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【正文】 侵蝕 水可以滲入混凝土內(nèi)部 ,當其中溶入有害化學物質時 ,即對混凝土的耐久性造成影響更大。酸性物質對水泥水化物的侵蝕作用最大 ,酸性侵蝕的混凝土呈土黃色 ,水泥剝落 ,骨料外露。工業(yè)污染、酸雨、酸性土壤及地下水均可能構成對混凝土的酸性腐蝕。此外 ,濃堿溶液滲入結晶使混凝土被脹裂和剝落 。硫酸鹽溶液滲入后與水泥發(fā)生化學反應 ,體積膨脹同樣會造成混凝土破壞。 凍融破壞 滲入混凝土中的水在低溫下結冰膨脹 ,將從內(nèi)部 損傷混凝土的微觀結構。經(jīng)多次凍融循環(huán)后 ,損傷積累將使混凝土剝落、酥裂而降低混凝土的強度。 溫濕度變化的影響 混凝土會熱脹冷縮 ,同樣也會在干燥失水時收縮而在泡水浸潤后膨脹。這種作用的交替進行 ,特別在驟然發(fā)生時 (如夏季陽光暴曬下的混凝土受驟雨的沖刷 ),會因混凝土表層及內(nèi)部體積變化不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂縫。這些因膨脹不均而引起的損傷日積月累 ,導致混凝土內(nèi)部組織的破壞 ,最終會削弱結構抗力。 堿骨料反應 堿骨料反應是指混凝土中的水泥在水化過程中釋放出的堿金屬與含堿性骨料中的堿活性成分發(fā)生化學反應而生成堿活性物質。這種 物質在吸水以后體積膨脹 ,破壞混凝土的內(nèi)部結構 ,從而影響混凝土結構的使用。 機械和生物作用 反復的機械作用 (磨損、沖刷等 )會削弱混凝土結構 ,天長日久以后因損傷積累而影響抗力。其余如沖撞 ,碰擊等也會影響混凝土結構 ,生物的腐蝕作用也不能忽視。苔蘚及攀附生物對結構混凝土的損傷常見于城市排污工程及海洋工程 ,使這些構筑物的使用年限大大減小。 九、后張預應力混凝土結構 孔道壓漿質量控制風險分析 青島海灣大橋非通航孔橋長度占全部橋梁的 94％，造價占全部橋梁 75％，非通航孔橋均為后張預應力混凝土結構。 孔道壓漿是后張法預應力 梁中 的 關鍵技術，其質量的好壞直接影響到結構的安全性和耐久性。施工過程中必須通過改進壓漿材料和工藝，提高普通壓漿工藝青島海灣大橋 工程風險分析報告 23 質量的方法。 后張預應力混凝土 梁壓漿存在一些隱患。 1985 年 12 月位于英國南威爾士的 Vnys－ Gwas橋突然倒塌，隨后英國運輸與道路研究試驗室（ TRRL）對倒塌原因進行了深入的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)預應力混凝土 梁的孔道壓漿存在著嚴重的不密實現(xiàn)象。這就給氧化物、水分及其氧氣侵蝕預應力鋼束提供了條件，某些截面鋼束銹蝕嚴重，當鋼束截面減少到無法承受外加荷載時橋梁就會突然倒塌，這也引起了橋梁界對后張預應力混凝土梁中 孔道壓漿問題的普遍關注。 在后張預應力 混凝土 梁中如果采用無粘結預應力筋則不需要孔道壓漿，避免了壓漿不密實帶來的一系列問題， Vnys－ Gwas 橋突然倒塌后英國也一度提出了暫停使用有粘結預應力筋的決定。但是，有粘結后張預應力混凝土結構預應力筋和混凝土 的協(xié)同工作能力強，變形一致，與配筋相同的無粘結受彎構件相比，在受彎構件開裂后相同荷載下?lián)隙容^小，極限承載力也能提高 10％～ 30％。因此有粘結預應力混凝土結構仍將是后張預應力混凝土 橋梁發(fā)展的主流。 但是有粘結預應力 混凝土 的所有優(yōu)勢都是建立在預應力筋和混凝土粘結完好的基 礎上的。孔道壓漿的主要作用是為預應力筋與周圍 混凝土 之間提供可靠的粘結力確保 混凝土 與預應力筋的協(xié)同工作，傳遞預應力及保護預應力筋免受腐蝕。所以孔道壓漿是后張預應力結構的關鍵工序 ，其質量好壞直接影響到結構的安全性和耐久性。因此對海灣大 橋非通航孔橋后張預應力 混凝土 梁的孔道壓漿問題進行風險分析、對策研究具有至關重要意義。 如何提高孔道壓漿的質量，確保壓漿密實性有以下二種方法： 真空壓漿法 真空輔助壓漿工藝是傳統(tǒng)壓漿的基礎上將金屬波紋管改進成 PT－ PLUS 塑料波紋管，將孔道系統(tǒng)密封；一端由抽真空機將孔道內(nèi) 80％以 上的空氣抽出，并保證孔道真空度在 80％左右，同時壓漿端壓入水灰比為 ～ 的水泥漿。當水泥漿從真空端流出且稠度與壓漿端基本相同，再經(jīng)過特定的排漿（排水及微末漿）、保壓以保證孔道內(nèi)水泥漿體保滿。管道中間不設觀察孔。當然也可以根據(jù)需要設置一定數(shù)量觀察孔，但一定要注意保證觀察孔在抽真空時的密封性能，以防觀察孔漏氣導致抽真空失敗。 真空輔助壓漿工藝特點： （ 1）可以消除普通壓漿法引起的氣泡。同時，孔道中殘留的水珠在接近真空的情況下被汽化，隨同空氣一起被抽出，增強了漿體的密實度。 （ 2）消除混在漿體中的氣泡 。這樣就避免了有害水積聚在預應力筋附近的可能性，防止預應力筋的腐蝕。 青島海灣大橋 工程風險分析報告 24 （ 3）孔道在真空狀態(tài)下，減少了由于孔道高低彎曲而使?jié){體自身形成的壓力差，便于漿體充滿整個孔道。 真空壓漿工藝的局限性： 真空壓漿工藝復雜，需要特定的設備，造價高，對施工人員的技術要求較之普通壓漿工藝要高。另外最近在江蘇潤揚長江公路大橋南北錨碇孔道壓漿仿真試驗中，真空壓漿工藝的模擬效果不如普通壓漿工藝好，這說明在實際橋梁具體施工環(huán)境下如何把握真空壓漿工藝還有待進一步研究。 改進壓漿工藝 鑒于真空壓漿工藝目前存在的局限性，目前國內(nèi)橋梁 工程 中廣泛使用普通波紋管并采用常規(guī)壓漿方法的技術狀況還將持續(xù)相當長的一段時期 。因此通過改善壓漿材料和壓漿工藝改進普通壓漿法，提高灌漿質量 。 水泥漿是混合液體，必須充滿預應力束與管道之 間留下的復雜空間。合理的布置排氣口，正確地排氣和壓漿順序可排除困 住 的 空氣提高灌漿的質量，避免在孔道內(nèi)留下孔隙。在孔道最高點及其附近、錨具處、最低點均應設置排氣孔，其間距不宜大于 15m，灌漿一般從最低點開始，有多層管道的則先 灌下層再灌上層。從管道灌漿口到出漿口逐個封閉排氣口。 壓漿完成后，灌漿口、出漿口、排氣口、閥門等在封閉后不應拆除 或打開直至水泥漿凝固。 24 小時之內(nèi)孔道不能受振以免影響灌漿質量。 另外，經(jīng)驗豐富的灌漿工作人員對整個灌漿過程操作嫻熟，控制得當，將大大增加優(yōu)質灌漿得可能性。 十、自錨式懸索橋施工中的風險分析 10． 1 自錨式懸索橋簡介 自錨式懸索橋不同于一般的懸索橋 ,它不需要龐大的錨碇 ,而是把主纜錨固到橋面板或加勁梁的兩端 ,由它們來承擔主纜中的水平力。因此 ,端部支撐只需承擔拉索的豎向分力 ,這給不方便建造錨碇的地方修建懸索橋提供了一種解決方法。 因為加勁梁要承擔索力 ,所以必須在主纜架設之前完成。這種與一般懸索橋相反的施工順序使這種橋梁只局限于中等跨徑。不同于一般的懸索橋 ,自錨式懸索橋的計算必須考慮主梁中軸力的影響。 自錨式懸索橋的歷史發(fā)展 19 世紀后半葉 ,奧地利工程師約瑟夫朗金和美國工程師查理斯本德分別獨立的構思出青島海灣大橋 工程風險分析報告 25 自錨式懸索橋的造型。朗金首先在 1859 年寫出了這種設想 ,本德在 1867 年申請了專利。他們都沒用錨固在梁兩端的連續(xù)纜索 ,而是把主纜錨固到主梁的跨中位置。 1915 年 ,德國設計師在科隆的萊茵河上建造了第一座大型自錨式懸索橋。 建成于 1990 年 ,跨徑 300ｍ的大阪北港橋是自 1954 年以來修建的第一座大型自錨式公路懸索橋。它的開創(chuàng)性設計對研究自錨式懸索橋提出了進一步要求 (圖 1)。除了自錨 ,該橋還是第一座單索面大跨徑懸索橋 ,主纜和斜吊桿沿車道中心線在同一個豎直面內(nèi)。加大矢跨比到1∶ 6,比一般懸索橋的矢跨比要大 ,這樣可以減小主梁的軸力。加勁梁高 ,高跨比 1∶ 95,橋的外形非常輕巧。 圖 1 日本 1990 年建成的北港橋 表 1 列出了自錨式懸索橋的發(fā)展 自錨式懸索橋的評價 北港橋的成功說明自錨式懸索橋有能力達到 250～ 350ｍ跨徑。這種結構的優(yōu)點是 : 1） 不需修建大體積的錨碇。尤其在地質條件很差的時候 ,這一點顯得 特別重要。 2） 跨徑布置較靈活 ,可緊密地結合地形 ,即可作成一般的雙塔三跨懸索橋，也可作成單塔雙跨懸索橋。 但是 ,自錨式懸索橋也存在很明顯的缺點 : 1） 用鋼量大 ,造價昂貴。由于主纜直接錨固在加勁梁上 ,梁承受很大的水平軸向力。為了能抵抗這巨大的水平力 ,必須加大梁的截面 ,并且在梁的各板件上 ,設置很多加勁件 ,以防止梁和板件的壓屈。 2） 施工步驟的限制。由于主纜錨固在梁上 ,因此錨固跨的梁必須首先吊裝完成 ,才能架設主纜。這一點和一般懸索橋是不相同的 ,一般懸索橋是先架設主纜 ,再吊裝加勁梁構件 ,直至合龍 。而自錨式懸索橋必須 先吊裝梁 ,再架設主纜。因此在安裝梁時 ,不得不搭設臨時排架 ,吊裝大型梁的節(jié)段 ,增加了施工的麻煩。 青島海灣大橋 工程風險分析報告 26 3） 自錨式懸索橋在原理上近似于系桿拱 ,所以比普通的懸索橋超靜定次數(shù)要低 ,主梁必須很好的維修保護 ,防止破壞以避免災難性的垮塌。 4） 自錨式懸索橋還是一種不為人熟悉的結構 ,設計和計算還存在一些困難。 5） 錨固區(qū)局部受力復雜。 6） 相對地錨式懸索橋而言 ,由于主纜非線性的影響 ,使得吊桿張拉時的施工控制更加復雜。 表 1 主要的自錨式懸索橋 自錨式懸索橋的受力原理 自錨式懸索橋的上部結構包括 :主梁、主纜、吊桿、主塔 4 部分。傳力路徑為 :橋面重量、車輛荷載等豎向荷載通過吊桿傳至主纜承受 ,主纜承受拉力 ,而主纜錨固在梁端 ,將水平力再傳遞給主梁。由于懸索橋水平力大小與主纜的矢跨比有關 ,所以可以通過矢跨比的調(diào)整來調(diào)節(jié)主梁內(nèi)水平力的大小 ,一般來講 ,跨度較大時 ,可以適當增加矢跨比 ,以減小主梁內(nèi)的壓力。 10． 2 自錨式懸索橋施工的特點 自錨式懸索橋施工控制的目的是 :指導現(xiàn)場工程技術人員使圖紙上設計的懸索橋科學、安全、經(jīng)濟地在工地上得到實現(xiàn)。 自錨式懸索橋施工的特點可概括為下面幾個方面 : 1)懸索橋是由剛度相差很大的構件 (主纜、吊 索、梁 )組成的結構 ,與其它形式的橋梁相比 ,具有顯著可撓的特點。在整個施工過程中 ,懸索橋結構的幾何形狀變化較大。 2)懸索橋結構幾何形狀對溫度變化非常敏感。 3)施工各階段中消除誤差比較困難。在懸索橋的施工過程中 ,主纜一旦施工完畢 ,是無法調(diào)整其長度的。 施工控制的基本框架 自錨式懸索橋的施工控制由施工前的計算和施工中的控制組成。 1） 施工前的計算 青島海灣大橋 工程風險分析報告 27 施工前的計算內(nèi)容包括結構構件的無應力尺寸 (主纜、吊索的無應力長度、加勁梁段的無應力三維尺寸 )及鞍座、索夾等的預偏量。 2） 施工中的控制 自錨式懸索橋的施工按施 工場地的不同 ,可分為在工廠預制和在工地現(xiàn)場的澆筑、拼裝、架設。對鋼結構部分 ,如鞍座、組成主纜的索股、索夾、吊索、加勁梁段 ,是在工廠內(nèi)按無應力尺寸下料預制 ,然后運到工地拼裝、架設。因此 ,可以把懸索橋的施工控制再分為工廠預制時的精度控制和架設現(xiàn)場的安全、精度控制 2 部分。工廠預制時 ,各構件的制造精度可按規(guī)定的加工精度標準進行控制 ,容易得到保證。架設現(xiàn)場的安全、精度控制的內(nèi)容包括 :施工各階段的結構幾何形狀和內(nèi)力的計算及計算機模擬 ,誤差量測、反饋和調(diào)整 ,塔頂鞍座的合理頂推。 3） 程序系統(tǒng) 通過應用相關的專業(yè)軟件對施工 過程進行受力分析，來指導自錨式懸索橋的施工。 10． 3 青島海灣大橋大沽河航道橋簡介 大沽河航道橋 采用四跨連續(xù)半漂浮體系 ， 橋跨布置為 80+190+260+80=610 m。 本橋主梁采用低合金高強度結構鋼 Q345D（ GB/T 15911994） ， 采用分離式雙箱斷面，兩個封閉鋼箱梁之間用橫向連接箱連接，橫向連接箱順橋向間距為 12m，寬度為 3m。箱梁節(jié)段標準長度12m，全寬 46m（含中央橫向連接箱，外到外），主跨和邊跨鋼箱梁梁高 ， 80m 引跨鋼箱梁梁高 ，主纜在梁上錨固區(qū)域鋼箱梁采用整體式箱梁，在 中間位置梁高加高到 ，同時兩側鋼箱梁完成從 到 梁高的過渡。根據(jù)主梁構造不同，全橋分為 20 種類型 55個梁段。 本橋為自錨式懸索橋，兩根主纜錨固在加勁梁上，每根纜力超過一萬噸，巨大的纜力由加勁梁來承受。如何解決主纜的錨固問題將是本橋成敗的關鍵。錨固區(qū)段整箱范圍順橋向長度：主跨 63m，邊跨 57m； 兩側箱高為 ～ ，中間箱高為 （ ）～ 8m。錨固塊采用鋼殼灌注混凝土的方案， 一方面 承受較大的局部應力， 另一方面 作為壓重塊平衡主纜傳遞的較大上拔力。錨固塊厚度約為 7m，橫橋向混凝土填充 范圍為全寬。 全橋兩根主纜，主跨矢跨比 1:，邊跨矢跨比 1:，主纜在塔頂橫橋向間距 ，主纜后錨面中心 間 距 在 主跨側為 ，邊跨側為 。主纜的防護采用鋅粉膩子嵌縫加