索桥的设计大贝尔特海峡大桥是悬索结构(图5),桥梁垂跨比为1/9,采用3跨连续结构,这样加劲梁在风荷载作用下横向变位较小,而且可减少伸缩缝,养护管理方便。
为减小加劲梁因活载引起的顺桥向变位,在跨中设置了中央扣,并在梁端设置了液压缓冲器,这样支座和伸缩缝的移动量可减小,且主缆和加劲梁之间顺桥向的相对变位也小,还可减小跨中短吊索的疲劳。
图5 悬索桥总体布置(单位:m)21111 加劲梁加劲梁要满足抗风稳定性的要求及结构要求。
加劲梁采用大的高跨比具有很大的抗扭刚度,以提高颤振的发振风速,验算风速为60m/s。
加劲梁由宽4m、长24m的梁段组装,再以两段拼装成48m长的梁段架设,架设质量约为530t。