胶州湾跨海大桥案例分析整理

★聚羧酸系减水剂—
非预应力砼结构Air ≤4%；预应力砼结构的Air ≤2%；
4.2 混凝土的配制
参考《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，《混凝土和混凝土 结构耐久性的欧洲标准》，《高性能混凝土》，《混凝土结构耐久性 设计规范》（送审稿），《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》等相关 规范。主要采取如下技术措施来保证混凝土的耐久性：
• 3.2 不同构造物的服役年限 • 3.3 服役环境分区及作用等级 • 3.4 混凝土耐久性参数设计
3.1 提高混凝土耐久性的重要性
除通航孔桥采用钢结构以外，其他结构均采 用钢筋混凝土结构，全桥共用混凝土200多万方。
无论是从可持续发展还是从节约维护成本的 角度，提高大桥混凝土的耐久性是保障大桥合理 投资、高效运营、利润最大化的根本手段。
G22
100 2011 6 30
36.48 4
项目概况
胶州湾跨海大桥(又称青岛海湾大桥)
•项目位于中国山东省青岛市，为全长：28.047 km •（海上25.171 km、陆侧接线2.876 km) 公路桥梁。 •是胶州湾东西两岸跨海通道“一路、一桥、一隧”中的“一桥”。 2012年世界吉尼斯纪录：世界最长跨海桥梁。 该桥整体设计成 “T” 型，连接青岛，黄岛与红岛。 大桥提高抗震，台风，及抗船舶撞击能力，设计使用年限100年。 桥面平均宽度35m，双向六车道
1.1 地理位置
青 岛 至 银 川 高 速 公 路
青 岛 海 湾 大 桥
国道主干线青岛至兰州高速公路的起点段，位于青岛市 胶州湾内，连接青、红、黄岛。 胶州湾高速公路
青岛海湾大桥
青岛-黄岛海底隧道
我国北方寒冷冰冻海域的首座特大型桥梁集群工程
区域自然特点
1.冰冻:
年平均有50次左右的冻融循环;
2.含盐度高:
1.4 典型混凝土构造物
• • • • • • • 1.4.1 钻孔灌注桩 1.4.2 承台 1.4.3 墩身 1.4.4 箱梁 1.4.5 塔柱 1.4.6 湿接头 1.4.7 防撞墙
1.4.1 钻孔灌注桩
桩基直径1.2~2.5m； 独桩独柱/群桩。
1.4.2 承台
排出海水直至涂装验收
7m×7m×2.5m
4.1 原材料的选择 4.2 混凝土的配制 4.3 混凝土的施工 4.4 混凝土的养护
4.1 原材料的选择
原材料主要包括水泥、粉煤灰、磨细 矿粉、聚羧酸系减水剂、引气剂、砂、碎 石、水。 ★粉煤灰—
烧失量（≤5%）、需水量比（ ≤100%）
★磨细矿粉—
烧失量（≤3%）、活性指数28d（≥90%）、比表面积 （360~440m2/kg）
MA T10 0 硅 烷 防 水 涂 料 佐 敦 防 污 漆
Fo rm te x
江 银
普
CD
Cl as si c
5.2.3 混凝土套箱—承台
场 内 预 制 1.概念设计—现浇改预制 2.封底止水—保证干施工 3.体系转换—吊装改支撑 4.消能设计—套箱不开裂 5.长效止水—提高耐久性
消 能 设 计
青岛海湾大桥
建设条件 结构耐久性技术 施工简介
姓名：王生 学号：211607020005
全年公经大一湾成四路家建大青 线完里红桥桥东部横的高造桥岛 通工，岛起、西分一起速的，海 车。投到自一两，环点公特是湾 大资黄青隧岸是”段路大我大 桥额岛岛”跨青公，网跨国桥 于近，主中海岛路是 海自又 大城的通市网山青大行称 年亿桥区“道规上东兰桥设胶 ，全海一“划框省高。计州 月历长尔桥一的架“ 它、湾 速 时 路”路胶的五公是施跨 日 ，。、州组纵 国工海 、 .
• 特许经营期内，与胶州湾高速捆绑经营。
2. 大桥建设条件
• 2.1 气候条件 • 2.2 水域条件
2.1 气候条件
桥位区属季风气候区，季节变化较明显。 • 冬半年（10月至翌年的3月）呈大陆性气候 特点；12月下旬开始结冰，2月中旬消失， 冰期约60天；冻融循环是影响大桥钢筋混凝 土结构耐久性的关键因素之一。 • 夏半年（4月至9月）空气湿润，雨量充沛， 日温差小，呈现海洋性气候特征；月平均 温度16~25℃。
4.通航、航空双重限制:
沧口航道桥通航标准为1万吨轮船，通航 净空为190×47m，航空限高为88.3m，桥面以 上塔高仅38.434m，拉索布置的空间受限。
1.3主体结构组成
黄岛 胶 青岛
红岛互通
沧口航道 李村河互通 红岛连接线
标识站
州
湾
红岛航道
大沽河航道
收费站 收费站 青岛海湾大桥
红岛
大桥规模：全长35.4km，一期28.9km,海上段27.1km,陆上0.8km;红岛连接线1.3km 通航孔桥：沧口航道桥、红岛航道桥、大沽河航道桥； 互通两个：李村河互通、红岛互通
模 通 钢
-12
2
0.123
0.307
0.452 0.083 0 0
常规方法（电通量法和RCM法）均无法评价CPF对结构表层混凝土抗渗性的改善； CPF只能改善结构表面下很小的范围，改善范围的界定以及改善程度的梯度尚未解析出。
Ze md ra in
采用英国女王大学开发的PERMIT 与清华大学联合对多种CPF、 硅烷、有机涂层进行了抗渗性测试
本桥的防撞墙 鉴于济南某高架桥防撞墙（经过1个冬季后）提前破坏的教训 本桥对防撞墙的抗冻能力作了明确规定（300次，DF＞75%）
1.2 投资、建设、运营模式
• 采取特许经营权模式运作，全球公开招标 确定项目法人；
25年 90.4亿元 3.5年 2010年底
• 山东高速集团中标，承担大桥的投资、建 设、运营、维护以及胶州湾高速的拓宽；
3.3 服役环境分区
防腐涂层范围： 承台底~+6.0 米
根据胶州湾海域100年一遇的设计波要素 划分出服役环境的界限，作为耐久性设计的依据
3.3 服役环境作用等级
3.4 混凝土耐久性参数设计
4. 保障混凝土耐久性的技术措施
胶州湾海域的高含盐度以及每年50次左右的 自然冻融循环是大桥混凝土耐久性必须解决的根 本技术问题。 抗氯离子渗透能力高和抗冻融耐久性高的混 凝土对该桥而言就是高性能混凝土。
钢模板+CPF
钢套箱
承台采取 HPC + CPF + 涂层
1.4.3 墩身
• • • • • • • •
钢围堰排水 围堰内立钢模 钢模内贴CPF 带CPF养护3天 保湿养护14天 18天龄期涂装 7天后检测涂层 验收后拆围堰
1.4.4 箱梁
主线采用工场预制 海上吊装 60m，2000t （5孔一联）
封 底 止 水 体 系 转 换
长 效 止 水
5.2.4 有机涂层防护
6度
通航净空尺度和通航孔数量
航空限高 船舶撞击力标准
3.2 不同构造物的服役年限
服役年限要求的不同，决定了耐久性设计的 等级。 混凝土结构主要包括：钻孔灌注桩、承台、 墩身、塔柱、箱梁、湿接头、防撞墙。 下部结构（桩、承台、墩身）及承载的上部结 构（塔柱、箱梁、湿接头）均属于服役期内不可 更换部分，其服役年限与大桥相同；而防撞墙属 于可更换部分，允许在大桥服役期内进行更换。
桥位区海冰严重
2.2 水域条件
• 胶州湾内海水含盐度较外海高，湾内有盐场； • 海水含盐度高是影响大桥钢筋混凝土结构耐 久性的关键因素之二；
项目
青岛海湾大桥
杭州湾跨海大桥
东海大桥
含盐度
29.4～32.9‰
10～15‰
10～25‰
3. 混凝土耐久性设计及参数指标
• 3.1 提高混凝土耐久性的重要性
5.1 根本措施
• 5.1.1 海工高性能混凝土
（抗氯离子渗透，抗冻融循环）
• 5.1.2 设计合理的钢筋保护层厚度
5.1.1 海工高性能混凝土
• 降低胶凝材料用量—选择优质集料，合理配置砂 抗渗、抗冻、防撞 石比例，提高单方集料用量，使用高效减水剂； • 大掺量矿物掺合料（≈65%）+低水胶比 （0.38~0.35）+引气—下部结构（桩基、承台、
5.2.1 钢护筒— 钻孔灌注桩
12 m m 厚 钢 板
立 钢 围 堰 前
灌注桩一般低潮位不露出水面 钢材在缺氧条件下腐蚀速率较慢 砼可在绝湿恒温条件下养护数十年 此后混凝土的质量如何？更好？！
5.2.2 使用透水模板布（CPF）
• CPF是粘附于钢性模板内壁与混凝土接触， 能够排出结构表面混凝土的多余拌合水的 产品； • 一般为2~3层结构，分别具有透水透气和排 水功能； • 市面上CPF种类及代表产品： 排水—德国Zemdrain 、Classic ，日本CD MAT-100等 排水+蓄水—丹麦Formtex，中国TJ80-X等
主要内容
• • • • • • • 1. 大桥概况 2. 大桥建设条件 3. 混凝土耐久性设计及参数指标 4. 保障混凝土耐久性的技术措施 5. 钢筋混凝土结构耐久性保障措施 6. 结构耐久性保障措施实施难点 7、关键技术内容及其创新介绍
1.青岛海湾大桥概况
• 1.1 地理位置 • 1.3 主体结构组成 1.2 投资、建设、运营模 1.4 典型构造物
二、主要技术标准
道路等级
桥梁结构设计基准期 车辆荷载等级 桥梁标准宽度 抗风设计标准 设计洪水频率 地震基本烈度和设防标准
300年一遇
通航净空尺度和通航孔数量
航空限高 船舶撞击力标准
二、主要技术标准
道路等级
桥梁结构设计基准期 车辆荷载等级 桥梁标准宽度 抗风设计标准 设计洪水频率 地震基本烈度和设防标准
根据大桥的服务寿命、结构型式和服役环境 等特点，提出需重点控制混凝土的抗氯离子渗透 性和抗冻融耐久性。
二、主要技术标准
道路等级 桥梁结构设计基准期 车辆荷载等级 桥梁标准宽度 抗风设计标准 设计洪水频率 地震基本烈度和设防标准 通航净空尺度和通航孔数量 航空限高 船舶撞击力标准
使用阶段设计重现期 100年 施工阶段设计重现期 20年
墩身）
• 低水胶比（0.32）+大掺量矿物掺合料 （ ≈50% —矿粉为主）+引气 — 上部结构（箱
梁、塔柱）
张拉龄期，除冰盐破 坏
5.1.2 设计合理的钢筋保护层厚度
5.2 辅助措施
• 5.2.1 钢护筒— 钻孔灌注桩
• 5.2.2 透水模板布—承台、墩身
• 5.2.3 混凝土套箱—承台
• 5.2.4 有机涂层防护—承台底 ~ 6.0m高程 • 5.2.5 外加电流阴极保护—通航孔桥承台、塔柱 • 5.2.6 有机硅烷类浸渍防护—箱梁湿接头
胶州湾海域海水含盐度为29.4%～32.6% ,
是国内其它跨海大桥含盐度的2倍;
桥型：双塔钢箱梁斜拉桥 桥跨布置：80 + 90+ 260+ 90+ 80 =600m
区域自然特点
3.环保要求高:
项目所在城市—青岛市为国家级旅游城市， 大桥的建设首先要与环境协调。大桥所处海域 是养殖、旅游重点区域，对建设、运营期间环 保要求很高，对设计及施工质量要求均较高。
连接线、匝道 滑移模架现浇 30，40，50m （2~3孔一联）
1.4.5 塔柱
主塔爬模施工（4.5m/节） ，初期防风保温处理
1.4.6 湿接头
两片预制梁接合处 顺梁长度方向： 最宽处1.4m，最窄处0.8m
永久支座灌浆之后，支模、浇筑、养护 湿接头与箱梁接合部位采取硅烷浸渍防腐处理
1.4.7 防撞墙
4.4 混凝土的养护
• 立面结构—承台、墩身侧面
☆早期保湿养护—采用有蓄水功能的CPF，3天拆模 ☆持续保湿养护—薄膜包裹，顶部持续淋淡水至14d 龄期
• 立面结构—箱梁侧壁
☆拆模后喷洒养护剂
• 平面结构—承台、墩身顶，箱梁顶
☆土工布撒水、新型高效节水养护膜
5. 钢筋混凝土结构耐久性保障措施
• 5.1 根本措施 • 5.2 辅助措施
大掺量矿物掺合料（50~65%）
提高抗Cl-渗透性
适当降低水胶比（0.38~0.31）
提高抗冻融能力
适当引气（4~6%，3~4%）
4.3 混凝土的施工
混凝土的质量Q f [a(设计水平)，b(材料质量），c(施工质量） ]
若施工没有保证，其他都是空谈！
• 组分较多—适当延长搅拌时间（2.5~3min） • 大体积构件—控制混凝土入模温度（28~30℃） • 海水侵蚀机会大—钢围堰不间断抽水
CPF粘结
CPF施工及作用机理
CPF+钢板立 模
多种CPF对 比试验
排出表面水 分
使用CPF后效果
普通钢 模板 CPF
表层下 2~3mm即有 可视气泡
CPF表面几乎 无可视气泡
带CPF养护3d+ 7d回弹硬度提高 30%
CPF对表面混凝土抗渗性改善
m /s) 氯离子扩散系数（10
2 1.8 1.662 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0