膠州灣跨海大橋案例分析整理

膠州灣跨海大橋案例分析整理第一頁，共78頁。青島海灣大橋又稱膠州灣跨海大橋，是我國自行設(shè)計、施工、建造的特大跨海大橋。它是國家高速公路網(wǎng)G22青蘭高速公路的起點(diǎn)段，是山東省“五縱四橫一環(huán)”公路網(wǎng)上框架的組成部分，是青島市規(guī)劃的膠州灣東西兩岸跨海通道“一路、一橋、一隧”中的“一橋”。大橋起自青島主城區(qū)海爾路，經(jīng)紅島到黃島，大橋全長36.48公里，投資額近100億，歷時4年完工。大橋于2011年6月30日全線通車.第二頁，共78頁。項(xiàng)目概況膠州灣跨海大橋(又稱青島海灣大橋)項(xiàng)目位于中國山東省青島市，為全長：28.047km（海上25.171km、陸側(cè)接線2.876km)公路橋梁。是膠州灣東西兩岸跨海通道“一路、一橋、一隧”中的“一橋”。2012年世界吉尼斯紀(jì)錄：世界最長跨海橋梁。該橋整體設(shè)計成“T”型，連接青島，黃島與紅島。大橋提高抗震，臺風(fēng)，及抗船舶撞擊能力，設(shè)計使用年限100年。橋面平均寬度35m，雙向六車道第三頁，共78頁。主要內(nèi)容1.大橋概況2.大橋建設(shè)條件3.混凝土耐久性設(shè)計及參數(shù)指標(biāo)4.保障混凝土耐久性的技術(shù)措施5.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性保障措施6.結(jié)構(gòu)耐久性保障措施實(shí)施難點(diǎn)7、關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容及其創(chuàng)新介紹第四頁，共78頁。1.1地理位置1.2投資、建設(shè)、運(yùn)營模1.3主體結(jié)構(gòu)組成1.4典型構(gòu)造物1.青島海灣大橋概況第五頁，共78頁。1.1地理位置青島海灣大橋青島至銀川高速公路第六頁，共78頁。

國道主干線青島至蘭州高速公路的起點(diǎn)段，位于青島市膠州灣內(nèi)，連接青、紅、黃島。我國北方寒冷冰凍海域的首座特大型橋梁集群工程膠州灣高速公路青島海灣大橋青島-黃島海底隧道第七頁，共78頁。區(qū)域自然特點(diǎn)

1.冰凍:年平均有50次左右的凍融循環(huán);

2.含鹽度高:膠州灣海域海水含鹽度為29.4%～32.6%,

是國內(nèi)其它跨海大橋含鹽度的2倍;第八頁，共78頁。橋型：雙塔鋼箱梁斜拉橋橋跨布置：80+90+260+90+80=600m第九頁，共78頁。區(qū)域自然特點(diǎn)

3.環(huán)保要求高:

項(xiàng)目所在城市—青島市為國家級旅游城市，

大橋的建設(shè)首先要與環(huán)境協(xié)調(diào)。大橋所處海域是養(yǎng)殖、旅游重點(diǎn)區(qū)域，對建設(shè)、運(yùn)營期間環(huán)保要求很高，對設(shè)計及施工質(zhì)量要求均較高。4.通航、航空雙重限制:

滄口航道橋通航標(biāo)準(zhǔn)為1萬噸輪船，通航凈空為190×47m，航空限高為88.3m，橋面以上塔高僅38.434m，拉索布置的空間受限。第十頁，共78頁。大橋規(guī)模：全長35.4km，一期28.9km,海上段27.1km,陸上0.8km;紅島連接線1.3km通航孔橋：滄口航道橋、紅島航道橋、大沽河航道橋；互通兩個：李村河互通、紅島互通青島膠州灣青島海灣大橋滄口航道紅島航道李村河互通紅島互通大沽河航道紅島連接線紅島黃島收費(fèi)站標(biāo)識站收費(fèi)站1.3主體結(jié)構(gòu)組成第十一頁，共78頁。1.4.1鉆孔灌注樁1.4.2承臺1.4.3墩身1.4.4箱梁1.4.5塔柱1.4.6濕接頭1.4.7防撞墻1.4典型混凝土構(gòu)造物第十二頁，共78頁。1.4.1鉆孔灌注樁樁基直徑1.2~2.5m；獨(dú)樁獨(dú)柱/群樁。第十三頁，共78頁。1.4.2承臺排出海水直至涂裝驗(yàn)收7m×7m×2.5m鋼模板+CPF鋼套箱承臺采取HPC+CPF+涂層第十四頁，共78頁。1.4.3墩身鋼圍堰排水圍堰內(nèi)立鋼模鋼模內(nèi)貼CPF帶CPF養(yǎng)護(hù)3天保濕養(yǎng)護(hù)14天18天齡期涂裝7天后檢測涂層驗(yàn)收后拆圍堰第十五頁，共78頁。1.4.4箱梁主線采用工場預(yù)制海上吊裝60m，2000t（5孔一聯(lián)）連接線、匝道滑移模架現(xiàn)澆30，40，50m（2~3孔一聯(lián)）第十六頁，共78頁。1.4.5塔柱主塔爬模施工（4.5m/節(jié)）

，初期防風(fēng)保溫處理第十七頁，共78頁。1.4.6濕接頭

兩片預(yù)制梁接合處順梁長度方向：最寬處1.4m，最窄處0.8m永久支座灌漿之后，支模、澆筑、養(yǎng)護(hù)濕接頭與箱梁接合部位采取硅烷浸漬防腐處理第十八頁，共78頁。1.4.7防撞墻本橋的防撞墻鑒于濟(jì)南某高架橋防撞墻（經(jīng)過1個冬季后）提前破壞的教訓(xùn)本橋?qū)Ψ雷矇Φ目箖瞿芰ψ髁嗣鞔_規(guī)定（300次，DF＞75%）第十九頁，共78頁。1.2投資、建設(shè)、運(yùn)營模式采取特許經(jīng)營權(quán)模式運(yùn)作，全球公開招標(biāo)確定項(xiàng)目法人；山東高速集團(tuán)中標(biāo)，承擔(dān)大橋的投資、建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)以及膠州灣高速的拓寬；特許經(jīng)營期內(nèi)，與膠州灣高速捆綁經(jīng)營。90.4億元3.5年2010年底25年第二十頁，共78頁。2.大橋建設(shè)條件2.1氣候條件2.2水域條件

第二十一頁，共78頁。2.1氣候條件橋位區(qū)屬季風(fēng)氣候區(qū)，季節(jié)變化較明顯。冬半年（10月至翌年的3月）呈大陸性氣候特點(diǎn)；12月下旬開始結(jié)冰，2月中旬消失，冰期約60天；凍融循環(huán)是影響大橋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素之一。夏半年（4月至9月）空氣濕潤，雨量充沛，日溫差小，呈現(xiàn)海洋性氣候特征；月平均溫度16~25℃。第二十二頁，共78頁。橋位區(qū)海冰嚴(yán)重第二十三頁，共78頁。2.2水域條件膠州灣內(nèi)海水含鹽度較外海高，灣內(nèi)有鹽場；海水含鹽度高是影響大橋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素之二；項(xiàng)目青島海灣大橋杭州灣跨海大橋東海大橋含鹽度29.4～32.9‰10～15‰10～25‰第二十四頁，共78頁。3.混凝土耐久性設(shè)計及參數(shù)指標(biāo)3.1提高混凝土耐久性的重要性3.2不同構(gòu)造物的服役年限3.3服役環(huán)境分區(qū)及作用等級3.4混凝土耐久性參數(shù)設(shè)計第二十五頁，共78頁。3.1提高混凝土耐久性的重要性

除通航孔橋采用鋼結(jié)構(gòu)以外，其他結(jié)構(gòu)均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全橋共用混凝土200多萬方。

無論是從可持續(xù)發(fā)展還是從節(jié)約維護(hù)成本的角度，提高大橋混凝土的耐久性是保障大橋合理投資、高效運(yùn)營、利潤最大化的根本手段。根據(jù)大橋的服務(wù)壽命、結(jié)構(gòu)型式和服役環(huán)境等特點(diǎn)，提出需重點(diǎn)控制混凝土的抗氯離子滲透性和抗凍融耐久性。第二十六頁，共78頁。道路等級橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期車輛荷載等級橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度抗風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水頻率地震基本烈度和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)通航凈空尺度和通航孔數(shù)量使用階段設(shè)計重現(xiàn)期100年施工階段設(shè)計重現(xiàn)期20年航空限高船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)二、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第二十七頁，共78頁。道路等級橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期車輛荷載等級橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度抗風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水頻率地震基本烈度和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)通航凈空尺度和通航孔數(shù)量300年一遇航空限高船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)二、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第二十八頁，共78頁。道路等級橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期車輛荷載等級橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度抗風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水頻率地震基本烈度和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)通航凈空尺度和通航孔數(shù)量6度航空限高船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)二、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第二十九頁，共78頁。3.2不同構(gòu)造物的服役年限

服役年限要求的不同，決定了耐久性設(shè)計的等級?；炷两Y(jié)構(gòu)主要包括：鉆孔灌注樁、承臺、墩身、塔柱、箱梁、濕接頭、防撞墻。

下部結(jié)構(gòu)（樁、承臺、墩身）及承載的上部結(jié)構(gòu)（塔柱、箱梁、濕接頭）均屬于服役期內(nèi)不可更換部分，其服役年限與大橋相同；而防撞墻屬于可更換部分，允許在大橋服役期內(nèi)進(jìn)行更換。第三十頁，共78頁。3.3服役環(huán)境分區(qū)防腐涂層范圍：承臺底~+6.0米根據(jù)膠州灣海域100年一遇的設(shè)計波要素劃分出服役環(huán)境的界限，作為耐久性設(shè)計的依據(jù)第三十一頁，共78頁。3.3服役環(huán)境作用等級第三十二頁，共78頁。3.4混凝土耐久性參數(shù)設(shè)計第三十三頁，共78頁。4.保障混凝土耐久性的技術(shù)措施

膠州灣海域的高含鹽度以及每年50次左右的自然凍融循環(huán)是大橋混凝土耐久性必須解決的根本技術(shù)問題。抗氯離子滲透能力高和抗凍融耐久性高的混凝土對該橋而言就是高性能混凝土。4.1原材料的選擇4.2混凝土的配制4.3混凝土的施工4.4混凝土的養(yǎng)護(hù)第三十四頁，共78頁。4.1原材料的選擇

原材料主要包括水泥、粉煤灰、磨細(xì)礦粉、聚羧酸系減水劑、引氣劑、砂、碎石、水。★粉煤灰—

燒失量（≤5%）、需水量比（≤100%）★磨細(xì)礦粉—

燒失量（≤3%）、活性指數(shù)28d（≥90%）、比表面積（360~440m2/kg）★聚羧酸系減水劑—

非預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)Air≤4%；預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的Air≤2%；第三十五頁，共78頁。4.2混凝土的配制

參考《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》，《混凝土和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的歐洲標(biāo)準(zhǔn)》，《高性能混凝土》，《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（送審稿），《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性暫行規(guī)定》等相關(guān)規(guī)范。主要采取如下技術(shù)措施來保證混凝土的耐久性：

大摻量礦物摻合料（50~65%）

適當(dāng)降低水膠比（0.38~0.31）

適當(dāng)引氣（4~6%，3~4%）

提高抗Cl-滲透性提高抗凍融能力第三十六頁，共78頁。4.3混凝土的施工組分較多—適當(dāng)延長攪拌時間（2.5~3min）大體積構(gòu)件—控制混凝土入模溫度（28~30℃）海水侵蝕機(jī)會大—鋼圍堰不間斷抽水若施工沒有保證，其他都是空談！第三十七頁，共78頁。4.4混凝土的養(yǎng)護(hù)立面結(jié)構(gòu)—承臺、墩身側(cè)面☆早期保濕養(yǎng)護(hù)—采用有蓄水功能的CPF，3天拆模☆持續(xù)保濕養(yǎng)護(hù)—薄膜包裹，頂部持續(xù)淋淡水至14d齡期

立面結(jié)構(gòu)—箱梁側(cè)壁☆拆模后噴灑養(yǎng)護(hù)劑

平面結(jié)構(gòu)—承臺、墩身頂，箱梁頂☆土工布撒水、新型高效節(jié)水養(yǎng)護(hù)膜第三十八頁，共78頁。5.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性保障措施5.1根本措施5.2輔助措施第三十九頁，共78頁。5.1根本措施5.1.1海工高性能混凝土

（抗氯離子滲透，抗凍融循環(huán)）5.1.2設(shè)計合理的鋼筋保護(hù)層厚度第四十頁，共78頁。5.1.1海工高性能混凝土降低膠凝材料用量—選擇優(yōu)質(zhì)集料，合理配置砂石比例，提高單方集料用量，使用高效減水劑；大摻量礦物摻合料（≈65%）+低水膠比（0.38~0.35）+引氣—下部結(jié)構(gòu)（樁基、承臺、墩身）低水膠比（0.32）+大摻量礦物摻合料（≈50%—礦粉為主）+引氣—上部結(jié)構(gòu)（箱梁、塔柱）抗?jié)B、抗凍、防撞張拉齡期，除冰鹽破壞第四十一頁，共78頁。5.1.2設(shè)計合理的鋼筋保護(hù)層厚度第四十二頁，共78頁。5.2輔助措施5.2.1鋼護(hù)筒—鉆孔灌注樁5.2.2透水模板布—承臺、墩身5.2.3混凝土套箱—承臺5.2.4有機(jī)涂層防護(hù)—承臺底~6.0m高程5.2.5外加電流陰極保護(hù)—通航孔橋承臺、塔柱5.2.6有機(jī)硅烷類浸漬防護(hù)—箱梁濕接頭第四十三頁，共78頁。5.2.1鋼護(hù)筒—鉆孔灌注樁12mm厚鋼板灌注樁一般低潮位不露出水面鋼材在缺氧條件下腐蝕速率較慢砼可在絕濕恒溫條件下養(yǎng)護(hù)數(shù)十年此后混凝土的質(zhì)量如何？更好？！立鋼圍堰前第四十四頁，共78頁。5.2.2使用透水模板布（CPF）CPF是粘附于鋼性模板內(nèi)壁與混凝土接觸，能夠排出結(jié)構(gòu)表面混凝土的多余拌合水的產(chǎn)品；一般為2~3層結(jié)構(gòu)，分別具有透水透氣和排水功能；市面上CPF種類及代表產(chǎn)品：排水—德國Zemdrain、Classic，日本CDMAT-100等排水+蓄水—丹麥Formtex，中國TJ80-X等第四十五頁，共78頁。CPF施工及作用機(jī)理CPF+鋼板立模多種CPF對比試驗(yàn)排出表面水分CPF粘結(jié)第四十六頁，共78頁。使用CPF后效果普通鋼模板CPF表層下2~3mm即有可視氣泡CPF表面幾乎無可視氣泡帶CPF養(yǎng)護(hù)3d+7d回彈硬度提高30%第四十七頁，共78頁。CPF對表面混凝土抗?jié)B性改善常規(guī)方法（電通量法和RCM法）均無法評價CPF對結(jié)構(gòu)表層混凝土抗?jié)B性的改善；CPF只能改善結(jié)構(gòu)表面下很小的范圍，改善范圍的界定以及改善程度的梯度尚未解析出。采用英國女王大學(xué)開發(fā)的PERMIT與清華大學(xué)聯(lián)合對多種CPF、硅烷、有機(jī)涂層進(jìn)行了抗?jié)B性測試第四十八頁，共78頁。5.2.3混凝土套箱—承臺場內(nèi)預(yù)制封底止水長效止水1.概念設(shè)計—現(xiàn)澆改預(yù)制2.封底止水—保證干施工3.體系轉(zhuǎn)換—吊裝改支撐4.消能設(shè)計—套箱不開裂5.長效止水—提高耐久性體系轉(zhuǎn)換消能設(shè)計第四十九頁，共78頁。5.2.4有機(jī)涂層防護(hù)隔絕外界侵蝕性介質(zhì)

H2O、Cl-

、O2、CO2、SO42-凍融破壞氯鹽污染AAR鋼筋銹蝕硫酸鹽腐蝕青島海灣大橋?qū)Τ辈顓^(qū)和浪濺區(qū)的承臺、墩身進(jìn)行有機(jī)涂層防護(hù)第五十頁，共78頁。承臺、墩身涂裝承臺底~6.0m高程范圍內(nèi)全部涂裝；分三層施工（封閉底漆+中間漆+面漆）對混凝土表面的開口孔大小、數(shù)量和混凝土表面含水率要求較高CPF第五十一頁，共78頁。5.2.5外加電流陰極防護(hù)/保護(hù)

對于混凝土耐久性而言外加電流陰極防護(hù)/保護(hù)屬于輔助措施，但對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性而言，卻屬于根本措施；對新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

通較低的電流即可避免鋼筋銹蝕—防護(hù)作用；對舊有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

需通較大的保護(hù)電流才能阻止鋼筋的進(jìn)一步銹蝕—保護(hù)作用。

第五十二頁，共78頁。鈦網(wǎng)的固定及絕緣監(jiān)控必須避免鈦網(wǎng)與鋼筋接觸造成短路。在施工和澆注混凝土期間要實(shí)時監(jiān)控以保證電絕緣。第五十三頁，共78頁。5.2.6有機(jī)硅烷類浸漬防護(hù)涂覆工藝對混凝土基底要求較低，可直接在混凝土表面涂刷涂刷數(shù)日后，硅烷的顏色消失，混凝土恢復(fù)以前顏色；顏色逐漸消失一方面可擴(kuò)大其適用范圍，但也為偷工減料提供了便利，這可能限制了其在國內(nèi)的推廣。第五十四頁，共78頁。6.結(jié)構(gòu)耐久性保障措施實(shí)施難點(diǎn)6.1熱季大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工6.2寒季薄壁箱梁施工6.3施工期防止鋼筋污染6.4寒季下部結(jié)構(gòu)涂層施工6.5涂層本身的生化防護(hù)6.6濕接頭混凝土抗裂6.7支座灌漿材料的選擇第五十五頁，共78頁。6.1熱季大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工主塔承臺尺寸：≡23.25m×⊥42m×∟6m=5187.7m3

兩層澆筑（3m+3m）；共四層冷卻水管粗細(xì)集料35℃+水泥、礦粉55℃+粉煤灰30℃+0℃冰水=31℃砼；20kg冰屑+0℃冰水=27℃砼；28℃的入模溫度要求在2600m3海上連續(xù)澆筑情況下難以保證；入模溫度與澆筑后保溫選擇控制。冰水混合物，實(shí)測水溫0℃每方加入20kg冰屑第五十六頁，共78頁。6.2寒季薄壁箱梁施工為了提高施工進(jìn)度，現(xiàn)正籌劃冬季預(yù)制正在搭設(shè)暖棚，擬采用蒸養(yǎng)方式難點(diǎn)是如何有效保溫、控制降溫速率最薄處僅有22cm箱梁膠材含量高水泥比例高水膠比低拆模后溫度驟降可能造成溫度裂縫第五十七頁，共78頁。6.3施工期防止鋼筋污染澆筑細(xì)節(jié)及時清理分層澆筑大體積結(jié)構(gòu)澆筑時間長熱季施工混凝土失水快分層澆筑澆筑間隔時間長鋼筋間距小混凝土容易滯留第五十八頁，共78頁。6.4寒季下部結(jié)構(gòu)涂層施工膠州灣海域冰期從12月~次年2月海上會有浮冰混凝土表面冰膜環(huán)境溫度影響混凝土與涂層粘結(jié)性能的最關(guān)鍵的自然因素涂層低溫固化性能影響混凝土與涂層粘結(jié)性能的材料方面因素寒季涂裝質(zhì)量控制第五十九頁，共78頁。6.5涂層本身的生化防護(hù)青島棧橋墩柱海蠣子裹覆局部圖（無涂層）大橋承臺海蠣子常規(guī)涂層海蠣子體液pH為6.5，顯弱酸性，對混凝土耐久性不利，對涂層穩(wěn)定性影響未知；用艦船重防污漆可以解決海蠣子裹覆問題，但是膠州灣海域是海產(chǎn)品養(yǎng)殖重點(diǎn)區(qū)域；軍艦用防污漆settingclose第六十頁，共78頁。6.6支座灌漿材料的選擇1.作業(yè)空間狹小；2.灌漿耐久性要求高；3.灌漿工作性要求高；4.環(huán)氧類對界面要求干；5.水泥基類對界面要求濕潤；6.彈性模量、極限變形能力要求第六十一頁，共78頁。七、關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容及其創(chuàng)新介紹第六十二頁，共78頁。2.非通航段60m箱梁整垮預(yù)制吊裝技術(shù).1水下無底封混凝土套箱技術(shù)3.非通航段50m箱梁滑模施工技術(shù)4.通航段鋼箱梁大節(jié)段吊裝施工技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)使用第六十三頁，共78頁。承臺應(yīng)用水下無底封混凝土套箱技術(shù)

KeyConstructionMethod1第六十四頁，共78頁。箱梁預(yù)制混凝土套箱樁墩柱應(yīng)力吸收層止水條橡膠封裝置

預(yù)制鋼筋砼套箱：側(cè)板厚度30cm,底板厚52cm,高度為3.52m,主要作為承臺模板,同時作為永久結(jié)構(gòu),是防腐蝕措施的重要部分。第六十五頁，共78頁。施工過程中效果套箱內(nèi)抽水后效果第六十六頁，共78頁。KeyConstructionMethod2非通航段60m箱梁整垮預(yù)制吊裝技術(shù)

KeyConstructionMethod2

第六十七頁，共78頁。KeyConstructionMethod3非通航段50m箱梁滑模施工技術(shù)50m箱梁移動滑模施工第六十八頁，共78頁。通航段鋼箱梁大節(jié)段吊裝施工技術(shù)KeyConstructionMethod4鋼箱梁節(jié)段劃分圖第六十九頁，共78頁。第七十頁，共78頁。1.建設(shè)模式新

青島海灣大橋是經(jīng)青島市政府批準(zhǔn)采用特種經(jīng)營模式運(yùn)作，面向國內(nèi)外公開招標(biāo)的項(xiàng)目，2006年9月山東高速公路集團(tuán)有限公司獲得青島海灣大橋25年的特許經(jīng)營權(quán)，特許經(jīng)營期內(nèi)，青島海灣大橋與膠州灣高速公路捆綁經(jīng)營。七、創(chuàng)新內(nèi)容介紹

第七十一頁，共78頁。2.設(shè)計創(chuàng)新滄口航道橋采用主跨260m稀索鋼斜拉橋，塔、梁、索均為直線條，以簡潔輕盈