■王登輝

(福建省高速公路達(dá)通檢測(cè)有限公司，福州 350005)

1 工程概況

安海灣特大橋主橋位于泉州晉江市東石鎮(zhèn)與泉州南安市石井鎮(zhèn)之間的安海灣海域， 安海灣特大橋主橋?yàn)?70m 鋼-混組合連續(xù)剛構(gòu)橋， 跨徑組合為135m＋300m＋135m，其中鋼箱梁吊裝段長(zhǎng)度103m。 主墩采用雙肢薄壁墩，過(guò)渡墩采用實(shí)心墩，鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。 橋型布置如圖1。

該項(xiàng)目是海西高速公路網(wǎng)“三環(huán)”中泉州環(huán)線和“三十三聯(lián)”中泉廈漳城市聯(lián)盟路的重要組成部分，采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)公路I 級(jí)，設(shè)計(jì)速度100km/h，雙向六車道，路基寬度33.5m。 橋址位于閩南沿海地區(qū)，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，受季風(fēng)影響，溫和濕潤(rùn)，雨量充沛，四季分明。 距離安海灣灣口約2.7km 處，灣內(nèi)水動(dòng)力狀況受地形及外海潮汐、風(fēng)浪的影響。因此海洋環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的腐蝕作用， 為了確保100 年的設(shè)計(jì)使用壽命，橋梁耐久性質(zhì)量控制至關(guān)重要。

圖1 安海灣特大橋主橋橋型布置圖(單位：cm)

2 腐蝕環(huán)境分析

2.1 腐蝕環(huán)境影響

安海灣特大橋跨越的安海灣，寬約1.8km，位于入?？?，屬于海洋環(huán)境，防腐要求高，每日潮漲潮落各兩次，水流動(dòng)力條件較強(qiáng)勁，船只來(lái)往頻繁，且橋址臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，根據(jù)水質(zhì)分析成果，并按照規(guī)范《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTG C20-2011)附錄K，對(duì)所取得地表水、地下水樣進(jìn)行綜合評(píng)定分析， 本橋址對(duì)處于長(zhǎng)期浸水狀態(tài)下的混凝土中的鋼筋有弱腐蝕性， 對(duì)處于干濕交替狀態(tài)下的混凝土中鋼筋具有強(qiáng)腐蝕性。

2.2 環(huán)境作用等級(jí)

本橋址區(qū)設(shè)計(jì)最高通航水位4.26m，最低通航水位-2.959m，最高潮水位4.72m，最低潮水位-3.27m，其中本橋承臺(tái)頂面高程為4.30m。 根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本橋址區(qū)部分段落為無(wú)掩護(hù)條件的海水環(huán)境， 根據(jù)水位情況將環(huán)境劃分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)及水下區(qū)，其范圍見(jiàn)表1。同時(shí)依據(jù)《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》，安海灣地處環(huán)境的環(huán)境作用等級(jí)劃分情況見(jiàn)表2。

表1 環(huán)境分區(qū)范圍表

表2 環(huán)境作用等級(jí)劃分

2.3 腐蝕類型

本橋址海域環(huán)境氣候?qū)儆趤啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕較嚴(yán)重， 該項(xiàng)目所處環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的危害主要是海風(fēng)、海霧、海水中氯離子侵蝕引起鋼筋銹蝕，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的危害主要是均勻腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。

3 海工高性能混凝土耐久性質(zhì)量控制

3.1 耐久性設(shè)計(jì)原則

根據(jù)環(huán)境類別及腐蝕特點(diǎn)， 大橋主橋鋼筋混凝土上下部結(jié)構(gòu)采用海工高性能混凝土配合比耐久性設(shè)計(jì)和適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度的基本防腐措施， 同時(shí)針對(duì)不同結(jié)構(gòu)部位增加相應(yīng)的附加防腐措施。

3.2 海工高性能混凝土配合比耐久性設(shè)計(jì)

海工混凝土具高工作性、高耐久性，經(jīng)常受到浪花濺擊的結(jié)構(gòu)所用混凝土，都屬海工混凝土。海港工程所采用的高性能混凝土， 除應(yīng)具有高耐久性、 高抗氯離子滲透性、 高尺寸穩(wěn)定性外， 尚應(yīng)具有良好的工作性及較高強(qiáng)度。 配制高性能混凝土原材料應(yīng)選用:

(1)準(zhǔn)稠度低、強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 的中熱硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等優(yōu)質(zhì)水泥；

(2)細(xì)骨料宜選用級(jí)配良好、細(xì)度模數(shù)在2.6～3.2 的中粗砂；

(3)粗骨料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好、針片狀少、空隙率小的碎石，其巖石抗壓強(qiáng)度宜大于100MPa,或碎石壓碎指標(biāo)不大于10%的級(jí)配良好的優(yōu)質(zhì)骨料；

(4)必要時(shí)摻加優(yōu)質(zhì)摻合料和與水泥匹配的高性能減水劑。

根據(jù)《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》，海工高性能混凝土拌合物還需符合表3 所示的技術(shù)指標(biāo)。

表3 海工高性能混凝土技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及海工高性能混凝土配合比耐久性設(shè)計(jì)要求， 本項(xiàng)目安海灣特大橋主橋各混凝土配合比設(shè)計(jì)及物理、力學(xué)性能匯總示于表4、表5 和表6。

表4 主橋各部位強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)

表5 主橋混凝土配合比設(shè)計(jì)-每立方混凝土材料用量(kg)

表6 主橋混凝土物理及力學(xué)性能情況

我們?cè)谥鳂蚧炷林袚饺氲V渣粉， 礦渣粉作為一種活性摻合料， 摻入混凝土中能夠顯著提高混凝土的抗?jié)B性，也可提高混凝土的粘聚性。并且在混凝土中添加Ⅰ級(jí)原狀粉煤灰，提高混凝土的密實(shí)性，改善和易性。 為了降低拌和用水量，混凝土中采用聚羧酸類高性能減水劑，增強(qiáng)骨料與拌和物的粘結(jié)力，促進(jìn)材料顆粒的分散，提高混凝土的流動(dòng)性。 因此主橋上下部結(jié)構(gòu)混凝土物理性能優(yōu)良，28d 強(qiáng)度等級(jí)大于試配強(qiáng)度要求，滿足高性能、高耐久性性能要求， 同時(shí)主橋各部位海工高性能混凝土的84d 混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM，0 試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，滿足耐久性設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)海工高性能混凝土配合比， 根據(jù)JGJ 55-2011 規(guī)范要求，將混凝土中堿含量控制在3.0kg/m3以內(nèi)，并摻加適量粉煤灰和?；郀t礦渣粉等礦物摻合料，對(duì)預(yù)防混凝土堿-骨料反應(yīng)具有重要意義。對(duì)于浪濺區(qū)強(qiáng)腐蝕性高的下部結(jié)構(gòu)，標(biāo)高+7.79m 以下墩身及承臺(tái)混凝土摻加疏水化合孔栓物，疏水化合孔栓物須以30L/m3的比例加入， 需配合高性能減水劑使用， 依照BS1881：Part122 的檢測(cè)方法測(cè)定7d 齡期混凝土30min 吸水率不超過(guò)1.0%。 克汰(疏水化合孔栓物)，是添加于混凝土中的特別成份，能有效的減少吸水率提高滲透性，并在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間抑制腐蝕， 替代了涂層及其它對(duì)混凝土和鋼筋的防水抗腐措施，并增加了耐久性，能良好的應(yīng)用于本項(xiàng)目安海灣特大橋上。

表7 海工高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

3.3 混凝土最小保護(hù)層厚度控制

研究表明， 增加保護(hù)層厚度可以明顯推遲腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間， 并可增強(qiáng)抵抗鋼筋腐蝕造成的脹裂力。本項(xiàng)目鋼筋籠保護(hù)層墊塊采用綁扎砼輪型墊塊，砼墊塊半徑大于保護(hù)層厚度，中心穿鋼筋焊在主筋上，每隔2m 左右設(shè)一道，每道沿圓周對(duì)稱設(shè)置不小于4 塊。 在墩柱施工中使用高強(qiáng)度砂漿墊塊， 其中在墩柱上應(yīng)使用圓餅型高強(qiáng)砂漿墊塊，確保鋼筋保護(hù)層符合要求，砼表面無(wú)漏筋和露塊現(xiàn)象。 同時(shí)梁片的保護(hù)層墊塊使用梅花形高強(qiáng)度砂漿墊塊，確保墊塊能承受足夠壓力而不破碎，綁扎牢固可靠，縱橫向間距均不得大于0.8m，梁底位置不得大于0.5m，確保每平方米墊塊數(shù)量不少于4 塊。 所以安海灣特大橋主橋上下部結(jié)構(gòu)混凝土保護(hù)層厚度控制見(jiàn)下表8。

3.4 混凝土結(jié)構(gòu)附加防腐措施

為了降低后期橋梁養(yǎng)護(hù)工作量, 提高重要構(gòu)件的耐久性,確保橋梁100 年使用壽命,對(duì)重要構(gòu)件增加了附加防腐措施如下：

(1)下部結(jié)構(gòu)施工鋼護(hù)筒防腐采用涂層的防護(hù)方法：使用前對(duì)鋼管進(jìn)行工廠化外壁涂層涂敷。 鋼護(hù)筒防腐涂裝方案、護(hù)筒涂裝長(zhǎng)度見(jiàn)下表9 和表10。

⑵墩柱標(biāo)高+7.79m 以下墩身表面、墩身施工縫兩側(cè)各30cm 范圍內(nèi)、承臺(tái)頂面采用有機(jī)硅烷涂裝，硅烷檢測(cè)及驗(yàn)收評(píng)定參照《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTJ 275—2000)。吸水率平均值不應(yīng)大于0.01mm/min1/2，浸漬深度應(yīng)達(dá)到4mm，氯化物吸收量的降低效果平均值不小于90%。

表8 混凝土保護(hù)層厚度控制

表9 鋼護(hù)筒防腐涂裝方案

表10 護(hù)筒涂裝長(zhǎng)度

⑶承臺(tái)側(cè)面和底面使用直徑φ12 間距10cm×10cm雙相不銹鋼鋼筋網(wǎng)片，側(cè)面網(wǎng)片凈保護(hù)層厚度為4.2cm，底面網(wǎng)片凈保護(hù)層厚度為5cm， 網(wǎng)片與內(nèi)部普通鋼筋絕緣處理。為保證不銹鋼鋼筋網(wǎng)片的防裂和防腐效果，采用電弧焊或等離子焊接的方式。

表11 預(yù)埋件防腐要求

⑷主橋橋面系防撞護(hù)欄及伸縮縫裝置的預(yù)埋鋼筋外露部分待表面處理后，涂鋅加一道，厚度40μm。箱梁各種永久外露預(yù)埋鋼板(包括體外束減振限位裝置、體外束導(dǎo)向管、合龍定位骨架及現(xiàn)澆接縫臨時(shí)定位裝置)和預(yù)埋螺栓的防腐處理見(jiàn)表11。

⑸伸縮裝置槽口的后澆混凝土中摻入聚丙烯纖維，含量為0.9kg/m3，并進(jìn)行試拌，保證其和易性。

4 鋼箱梁防腐措施

(1)對(duì)于鋼構(gòu)件來(lái)說(shuō)，防腐質(zhì)量的好壞將直接影響構(gòu)造物的力學(xué)性能和耐久性， 所以嚴(yán)格控制防腐施工質(zhì)量是鋼箱梁耐久性高低的重點(diǎn)之一。

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求， 本項(xiàng)目主橋鋼箱梁除銹等級(jí)為Sa3 級(jí)，根據(jù)工廠實(shí)際情況采用噴砂方法進(jìn)行除銹，砂子采用無(wú)鹽分和無(wú)污染的石英砂， 并采用重防腐油漆涂裝(陰極保護(hù))與電弧噴鋁復(fù)合涂層防腐進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，梁體鋼構(gòu)件表面的具體涂裝方案見(jiàn)表12。

表12 鋼梁(含剪力釘)各部位防護(hù)涂裝方案

螺栓連接部分摩擦面涂裝要求如下：

①表面處理：噴砂處理，清潔度：Sa3.0 級(jí)，粗糙度：60～100μm；

②電弧噴鋁：鋁層厚度為150±50μm，抗滑移系數(shù)出廠值≥0.55，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)值≥0.45；

③栓接后現(xiàn)場(chǎng)處理： 高強(qiáng)度螺栓栓接后的外露鋁涂層、螺栓，經(jīng)打磨露出新鮮鋁涂層及凈化處理后，涂刷特制環(huán)氧富鋅封閉底漆1 道， 然后進(jìn)行相應(yīng)部位后續(xù)中間漆與面漆的涂裝處理。 栓接間隙用密封膠密封(如聚硫密封膠等)。

(2)為保證涂裝質(zhì)量的耐久性應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行過(guò)程質(zhì)量檢測(cè)：

①在涂裝過(guò)程中對(duì)溫度、 濕度和周圍環(huán)境等涂裝作業(yè)環(huán)境進(jìn)行檢驗(yàn)；

②在涂裝過(guò)程中對(duì)涂裝間隔時(shí)間和涂膜外觀進(jìn)行檢驗(yàn)；

③涂裝過(guò)程中使用漆膜厚度儀對(duì)底漆涂層、 鋅鋁涂層以及完整的涂裝體系的涂層厚度分別進(jìn)行檢驗(yàn)；

④涂裝過(guò)程中采用抽樣法對(duì)涂層附著力進(jìn)行檢驗(yàn)，涂層附著力可以是鋼基體和涂層間附著力， 也可以是完整涂裝體系層間附著力。

5 總結(jié)

本文結(jié)合本工程安海灣特大橋主橋項(xiàng)目的特點(diǎn)，從海洋腐蝕氣候環(huán)境、 海工高性能混凝土配合比耐久性設(shè)計(jì)、保護(hù)層厚度控制措施、混凝土附加防腐措施、鋼箱梁防腐措施等多方面來(lái)分析， 通過(guò)從主橋整體各結(jié)構(gòu)耐久性的質(zhì)量控制來(lái)保證安海灣特大橋主橋全壽命周期，為其提供質(zhì)量技術(shù)保障， 并為其今后的通車運(yùn)營(yíng)發(fā)揮良好的經(jīng)濟(jì)效益。