【正文】 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(cè)為 ，邊跨側(cè)為 。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。如何解決主纜的錨固問題將是本橋成敗的關(guān)鍵。根據(jù)主梁構(gòu)造不同，全橋分為 20 種類型 55個梁段。 本橋主梁采用低合金高強度結(jié)構(gòu)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。 3） 程序系統(tǒng) 通過應用相關(guān)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。工廠預制時 ,各構(gòu)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。對鋼結(jié)構(gòu)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。 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(jié)構(gòu)構(gòu)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。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。 2)懸索橋結(jié)構(gòu)幾何形狀對溫度變化非常敏感。 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(gòu)件 (主纜、吊 索、梁 )組成的結(jié)構(gòu) ,與其它形式的橋梁相比 ,具有顯著可撓的特點。由于懸索橋水平力大小與主纜的矢跨比有關(guān) ,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。 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(jié)構(gòu)包括 :主梁、主纜、吊桿、主塔 4 部分。 5） 錨固區(qū)局部受力復雜。 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。而自錨式懸索橋必須 先吊裝梁 ,再架設主纜。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。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。 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。尤其在地質(zhì)條件很差的時候 ,這一點顯得 特別重要。 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。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。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)。 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。朗金首先在 1859 年寫出了這種設想 ,本德在 1867 年申請了專利。朗金和美國工程師查理斯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。 因為加勁梁要承擔索力 ,所以必須在主纜架設之前完成。 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。 24 小時之內(nèi)孔道不能受振以免影響灌漿質(zhì)量。從管道灌漿口到出漿口逐個封閉排氣口。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(zhì)量，避免在孔道內(nèi)留下孔隙。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(zhì)量 。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。 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。 （ 2）消除混在漿體中的氣泡 。 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。管道中間不設觀察孔。 如何提高孔道壓漿的質(zhì)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。所以孔道壓漿是后張預應力結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工序 ，其質(zhì)量好壞直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。 但是有粘結(jié)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(jié)完好的基 礎上的。但是，有粘結(jié)后張預應力混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)受彎構(gòu)件相比，在受彎構(gòu)件開裂后相同荷載下?lián)隙容^小，極限承載力也能提高 10％～ 30％。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(guān)注。 后張預應力混凝土 梁壓漿存在一些隱患。 孔道壓漿是后張法預應力 梁中 的 關(guān)鍵技術(shù)，其質(zhì)量的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。苔蘚及攀附生物對結(jié)構(gòu)混凝土的損傷常見于城市排污工程及海洋工程 ,使這些構(gòu)筑物的使用年限大大減小。 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(jié)構(gòu) ,天長日久以后因損傷積累而影響抗力。 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(zhì)。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。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。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。工業(yè)污染、酸雨、酸性土壤及地下水均可能構(gòu)成對混凝土的酸性腐蝕。 化學侵蝕 水可以滲入混凝土內(nèi)部 ,當其中溶入有害化學物質(zhì)時 ,即對混凝土的耐久性造成影響更大。 幾乎所有的混凝土表面都處在碳化的過程中 ,并且隨 著時間的推移碳化深度向內(nèi)滲透。幾十年的時間碳化深度才達到鋼筋的表面 ,從而消除鋼筋表面的鈍化膜 ——— 脫鈍 ,使鋼筋的銹蝕成為可能。但大氣中存在的酸性介質(zhì)及水通過各種孔道、裂縫而滲入混凝土 ,可以中和這種堿性。人們通常所說的“豆腐渣工程” ,一方面是偷工減料的結(jié)果 ,另一方面也與工人職業(yè)技能低下 ,施工質(zhì)量差有關(guān)。 （五） 人員素質(zhì)和環(huán)境因素 長期以來 ,混凝土建筑行業(yè)在人們印象中是一種又臟又累、技術(shù)含量低、低收入、枯燥乏味的工種 ,從事混凝土現(xiàn)場施工的通常是一個流動性大、知識層次低的勞動群體。 和易性 和易性是在保證質(zhì)地均勻 ,各組成成分不離析的條件下 ,適合施工要求的綜合性質(zhì) ,和易性好的混凝土易于攪拌均勻 ,運輸與澆筑過程不易發(fā)生骨料分離與泌水現(xiàn)象 ,振搗時流動性大 ,易于充 滿模板的各部分。含砂率在 28%～ 40%之間 ,傳播情況變化不大。對超聲波在混凝土中傳播狀態(tài)的影響情況表明 ,含砂率小于 28%,傳播速度增大 。 細骨料 混凝土中細骨料主要起填充、流化、增強等作用 ,細骨料要求有良好的連續(xù)級配 ,不是越粗越好 ,細骨料又可分為粗粒骨料 (粒徑不小于 )和微細骨料 (粒徑小于 )兩種 ,微細骨料與水泥等粉質(zhì)物質(zhì)具有相同的物理性能 ,粒徑微小的ＳｉＯ 2顆?？梢蕴畛湓谒囝w粒間 ,同時將水泥水化產(chǎn)生的Ｃａ (ＯＨ )2 轉(zhuǎn)化為ＣＨＳ凝膠 (即火山灰反應 ),有效地降低凝膠體與骨料界面間Ｃａ (ＯＨ )2 的富集 ,界面結(jié)構(gòu)得以改善 ,大幅度提高混凝土強 度 , 降低混凝土滲透性。 粗骨料 粗骨料在混凝土中起骨架作用 ,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中對最大粒徑的要求是不超過最小邊尺寸的 1/4 和鋼筋最小凈距的 3/4,在多層密布鋼筋結(jié)構(gòu)中不得超過鋼筋最小凈距的 1/2,同時最大粒徑不得超過 100ｍｍ ,這些要求顯得過松 ,現(xiàn)代技術(shù)對混凝土、骨料的微結(jié)構(gòu)性能研究表明 :水泥砂漿和粗骨料膠結(jié)界面由于水泥的物理化學反應形成許多界面裂紋 ,界面裂紋的大小與粗骨料的粒徑、表面狀態(tài)等密切相關(guān) ,粒徑大 ,界面裂紋就大 ,粒徑小 ,界面裂紋就小。如果在混凝土配合比設計中 ,僅以強度為控制指標 ,忽視了混凝土的耐久性 ,少用水泥 ,混凝土內(nèi)膠凝體相應不足 ,骨料間膠結(jié)、密實性差 ,減弱了混凝土的抗?jié)B性能 ,耐久性隨之降低。 水灰比越小 ,水泥漿就越稠 ,粘結(jié)力就越好 ,混凝土強度就越高 ,水灰比和混凝土的強度有密切關(guān)系 ,水灰比選擇恰當時 ,混凝土中空隙及毛細孔中水分在一定的齡期內(nèi)逐漸被水泥水化產(chǎn)物所取代 ,混凝土質(zhì)地致密抗?jié)B性好 。強度、耐久性和流動性是選擇合理配合比參數(shù)的主要依據(jù)?？梢娙绾未_定適當?shù)谋Ｗo層厚度對于防止鋼筋銹蝕非常重要。這種考慮在假設混凝土結(jié)構(gòu)完整 ,無有害裂縫存在時是完全合理的。環(huán)境條件越惡劣 ,要求保護層越厚 。尤其是處于預應力狀態(tài)下的預應力鋼筋、鋼絞線截面面積不大 ,加上應力腐蝕對截面的削弱 ,有可能發(fā)生脆性破壞。除摻入氯青島海灣大橋 工程風險分析報告 20 鹽以外 ,外界環(huán)境中也存在氯離子入侵的可能性。 氯離子有很強的活性 ,極易破壞鋼筋表面的鈍化膜而引發(fā)鋼筋的銹蝕。當然 ,侵蝕性的酸性介質(zhì)也是必須的 ,污染引起酸雨及其他有害物質(zhì)溶于水而通過孔道 ,縫隙進入混凝土 ,到達鋼筋表面引起銹蝕。 使混凝土中鋼筋銹蝕的首要條件是炭化和脫鈍 ,只有將覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜破壞 ,鋼筋的銹蝕才成為可能。當混凝土不夠致密或存在某些宏觀缺陷時 ,往往引起外部有害介質(zhì)的侵入，使鋼筋發(fā)生銹蝕膨脹，導致混凝土剝落和進一步開裂，最終引起結(jié)構(gòu)的劣化和失效。 要使混凝土結(jié)構(gòu)裂縫得到有效控制 ,最大限度地提高混凝土工程的耐久性 ,就必須加強科研 ,利用新技術(shù)、新方法 ,加強材料工程師、結(jié)構(gòu)設計者、施工人員等之間的合作關(guān)系 ,甚至通過宣傳教育使用戶對建筑物進行合理地使用和維護。我們必須認識到，除非找一種各方合作的方法，否則很難使混凝土達到良好的耐久性。而目前恰恰又缺少這方面的研究，因此加強裂縫 (宏觀或微觀 )特征的研究將對解決 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性發(fā)揮重要作用，也將成為一個新的研究發(fā)展方向。 混凝土裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生影響，主要是因為裂縫增大了混凝土的滲透性，使空氣中的有害氣體或物質(zhì)容易滲入混凝土內(nèi)，致使鋼筋鈍化膜較早破壞，鋼筋產(chǎn)生銹蝕。 由于其成因不同，對結(jié)構(gòu)的耐久性影響是不同的。 由于混凝土中的這些缺陷，環(huán)境中的水及侵蝕性介質(zhì)就可能滲入混凝土的內(nèi)部，產(chǎn)生碳化、凍融、銹蝕等作用而影響結(jié)構(gòu)的受力性能 ,并且建筑物在使用年限內(nèi)結(jié)構(gòu)還會 受到各種機械物理損傷 (磨損、撞擊等 )及沖刷、溶蝕、生物侵蝕的作用。此外，攪拌、澆筑和振搗時混凝土中還會加入氣體而形成氣泡、孔穴。這些并不連續(xù)的裂縫在受力或收縮、并在溫度作用下會互相貫通，形成裂紋并延伸到結(jié)構(gòu)混凝土的表面。 （一） 混凝土的缺陷對耐久性的影響 混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，作為金屬材料在酸性介質(zhì)作用下會受到銹蝕而被削弱；而作為結(jié)構(gòu)主體材料的混凝土也存在缺陷。 8． 2 影響耐久性的因素 混凝土結(jié)構(gòu)是由多種材料組成的復合人工材料，由于結(jié)構(gòu)本身的組成成分及承載力特點，其抗力有初期增長和強盛階段，在 外界環(huán)境和各種因素的作用下也存在逐漸削弱和衰落的時期；經(jīng)過一定年代以后，甚至會不能滿足設計應有的功能而“失效”。 耐久性問題一般開始時表現(xiàn)為對外觀和使用功能的影響 ,往往不存在安全問題。 耐久性問題往往由結(jié)構(gòu)的表層開始 ,一般都有明顯的外觀特征 ,如裂縫、銹漬、剝落等。 8． 1 耐久性問題的特點 耐久性問題具有以下特點 : 引起結(jié)構(gòu)耐久性問題的因素往往有 多個。在這一區(qū)域 ,潮汐時 ,混凝土直接受到海水的沖刷、浸泡 。另外 ,如果水灰比控制不嚴 ,施工質(zhì)量較差 ,混凝土振搗不密實 ,甚至出現(xiàn)蜂窩麻面等現(xiàn)象 ,這些都會加劇鹽溶液環(huán)境對混凝土的侵蝕 ,使結(jié)構(gòu)變得松軟 ,強度降低 ,耐久性下降。眾所周知 ,混凝土在海洋環(huán)境中會發(fā)生侵蝕破壞 ,這種破壞的主要原因是混凝土遭受環(huán)境中氯離子、鎂離子和硫酸根的侵蝕 ,這些有害離子通過混凝土孔隙進入到內(nèi)部 ,并與混凝土中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣作用生成新的鹽類物質(zhì) ,生成的難溶鹽類物質(zhì)往往產(chǎn)生較大的體積膨脹 ,在孔隙的內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應力 ,長期的