杭州湾跨海大桥溷凝土结构耐久性研究与应用.pdf

桥梁网 杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性研究与应用 方明山 副总工程师 （杭州湾大桥工程指挥部，315327） 摘 要：针对杭州湾跨海大桥工程设计使用寿命为 100 年的要求，围绕混凝土结构耐久性的两个基本问题 开展研究，系统地提出了以 “基本措施、附加措施、监测措施、验证措施”为体系的大桥混凝土结构耐久 性综合措施，形成了大桥耐久性设计方案，并直接用于大桥工程的设计与施工实践中。 关键词：杭州湾跨海大桥、混凝土结构、耐久性 1 引言 地处强潮海湾的杭州湾跨海工程为世界之最，社会瞩目。工程具有规模巨大、建设要求 高、技术难度复杂等诸多特点。在设计上，指挥部在国内土木工程中首次提出了大桥工程设 计使用年限为100 年的标准。面对腐蚀严峻的海洋环境条件及高达250万方的混凝土工程用 量，如何实现大桥混凝土工程的耐久性，确保设计使用寿命，是需要迫切解决的技术难题之 一。 为此，早在工程前期，指挥部牵头组织有关高校及大桥主体设计单位进行联合攻关，前 后历时五年，在交通部重点科技项目、浙江省交通科技计划项目、国家高科技研究发展计划 （863 计划）及浙江省自然科学基金等科研经费的大力支持下，从混凝土结构腐蚀机理、混 凝土原材料指标、混凝土配合比设计原则、耐久性设计措施及施工技术规程制订、耐久性监 测评估及验证等方面进行全面研究，形成成套耐久性技术成果，并直接应用于大桥的混凝土 结构设计与施工实践。本次报告将介绍其关键技术成果，以供同行借鉴参考。 2 混凝土结构耐久性的两个基本问题及对策 本项目研究紧紧围绕两个基本问题，一是设计和施工中应采取何种技术手段来满足杭州 湾跨海大桥工程 100 年设计使用寿命的要求？二是现阶段如何采用定量分析的手段证明所 采取的耐久性设计和施工措施是有效的，且所设计的结构理论上能达到预期寿命？ 鉴于国内对海洋混凝土结构耐久性研究滞后并缺乏工程实践，借鉴国外跨海大桥 混凝土结构防腐蚀的工程实例和欧洲混凝土委员会耐久性设计标准，结合我国海港工 程混凝土结构防腐蚀设计和施工经验和有关研究结果，改变过去多注重从材料层次和 构件层次的角度研究混凝土耐久性问题，而从整体结构的角度出发，通过项目组的研 究，系统地提出了以“基本措施、附加措施、监测措施、验证措施”为体系的大桥混凝 土结构耐久性综合措施。 2.1 问题一之对策 [1] [2] 基本措施和附加措施主要是为了回答第一个基本问题而提出的。具体内容如下 ： 1）基本措施：通过限制氯离子扩散系数和设置合理的钢筋保护层，作为保证大桥 桥梁网 桥梁网 混凝土结构 100 年设计使用年限的基本措施。采用的海工耐久混凝土，主要以氯离子 扩散系数（见表2-1）为控制参数，在原材料遴选方面，主要考虑使混凝土具备高抗氯 离子扩散能力、高抗裂性能、高工作性能；在海工混凝土配合比设计原则和质量要求 方面，主要考虑工程不同结构部件、不同设计要求、不同腐蚀环境、施工控制要求等 情况，典型混凝土构件配比如表2-2 所列。根据杭州湾的腐蚀环境、桥梁各部位的受力 特点和设计使用年限，设置合理的钢筋保护层厚度（表 2-3 ），尽量延长氯离子扩散到 钢筋表面的时间。 混凝土抗氯离子扩散性指标（12W 龄期） 表2-1 -12 2 结 构 部 位 混凝土氯离子扩散系数 / 10 m /s 陆上部分 ≤3.5 钻孔灌注桩