杭州湾大桥混凝土结构耐久性设计与研究

杭州湾大桥工程指挥部

2004-02-18杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性研究与设计1/15/20231DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay报告提纲工程简介混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性研究下一步研究计划1/15/20232DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay上海宁波杭州湾跨海大桥渤海湾通道长江口越江通道伶仃洋大桥琼州海峡通道1/15/20233DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay宁波市杭州市上海市嘉兴市杭州湾跨海大桥

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km。1/15/20234DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay主体工程共分为：北引线、北引桥、北航道桥、中引桥、南航道桥、南引桥、南引线七大部分；其中通航孔桥长1516m，非通航孔桥长34157m，所占比例超过95%。附属工程包括：海中平台、桥头公园等。1/15/20235DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay杭州湾

北航道桥北引桥中引桥南航道桥南引桥嘉兴市宁波市北引线南引线1/15/20236DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay北引桥北航道桥南航道桥中引桥、南引桥水中区南引桥滩涂区、陆地区1/15/20237DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay在南航道桥往南1．7公里，设置面积达1.2万平方米的海中平台。该平台在施工期间，将作为海上作业人员生活基地，海上救援、测量、通信、海事监控平台。大桥建成后，这一海中平台则是一个海中交通服务的救援平台，同时也是一个绝佳的旅游休闲观光台。

海中平台1/15/20238DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-BayStandardCrossSection1/15/20239DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay杭州湾海域海水为pH>7的弱碱性Cl-Na型咸水，氯离子含量约15g/L，为典型的近岸海洋腐蚀环境。根据设计水位，将腐蚀区域划分为:大气区10.21m以上（黄海高程）浪溅区10.21~1.88m水位变动区1.88~-4.56m水下区－4.56m以下氯盐腐蚀环境1/15/202310DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay氯离子源之三：原材料氯离子侵入混凝土氯离子源之二氯离子源之一1/15/202311DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay浙东沿海混凝土结构工程调查

二次调查：1994年、2000年调查结果：80%以上都发生了严重或较严重钢筋锈蚀破坏，出现锈蚀破坏的时间有的不到10年。

1/15/202312DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay1/15/202313DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay1/15/202314DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay宁波北仑港码头1/15/202315DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay北仑港腐蚀修补1/15/202316DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay北仑港腐蚀修补1/15/202317DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay1/15/202318DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay1/15/202319DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay混凝土结构耐久性设计设计使用寿命:100

年主要措施采用海工耐久混凝土构造措施和裂缝限制其它措施1/15/202320DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay海工耐久混凝土原材料：42.5P·II硅酸盐水泥粉煤灰、矿渣、微硅粉等掺合料最大粒径不超过25mm的非活性集料不得使用海砂和人工砂减水率至少达25%的高效外加剂原材料中限制氯离子含量1/15/202321DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay海工耐久混凝土配比设计：限制胶凝材料的最低和最高用量。工程部位最大水胶比

W/B胶凝材料最低用量

(kg/m3)基桩、承台、现浇桥墩、台及索塔0.40400预制箱梁、预制桥墩0.33450现浇梁及其他部位混凝土0.35450单方混凝土的胶凝材料总量也不宜高于500kg/m3，不应超过550kg/m3。1/15/202322DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay在满足胶凝材料最低用量的前提下，尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量；必须掺用粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺和料；侵蚀环境为E、F等级的构件部位的混凝土中应加入适量掺入型钢筋阻锈剂；通过适当引气来提高其耐久性。1/15/202323DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay海工耐久混凝土养护：混凝土浇筑完成表面收浆后,要求尽快对混凝土进行养护，最短养护期限如下：大气湿度(50%<RH<75%)，无风，无阳光直射大气湿度干燥(RH<50%)，有风，或阳光直射日平均气温/℃湿养护期限/d气温日平均/℃湿养护期限/d≥5，＜10≥10，＜20≥2014107≥5，＜10≥10，＜20≥20211471/15/202324DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay结构部位12W氯离子扩散系数/10-12m2/s钻孔灌注桩陆上部分≤3.5滩涂、海上部分≤3.0承台陆上部分≤3.5滩涂、海上部分≤3.0墩身陆上部分（现浇）≤3.5滩涂、海上部分（现浇）≤2.5滩涂、海上部分（预制）≤1.5箱梁、桥塔≤1.5混凝土抗氯离子渗透性测试:测试方法:RCM法扩散系数:1/15/202325DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay裂缝宽度控制0.1mm尽量采用预制构件施工缝按设计要求设置并采取特殊防腐蚀措施现浇墩浪溅区使用环氧钢筋预应力管道采用塑料波纹管及真空压浆技术增加保护层厚度（防裂钢筋网问题）1/15/202326DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay结构部位保护层厚度(mm)钻孔桩75承台海上90陆上75桥墩60箱梁40各部位混凝土保护层厚度表1/15/202327DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay保护层定位夹1/15/202328DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay混凝土表面涂层混凝土表面硅烷浸渍钢筋阻锈剂(如Sika®FerroGard®901/903，MCI-2005NS/2006NS等）预置阴极防护渗透性模板1/15/202329DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay杭州湾大桥工程指挥部中铁大桥勘测设计院清华大学宁波高等专科学校AachenUniversityofAppliedSciencesRWTHAachen上海市建筑科学研究院混凝土结构耐久性研究主要承担单位：1/15/202330DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay混凝土耐久性有关的水文调查及海水成分分析；提出混凝土材料性能的特殊要求，提出耐久混凝土配合比；制订耐久性设计与施工技术规程；主要研究内容：1/15/202331DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay提出保证混凝土耐久性的施工质量控制与质量保证措施；完成预埋式混凝土结构配筋腐蚀进程无损监测系统的方案设计；大桥工作寿命验算等。1/15/202332DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay2002.11《混凝土结构耐久性方案》2003.03《混凝土结构耐久性设计指南》2003.06《混凝土施工技术规程》2003.06《混凝土施工质量检验标准》2003.06混凝土配合比2003.08《氯离子扩散系数RCM快速测定方法》2003.12《耐久性预埋式监测系统设计方案》目前已经完成的研究工作：1/15/202333DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay耐久性设计还不是一门精确的科学，寿命预测只能是个估计万一估计不足，要有预案因此要有结构实体耐久性信息反馈。基本认识1/15/202334DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay耐久性无损监测系统的设置；根据施工图进行大桥工作寿命验算；长期检测用构件设置（暴露试验）。下一步的主要研究工作：1/15/202335DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay耐久性无损监测（监测脱钝前锋面，预测t0）监测脱钝前锋面的发展进程。监测实际钢筋锈蚀活动。监测修复保护措施的效果。钢筋混凝土结构的耐久性检查。为结构保养维护提供信息。1/15/202336DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bayibac，RWTHAachen发明的梯形阳极系统1/15/202337DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay预埋式耐久性无损监测传感系统侧面构造1/15/202338DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay监测原理图1/15/202339DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay监测实例1/15/202340DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay监测实例1/15/202341DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay监测实例1/15/202342DauerhaftigkeitderBrueckeHangzhou-Bay耐久性无损监测系统平台Dia