建筑与土木工程案例分析

洋山深水港东海大桥结构耐久性分析

陈小健

（江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏镇江212003）

摘要：本文以洋山深水港东海大桥为例，从海洋环境对东海大桥混凝土侵蚀的机理出发，对其进行结构耐久性分析。详细介绍了大桥结构的耐久性设计、检测与维护以及使用寿命的预测。本工程采用高性能混凝土作为提高其耐久性的主要技术措施，并取得了良好的效果，为今后我国跨海大桥的耐久性设计提供了参考和借鉴依据。

关键词：东海大桥；高性能混凝土；耐久性设计；检测与维护；使用寿命预测

Analysis on Structural Durability of Donghai Bridge of Yangshan

Deep-water Port

CHEN Xiaojian

(School of Civil and Architecture Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang Jiangsu

212003,China)

Abstract:Based on the case of Donghai Bridge of Yangshan Deep-water Port, through the Donghai bridge's durability failure mechanism in ocean environment, analysis on its structure durability were undertook. It introduced the durability design, detection and maintenance and service life prediction of the bridge in detail. This project used high-performance concrete to improve its durability as the main technical measures, and have achieved good results, thus it supply a reference for durability design of Chinese bay bridge in the future.

Key words:Donghai Bridge; high-performance concrete; durability design; detection and maintenance; service life prediction

1概述

上海东海大桥工程是上海国际航运中心的集装箱深水枢纽港的三大重要配套工程之一，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务，是我国第一座长距离跨海大桥。

大桥起始于上海南汇区芦潮港，北与沪芦高速公路相连，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛，全长32.5公里。按双向六车道高速公路的标准设计，桥宽31.5米，设计车速80公里/小时。大桥主体结构为混凝土结构，全桥混凝土用量约100万立方，设计使用寿命100年，于2005年5月建成通车。

2 东海大桥面临的耐久性问题

图1东海大桥

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。

在海洋环境下混凝土结构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。东海大桥位于典型的亚热带地区，严重的冻融破坏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。这样钢筋锈蚀破坏就成为最主要的腐蚀荷载。

混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发：一是海水中Cl-侵蚀，二是大气中的CO2使混凝土中性化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。在东海大桥周边沿海码头调查中亦证实[1]，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl-渗透速度，中等质量的混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此，影响东海大桥结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土中的Cl-渗透速度。

3东海大桥结构的耐久性设计

3.1构件暴露部位的划分

根据我国交通部《海港工程混凝土结构防腐技术规范》（JTJ275-2000）有关条文规定，海水环境结构部位划分为大气区、浪溅区、水位变动区及水下区。

根据国内外海工混凝土的实践经验，混凝土结构中钢筋腐蚀最严重的是浪溅区，其它依次是水位变动区、大气区、水下区。长期处于水下的混凝土结构由于缺乏供氧条件，钢筋腐

蚀极为缓慢。因此，在东海大桥设计时应根据各构件所处的环境条件，有针对性地采取不同的防腐蚀要求和措施。

3.2大桥结构构件的耐久性设计

大桥主结构（混凝土钻孔桩、承台、墩柱和箱梁等），根据所处的环境，取不同的保护层厚度，采用高性能混凝土为基本措施；对于混凝土保护层相对较小且位于浪溅或潮差区等部位，采用混凝土外保护涂层等附加措施。

结合结构设计对构件混凝土的强度等级要求，并考虑施工工艺和环境条件，对各部位混凝土采取的具体耐久性方案如表1。

图2构件暴露部位划分图

表1东海大桥海上段混凝土结构耐久性方案

结构部位海洋环境分类

保护层

厚度/mm 混凝土强

度等级

混凝土品种辅助措施

钻孔灌注桩水下区、桩头水位变动区70 C30 大掺量掺合料混凝土上部为不拆除的钢套管承台水位变动区、浪溅区90 C40 高性能混凝土

水位变动区、浪溅区部

位涂防腐蚀涂层墩柱水位变动区、浪溅区70 C40 高性能混凝土

水位变动区、浪溅区部

位涂防腐蚀涂层箱梁大气区40 C50 高性能混凝土——

桥面板大气区40 C60 高性能混凝土——