紅星水庫跨海大橋耐久性設(shè)計

[摘要]本文主要論述紅星水庫跨海大橋結(jié)構(gòu)概況，各結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計原則，結(jié)構(gòu)型式選擇，結(jié)構(gòu)材料要求以及上、下部結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

一、橋梁概況

紅星水庫垮海大橋位于廣東省湛江市東海島北部的紅星水庫旁，系湛江市海洋大學(xué)路口至東海島蔚律港疏港公路上一座跨海灣大橋。橋面全寬33.5m，橋全長724.54m，為24孔跨徑30m寬幅簡支小箱梁大橋。上下部結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

（一）上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)均按預(yù)應(yīng)力砼A類構(gòu)件設(shè)計。預(yù)制小箱梁梁高1.8m，腹板厚度為25cm（跨中）～35cm（端部），箱梁翼板厚度為22cm。箱梁頂面設(shè)置6cm砼調(diào)平層和8cm砼鋪裝層，施工時，調(diào)平砼和鋪裝層砼可同時施工，一次澆筑完成。

（二）下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)考慮景觀、結(jié)構(gòu)受力、施工方法等多種因素，選用預(yù)應(yīng)力挑臂蓋梁接雙柱式板墩。蓋梁橫橋向?qū)挾?5.45m，端部厚度0.9m，根部厚度1.65m，挑臂長度4.725m，蓋梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計。

雙柱式板墩墩身截面為尺寸為1.5m（橫橋向）×1.2（縱橋向）m，墩身修園角。橋墩基礎(chǔ)采用2.0m高啞鈴形承臺配2根直徑D180cm鉆孔灌注樁，橋臺采用座板式橋臺，樁基礎(chǔ)為直徑D120cm鉆孔灌注樁。樁基為按摩擦樁設(shè)計。

二、結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計原則

紅星水庫跨海大橋處于海洋環(huán)境，其結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計原則如下：

（一）通過耐久性設(shè)計確保結(jié)構(gòu)的使用壽命，滿足基本功能要求。

（二）吸收國內(nèi)相關(guān)跨海大橋的耐久性設(shè)計經(jīng)驗，在滿足規(guī)范對耐久性設(shè)計要求的基礎(chǔ)上充分考慮經(jīng)濟(jì)性和有效性。

（三）根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性和維護(hù)難易程度等因素選擇相應(yīng)的耐久性標(biāo)準(zhǔn)。對于樁基、橋墩等不易維護(hù)且難以替換的重要構(gòu)件作重點考慮，加強(qiáng)其耐久性的設(shè)計。

三、各結(jié)構(gòu)耐久性具體設(shè)計

一結(jié)構(gòu)型式選擇

1、上部結(jié)構(gòu)選用寬幅小箱梁，以減少箱梁片數(shù)，減少濕接縫道數(shù)和減少結(jié)構(gòu)暴露面。

2、下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式板墩，啞鈴形承臺，以減少承臺體量。

3、采用預(yù)應(yīng)力蓋梁，避免結(jié)構(gòu)開裂，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耐久性。

（二）海工耐久砼原材料要求

海工耐久砼指用常規(guī)原材料，常規(guī)工藝、摻加礦物摻合料及化學(xué)外加劑，經(jīng)配合比優(yōu)化而制作，在海洋環(huán)境中具有高耐久性，高尺寸穩(wěn)定性和良好工作性的高性能結(jié)構(gòu)砼，施工前，海工環(huán)境的砼配合比應(yīng)做專項設(shè)計及實驗，各主要材料指標(biāo)如下：

1、砼最大水膠比，最大膠凝材料及抗氧離子滲透性能：

砼最大水膠比、最大膠凝材料及抗氧離子滲透性能

結(jié)構(gòu)部位最大水膠比W/B膠凝材料

最大用量

（㎏/m3）砼氯離子

擴(kuò)散系數(shù)

（10-12㎡/S）

樁基0.36400

承臺、橋墩0.32400

蓋梁0.36400

預(yù)制箱梁0.32450

現(xiàn)澆梁及

其它部位0.33450

2、水泥

選用硅酸鹽II型水泥，其質(zhì)量必須符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175-1999的要求，水泥中的氯離子含量應(yīng)小于0.03%，砼總含堿量小于3㎏/m3,C3A含量不宜超過10%。

在確定最終水泥品種之前，應(yīng)做水泥與所使用的輔摻材料、外加劑等之間進(jìn)行復(fù)配試驗，以選用匹配性能優(yōu)良的水泥。

3、摻合材料

摻合材料主要以礦渣（微粉）、粉煤灰、硅灰等活性礦物摻和料等原材料復(fù)合并深加工而成。將各種礦物摻合材料以一定比例深加工形成一種輔摻材料，具有以下優(yōu)勢：第一，便于原材料質(zhì)量控制；第二，便于混凝土生產(chǎn)和施工；第三，經(jīng)深加工后，復(fù)合摻合材料的交互疊加效應(yīng)將更為突出合明顯，對于混凝土性能尤其是耐C1-滲透性能的改善大有裨益。粉煤灰應(yīng)選用組分均勻各項性能指標(biāo)穩(wěn)定的低鈣灰，且燒失量不大于8%，需水量比不大于100%，SO3含量不大于2%；磨細(xì)高爐渣的表面積控制在360～440㎡/㎏，需水量比不大于100%，SO3含量不大于5%。

4、細(xì)骨科

中砂，品質(zhì)符合《水運工程混凝土施工規(guī)范》JTJ268-96及《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTJ275-2000之規(guī)定，細(xì)度模數(shù)2.6～3.0符合II區(qū)顆料級配。

砂中氧離子含量≤0.03%，含泥量≤2%（浪濺區(qū)砼中砂含泥量≤1%），泥塊含量≤0.5%，不得使用海砂、山砂及風(fēng)化嚴(yán)重多孔砂。嚴(yán)禁使用活性細(xì)骨科。

5、粗骨科

碎石，品質(zhì)符合《水運工程混凝土施工規(guī)范》JTJ268-96及《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTJ275-2000之規(guī)定，粗經(jīng)5～25㎜且級配良好，石中氯離子含量≤0.03%，含泥量≤0.5%，泥塊含量≤0.3%，針片狀含量≤8%。嚴(yán)禁使用堿活性骨科。

6、混凝土拌和用水

混凝土拌和用水，應(yīng)用于使用不含有影響水泥正常凝結(jié)、硬化或促使鋼筋銹蝕（C1-含量

7、外加劑

選用新型優(yōu)質(zhì)高效減水劑（或泵送劑），其質(zhì)量符合《混凝土外加劑》GB8076-1997之要求，氯離子含量小于砼材料中膠凝材料總重的0.01%，砂漿減水率20%以上，并且與水泥、摻和料等膠凝材料得匹配性能良好。本設(shè)計使用聚羚酸類混凝土高效減水劑。

（三）本橋結(jié)構(gòu)環(huán)境分區(qū)

根據(jù)《海港工程砼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》和《砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》，將海洋環(huán)境中影響結(jié)構(gòu)耐久性的環(huán)境條件分為：大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動區(qū)，水下區(qū)及土中區(qū)五個區(qū)。根據(jù)天文潮位和百年一遇浪高，上述五區(qū)劃分如下：

劃分

類別大氣區(qū)浪濺區(qū)水位

變動區(qū)水下區(qū)土中區(qū)

標(biāo)高>5.872.28-5.870.5～2.28水位變動區(qū)局部沖刷線以下

（四）上部結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

1、根據(jù)工程環(huán)境的區(qū)別，加大結(jié)構(gòu)砼保護(hù)層的厚度，其砼最小保護(hù)層厚度如下表：

砼最小保護(hù)層厚度表

環(huán)境條件構(gòu)件類別最小保護(hù)層厚度（㎜）

Ⅲ預(yù)制

小箱梁主筋（箍筋）45

防裂表層筋30

預(yù)應(yīng)力鋼絞線85

2、預(yù)應(yīng)力鋼束管道采用耐腐蝕、密封性能好的高密度聚乙烯或聚丙烯塑料波紋管，采用真空壓漿工藝，提高預(yù)應(yīng)力鋼束的耐久性。

3、對于箱梁上的預(yù)埋鋼筋、預(yù)制時濕接縫處的外伸鋼筋，一段時間內(nèi)暴露在大氣中，但暴露期間需采用覆蓋物遮擋防護(hù)，且暴露期原則上不超過3個月。

4、小箱梁預(yù)制梁砼和濕接縫間的現(xiàn)澆砼交接面采用界面膠。

5、箱梁砼調(diào)平層及橋面鋪裝砼采用廠家成品焊接鋼筋網(wǎng)，砼采用克汰砼。

（五）下部結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

1．下部結(jié)構(gòu)耐久設(shè)計基本要求

橋梁下部結(jié)構(gòu)受海水、波浪、潮汐等因素的影響嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計要求較高，故對下部的耐久性作如下設(shè)計：

（1）采用目前國內(nèi)最新、最有效的防腐方法及措施，充分考慮經(jīng)濟(jì)性和有效性；

（2）不同部位、施工工藝及防腐要求采用了不同的防腐方法；

（3）防腐設(shè)計的范圍包括：樁基、樁基承臺、橋墩墩身（浪濺區(qū)）。

2、下部結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

（1）根據(jù)工程環(huán)境的區(qū)別，加大結(jié)構(gòu)砼保護(hù)層的厚度，其砼最小保護(hù)層厚度如下表：

砼最小保護(hù)層厚度表

環(huán)境條件構(gòu)件類別最小保護(hù)層厚度（mm）

Ⅲ橋墩蓋梁主筋（箍筋）45

防裂表層筋30

預(yù)應(yīng)力鋼絞線200

墩身主筋50

防裂表層筋35

樁基承臺主筋80

防裂表層筋60

樁基主筋80

（2）預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管成孔，真空壓漿，提高預(yù)應(yīng)力鋼束的耐久性。

3、下部結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方案

下部結(jié)構(gòu)不同部位設(shè)計方案如下表所示：

防腐范圍部位設(shè)計方案選用材料干膜厚度或用量要求

1墩身浪濺區(qū)混凝土中摻入防腐材料克汰30L/m3

2樁基承臺混凝土中摻入防腐材料克汰30L/m3

3樁基預(yù)留鋼護(hù)筒阻銹劑阻銹劑8㎏/m3

（1）墩身浪濺區(qū)

根據(jù)水文資料，橋址高潮平均高程3.558m，低潮水位0.5m，100年一遇浪高為3.26m，根據(jù)耐久性設(shè)計的基本原則，浪濺區(qū)的高度按高潮水位加0.7倍百年一遇有效波高的1/3控制，本設(shè)計承臺頂面高程為2.5m，位于高潮水位下，橋墩浪濺區(qū)的高度按0.4m控制，即橋墩浪濺區(qū)的防腐范圍為承臺頂面以上4.0m。

該區(qū)域的防腐設(shè)計采用在墩身混凝土中滲入防腐材料一一克汰系統(tǒng)的防腐方法，克汰系統(tǒng)采用一種特殊疏水化合物孔栓作用成分，能有效改變混凝土表面張力，堵塞毛細(xì)孔管道，從而使混凝土具有防水和防腐蝕的能力，該系統(tǒng)不影響混凝土結(jié)構(gòu)的外觀顏色，施工簡便，防腐年限長。

使用克汰混凝土的相關(guān)技術(shù)要求：

A、混凝土的水泥成分不得少于360㎏/m3，不超過450㎏/m3；

B、混凝土中包括的高效減水劑或其它經(jīng)許可使用的減水劑，其最大水灰比不得超過0.32，施工前需通過試驗確定合理水灰比；

C、混凝土中的克汰疏水化合孔栓成分需以30升/m3的比列加入,除試驗期為7天之外,混凝土30分鐘的水分吸收率不超過1%,達(dá)到混凝土防水劑一等品要求。

（2）樁基承臺

由于橋梁處于海洋環(huán)境，樁基承臺受海浪及潮沙的影響嚴(yán)重，施工工藝和施工方案受到制約，為方便施工，采用與墩身浪濺區(qū)相同的防腐方法一克汰系統(tǒng)方法。

（3）樁基

考慮本橋樁基處的海水深度和洋流的局部沖刷作用，樁基頂部以下一定區(qū)域可采用陰極保護(hù)與涂層聯(lián)合作用的防腐方法，施工中將鋼護(hù)筒與樁、承臺鋼筋連接，此時鋼護(hù)筒與樁、承臺等組成腐蝕電池的陰陽兩極，可對樁和承臺內(nèi)的鋼筋起到陰極保護(hù)作用。

樁基砼添加阻銹劑，其量為8㎏/m3。樁基砼阻銹劑宜采用有機(jī)環(huán)保遷移性，在保證砼耐久性同時，不影響其強(qiáng)度和工作性能，且有利于環(huán)保。

（六）其它附屬設(shè)施耐久性設(shè)計

1、橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震支座的調(diào)平鋼板采用低合金耐蝕604鋼板。

2、橋梁調(diào)平層及橋面鋪裝層均采用廠家成品焊接鋼筋網(wǎng)，且均采用防水砼（克汰砼）。

3、橋面防撞欄砼體采用有機(jī)硅材料涂裝。

四、結(jié)束語

紅星水庫跨海大橋于2009年11月開始施工至2011年8月基本竣工，歷時22個月，其設(shè)計及施工質(zhì)量均好，特別是耐久性設(shè)計很成功，橋梁各部結(jié)構(gòu)都很有效地阻止了海洋環(huán)境海水、潮氣的腐蝕。各種防腐材料中，尤其是克汰的防腐效果較為明顯，凡用上克汰的結(jié)構(gòu)體，防腐性能特別強(qiáng)，結(jié)構(gòu)表面光滑硬朗，雖經(jīng)海水或潮氣侵襲也有一定時日，卻不變色，也沒有其他受腐蝕（那怕是輕微腐蝕）的跡象。由此可見，克汰材料作海工防腐的使用是值得推廣的，盡管在施工時氣味較臭?？偟模t星水庫跨海大橋耐久性的設(shè)計是值得借鑒及推廣的。

參考文獻(xiàn)

1、交通部