1、青岛海湾大桥工程建设风险分析一、工程概况11工程概况图11 青岛海湾大桥工程地理位置图青岛海湾大桥是青岛市道路交通网络布局中胶州湾东西岸跨海通道的重要组成部分，也是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部分。本工程的建成将进一步完善青岛市东西跨海交通联系，促进青岛市经济战略西移，解决黄岛前湾港外贸集装箱的疏运，缓解青岛胶州湾高速公路日趋饱和的交通压力，扩大青岛市城市主骨架，缩小青岛、红岛、黄岛三岛的时空距离，加强主城区与两翼副城区的联系，发挥青岛市在山东省经济发展的龙头作用，加快胶州半岛城市群体的发展等方面，将起到极大的促进作用。本项目起点自青岛侧李村河口处，终点位于黄岛侧龙泉王家，起终2、点均与胶州湾高速公路相接，路线全长约27.6km，其中包括沧口航道桥（K11+890）、红岛航道桥（K22+340）和大沽河航道桥（K26+790）、海上非通航孔桥和路上引桥、红岛连接线，李村河和红岛两个互通立交，红岛和黄岛侧接线道路工程。12工程气象、水文、地质（一）、气象1、桥区属季风气候区，气候季节变化较明显。冬半年（10月至翌年的3月）呈大陆性气候特点，气候干燥、温度低；夏半年（4月至9月）受东南季风影响，空气湿润，雨量充沛，日温差小，呈现海洋性气候特征。2、桥位区年均气温12.3左右，极端最高气温38.9，极端最低气温-16.9，1月份最低平均气温-1.0，8月份最高平均气温25.13、。3、累年年平均风速为5.5m/s，最大风速为38m/s（ENE，1965年8月12日），观象山气象台实测瞬时最大风速为40.3m/s（NNE）。4、年平均相对湿度约75%，5、年均降雨量为687.3mm，历年最大降水量1272.7mm，历年最少降水量308.3mm，日最大降水量269.6mm，日降水大于25mm的年平均日数为5.5d。6、桥位处的主要灾害性天气有热带气旋、雷暴、冰雹、寒潮、海冰、风暴潮等灾害性天气，但上述灾害性天气在桥区发生的频率均较低。7、桥位处离平均海平面10m高处百年一遇最大风速为39.6m/s。（二）、水文1、大桥沿线水下地形，除局部人工挖槽外，变化相当平缓。大桥线位4、经过的东岸登陆点附近的海底地形深度在-2-4m之间，其中距海堤1.5km处有一人工开挖的航道，最大深度为-11.4m。线位经过的中间部分海域深度在-2-7m之间。大桥西岸岸线高程3.5m，登陆点附近海域水下地形深度在0-2.0m之间。 2、胶州湾属规则半日潮类型。青岛长期验潮站实测最高潮位为3.09m，年平均高潮位1.39m；历史实测最低潮位-3.12m，年平均低潮位-1.40m；历年最大潮差4.75m，年平均潮差2.78m；平均涨潮历时5小时39分，平均落潮历时6小时46分。3、桥位区重现期为20年、100年、300年一遇年极值高水位分别为3.04m、3.33m和3.54m；相应重现期的年极5、值低水位分别为-3.2m、-3.44m和-3.61m。4、工程区潮流属于规则半日潮流类型，浅水影响较大。红岛以西潮流主要受胶州湾西北部海域纳潮体控制，东大洋口门中部潮流主要受东大洋水体涨落控制，涨落潮流基本呈往复形态。实测测点最大涨潮流速0.76m/s，流向339；最大落潮流速0.62m/s，流向182。5、推算的桥区300年一遇垂线平均流速最大为1.49m/s。6、桥址断面水体含盐度高低随潮汛大小相应发生变化，一般小潮期盐度普遍较高，大潮期次之，中潮期最小。桥区2003年10月实测盐度最大值出现在小潮期，最大值为29.23，最小值出现在中潮期，最小值为6.57。7、桥区2003年汛期实测含沙6、量不大，为63.4mg/l0.8 mg/l之间，其中大潮期为9.919.9mg/l，中潮期为9.625.7 mg/l，小潮期为7.816.9 mg/l。8、工程区悬沙主要成分为粉砂和粘土，分选中等，粒度区间为6 10 F（1m 16m）。9、大桥所在的海区基本不受外海波浪的影响，因此，一般情况下风浪不大。大浪主要在秋、冬季，由寒潮天气形成的偏北大风和夏、秋季的热带气旋及台风影响造成。据推算，工程海域100年一遇设计波高H1%达2.95m，相应平均周期为5.3s。10、胶州湾一般年份结冰期为12月中旬至翌年2月中旬，其中1月下旬至2月上旬为盛冰期。胶州湾西部、北部和东北部的滩涂和2m等深线以内浅7、海内可形成1020cm的固定冰。（三）、工程地质工程物探基本结论如下：1、 桥址处海域海底水深浅而地形平坦，海底标高在-4-6m之间作微小波动（近岸部分除外），仅在K10+600K10+900及K11+500K12+300段分别出现宽为300m和800m的相对深水区，最大水深仅78m。全线没发现任何地形陡坎或陡坡。2、第四系厚度陆域很薄，东侧李村河段020m，西侧红石崖段为05m；海域在东厚、西薄的总趋势下中间变薄：东段厚3542m，西段为225m，中西段K20+700K27+600段厚度为30m左右，而中东段因红岛外延，基岩隆起而第四系变薄，厚度为125m。3、第四系在厚覆盖段可划为三层，岩8、性为淤泥、淤泥质亚粘土(Q4)，亚粘土夹砂(Q3)及粗砂、砾砂夹亚粘土(Q3)，而浅覆盖区划为二层。4、桥位沿线基岩面形态及埋深分别为：东侧陆域基岩面起伏较大，埋深为020m；西侧埋深极浅，小于5m；中间海域在东深西浅的总趋势下在红岛外侧呈现水下隆起，海域全线基岩埋深不大，其标高在-45m以上。基岩岩性在东侧陆域为花岗岩，西侧陆域为片麻岩和变粒岩，海域及两侧陆域近海部位（K9K35）主要为凝灰岩、砾岩、安山岩及玄武岩。工程地质情况如下：桥址区地形起伏较大，地貌类型复杂，陆域地貌主要以剥蚀、堆积地貌为主，海底地貌为水下浅滩。 桥址区位于中朝淮地台鲁东隆起区东南部，级构造单元胶莱坳陷中部及胶南隆起9、东北部，级构造单元朱吴-即墨凹陷南部及胶南凸起东北部。近场区新构造运动以长期的间歇性的抬升运动为特征，从晚更新世以来构造活动减弱，所有的断裂均已停止活动，处于较为稳定的缓慢上升阶段，属构造稳定区，适宜建桥。桥址区基岩按时代、岩性划分为3个大层组、34个亚层。松散层共分为4大层组、23个亚层。其中松散层不可作为桥基持力层，对于基岩，全风化强风化层为不良地质层，桥墩需穿过该层，弱微风化层除层工程性能较差外，其余各层工程性能较好，可直接作为桥基持力层。桥址区海水对混凝土具有中等结晶类腐蚀和强结晶分解复合类腐蚀，对钢结构具中等腐蚀性。13工程量统计项目结构说明红岛连接线及接线工程3.2m的桩为38根,10、花瓶状墩为38根,有2个三跨一联的和8个四跨一联的,其中有3460m李村河互通立交工程桩有30根3.2m、18根2.9m、4根2.5m、12根1.2m、8根2.0m、232根1.5m，花瓶状墩为54根、实心墩为143根，有4个两跨一联、16个三跨一联、14个四跨一联、2个六跨一联，其中2420m+2330+235m+37.5m+1238.75m+1440m+442m+950m+355m+1059m+1160m+61m红岛互通立交工程桩有58根3.2m、102根2.9m，花瓶状墩为99根、实心墩为61根，有8个两跨一联、13个三跨一联、11个四跨一联、2个五跨一联，其中352.5m+3255m+11、357m+957.5m+1258m+5060m非通航孔桥工程桩有418根3.2m、32根2.9m、808根1.8m、128根2.2m、224根2.0m、240根1.6m，花瓶状墩为450根、薄壁墩为1400根，有14个三跨一联、158个四跨一联、26个四跨一联的刚构、2个五跨一联，其中67060m1059m10050m655m261m通航孔桥工程沧口桥桩为106根2.5m，索塔为8根，辅助墩为8根，过渡墩为8根，其中280m290m260m；红岛桥桩为48根2.5m，索塔为4根，辅助墩为8根，过渡墩为8根，其中260m2120m；大沽河桥桩为94根2.5m，索塔为一根，辅助墩为4根，过渡墩为412、根，其中280m260m190m工程总量表桩基直径（m）3.22.92.52.221.81.61.51.2根数54415225212823280824023212墩形状花瓶状实心薄壁索塔辅助墩过渡墩根数6412041400132020连续梁构造两跨一联三跨一联四跨一联五跨一联六跨一联四跨一联刚构12联45联191联4联2联26联跨径长度（m）20303537.538.7540425052.5555757.558596061跨数342321121421093413912207673二、风险评估的基本理论风险评估和风险管理已经作为一种考虑不确定性的决策辅助方法得到了迅速的应用和发展，目前已广泛应用13、于经济学、社会学、工程科学、环境科学和灾害科学领域中。工程领域对风险方法的关注较晚，专注于桥梁工程的风险评估研究就更少了。目前工程领域中常见的风险定义为：不利事件发生的概率及可能后果的严重度，常用发生概率与可能后果的乘积来表达。风险评估的最终目的是决策辅助，其突出特点是考虑风险事态发生的不确定性，并且将风险事态发生的不确定性及其可能造成的损失综合起来，以可能的损失最小为决策的主要标准辅助决策。同时，通过制定一定的风险接受准则，风险评估是不同领域专家，或是专家与决策者、专家与公众之间交流的平台和桥梁。风险评估可以分为确定研究目标和内容、风险识别、风险分析、风险评价和风险对策等几部分。确定研究内容14、主要是明确项目研究的范围、主要目标、执行和评价的标准以及涉及项目的各个方面对评估目标的具体责任和权利等。风险识别主要是明确可能出现的各种风险事态及其发生的原因，但这一阶段并不进行量化分析，只是找出风险类别和起因。风险分析包括风险事态发生概率、后果的详细分析，并得到一个风险量值。风险评价是专家对上述风险分析结果进行评价和分析，对各种分析进行等级评定，形成对各种分析影响程度、重要性的、规避方法的综合评价。风险对策是对各种风险形成最终的处理方法，如结构修改、管理改进、桥梁保险等。风险即损失的不确定性或与预期目标的差异。固然可通过一定的措施减少风险，但却无法消除风险。风险的客观性使得损失的可能性客观存15、在。桥梁施工阶段将面临更多的不可确定因素，将是风险分析和研究的重点。从施工方法方面，将可能采用的施工工艺和流程，对施工中可能遇到的技术风险进行分析和研究，并对施工中将频繁出现的人为错误进行规律和对策研究。三、青岛海湾大桥工程建设风险分析的主要内容交通基础设施是公益性设施，其质量具有特殊性、公开性和效益性。交通工程质量不仅是产品质量问题，而且关系到国计民生和人民群众的财产和生命安全，与公众利益息息相关。开放的交通设施，各行各业、各种人群都要通过，每一个人都可以对质量的优劣进行监督评价，而评价的标准又十分直接，其质量的好坏直接影响到行业、地区及至政府的形象。青岛海湾大桥建设规模和技术难度史无前例，16、桥型复杂，技术含量高，建成通车后车流量大，对海湾地区建桥质量提出了更高更严的要求。任何一个细小环节的疏忽，都可以埋下严重的质量隐患，造成不可挽回的重大政治影响和巨大的经济损失。质量是工程建设永恒的主题，质量问题不仅是个经济问题、技术问题，更是个政治问题。作为青岛海湾大桥建设者，必须树立强烈的质量责任感和荣誉感，严肃对待质量问题，确保工程建设在质量优良的前提下快速向前推进。根据青岛海湾大桥的桥型设计、工程特点，施工过程中通过严密的施工组织设计，科学合理的施工工艺来保证施工质量。加强工序控制，严格按规范、标准和设计要求组织施工，履行工序签证验收制度。本项目选择以下方面作为风险分析的主要内容：1、青17、岛海湾大桥GPS综合应用系统施工精度控制风险分析。2、钻孔灌注桩施工风险，主要是钻孔灌注桩存在钢护筒下沉深度不够、漏浆、坍孔、掉钻等风险；桥址区软硬岩层分布不均匀，风化差异性大，桥梁施工成孔困难，终孔判别难度大。3、海湾桥梁混凝土结构冬季施工风险。4、高墩区钢箱梁安装满堂支架施工风险。5、海工混凝土耐久性质量控制风险。6、后张预应力混凝土结构，预应力筋张拉、孔道压浆质量控制风险。7、自緢式悬索桥施工中的风险。8、水下承台钢套吊箱施工风险。9、施工过程中栈桥、钢管支架、施工平台等临时工程船舶撞击风险。10、人为风险，主要来自业主和承包商的资质和经验、施工的组织管理能力和水平、雇佣员工的素质和工地18、的安全检查制度。四、青岛海湾大桥GPS综合应用系统施工精度控制风险分析青岛海湾大桥跨海距离达28.765公里，施工定位距离长，海上风浪及潮汐影响显著，而施工中又要求实时、快速和精确的跟踪定位。显然，传统的地面测量仪器（如经纬仪、全站仪、水准仪等）及其定位方法已不能满足施工定位的需要，而具有远距、精确、三维、快速、全天候、实时的特点的全球卫星定位系统（GPS）技术正好适应了这一时代发展的要求。41连续运行GPS基准站简介连续运行GPS基准站系统是利用卫星导航定位技术，在一个城市、一个地区根据需要按一定距离建立长年运行的卫星永久跟踪站，通过数据信网将跟踪站的数据集中处理，然后发布给用户，用户只需一19、台接收机就可进行野外作业，即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的准实时、实时的快速定位，事后定位或导航定位。这样由基准站构成的网可以实现系统的数据在网内共享，对用户可根据不同需要提供各种精度的定位服务。它不但具有全天候、全自动、实时导航定位功能还可进行天气预报、灾害预测、提供无线通信和电网时间标准和电路检测等功能。因此，当前国内外建立这种卫星定位应用网代替分散的、短期的、静态的定位测量已是一种趋势。这些网的建立不但可以满足城市动态控制网的要求，也可以满足大桥建设、城市规划、城市建设、城市管理、灾害预测、科学研究等多方面的需求，因此区域连续运行的GPS网是多用途的网，它应是数字化建设的基础工程。20、42连续运行GPS服务系统在大桥中的应用在桥梁设计、施工、监测系统设计中，GPS系统在前期主要用于控制网设计、施工放样。既可以利用陆地上的控制测量，也可以进行江河、海面的施工放样。为了提供全天候工作，一般建立长期连续运行参考站系统，这样等到桥梁建设完成后，也可作为桥梁监测管理的一部分。通过GPS差分服务系统，可以实时得到大桥当地的三维坐标，并能用于数据采集、放样、监测等工作。对于已有的控制点可以通过GPS高程，进行水准高程的联测。利用数据中心对各个流动站的监控功能，可以实时监测施工用户的作业情况，了解数据和施工的质量，在数据中心，管理人员可以在室内监控施工单位的作业精度情况，也能全盘掌握工地的21、测量施工情况，为做出正确的决策提供数据基础，减轻业主和监理单位工作量，而能对全程进行科学管理。43GPS网络差分系统的原理常规GPS单站RTK测量方法是能够实时在野外得到厘米级定位精度，大大节约了施测时间。但它的主要不足就是随着用户站至参考站间距离的增加，系统误差（主要为多路径效应、电离层、对流层影响）增加，尤其是在电离层活跃高峰期，作用距离小于10公里，这就使RTK的应用大受限制。网络RTK是在卫星定位综合服务系统的基础上建立起来的实用技术，连续运行站网与处理中心相连，形成一个网络，处理中心运用一定的技术进行解算，并将解算出来的改正数实时发送至用户站，用户同时接受卫星信号和来自处理中心的信号22、，求出测站三维坐标。运用网络RTK，用户站与参考站距离可增加至40公里，并且缩短了初始化时间，提高了点位精度，增强了可靠性。VRS是网络RTK中最关键技术：处理中心，通过接受整个网络中所有参考站的数据，解算系统误差改正数，为用户特别模拟一个就位于其身边的虚拟的参考站，因此用户比使用距离较远的参考站得出的坐标精度要高的多。VRS工作原理：首先，GPS流动站向处理中心发送它的概略位置，具体的方式是用移动电话链路（如GSM等）或其他手段发送标准的位置信息。处理中心接收此位置信息并进行误差计算，再重新向流动站发送改正过的信息。处理中心将执行几个重要的任务，包括：原始数据和并进行质量检查；存储和压缩RI23、NEX数据；改正天线相位中心；系统误差的模型化及估算；产生数据为流动站接收机创建虚拟基站位置；产生流动站所在位置上的RTK改正数据流；发送RTK改正数据到野外的流动站。44青岛海湾大桥GPS综合应用服务系统的目标和功能该系统采用目前以美国全球卫星定位系统GPS为主先进的全球卫星定位技术，并兼顾到其他测量技术。建成青岛海湾大桥GPS综合应用服务系统，将满足青岛海湾大桥控制点布设、施工测量、项目监理、移动目标导航、水下地形测量、地面沉降监测、基准点位移变化、气象预报、大桥安全监测等对卫星的要求。1、建立由3个GPS卫星连续跟踪站组成的GPS区域网，成为青岛海湾大桥GPS首级控制网。在该网基础再与原24、有GPS控制网点联测构成二等控制网。这将成为青岛海湾地区高精度三维大地测量控制网。该网将为大桥的建设管理提供高精度的GPS观测数据，使后处理用户达到毫米级的定位精度。2、利用连续跟踪站组成的GPS区域网。连续发布伪距差分信号和载波相位差分信号，使实时用户能得到不随距离变化的差分信号。45青岛海湾大桥GPS综合应用服务系统定位误差分析及采取的措施GPS定位技术在精密控制测量中的应用已非常成熟，但它在大型桥梁工程中的应用还处于起步阶段，主要原因是施工现场情况复杂，环境干扰特别大，不利于GPS观测，影响GPS定位的精度及其正常使用。海上测量定位产生的误差，主要来源于仪器、卫星信号和环境干扰三方面，包25、括仪器误差、天线相位中心变化、卫星轨道误差、多路径误差、其他信号干扰、电离层误差、对流层误差、气象因素影响以及GPS天线与设备相对位置的测定误差。为了提高海上施工的定位精度，应从测量定位和施工配合两方面采取有效措施：1、选择定位精度高、性能稳定、初始化时间短和抗干扰能力强的GPS接收机。2、合理选布基准站控制点，设置基准站、控制点间距应小于有效作业半径的三分之二，最好为三分之一左右。控制点处应避免无线电干扰和多路径效应，基准站天线安置高度应满足数据通讯的要求。3、施工过程中应对GPS定位结果进行必要的对比检核，避免因卫星状况不佳或外界环境不利等原因造成定位误差。4、施工过程中，严格限制对讲机等26、无线电设备的使用，减少环境因素对GPS定位的干扰。5、应在系统测定的偏差值趋于稳定后再进行施工定位，以排除“假锁定”现象，确保位置精度满足施工要求。6、测量人员应与施工人员密切配合，达到定位测量与施工协调一致，最大限度地减少风浪对定位结果地不良影响。46GPS高程测量的精度控制GPS定位技术的发展和应用，成功地解决了跨海桥梁工程远距离施工中平面定位地难题，但受多方面因素的制约，GPS高程测量的精度仍不十分理想，目前仅能满足桩基和承台施工的需要。对于定位精度要求较高的桥墩墩身、墩帽及现浇箱梁等部位的高程放样，仍然需要采用传统的水准测量、三角高程测量等方法。GPS与重力测量、水准测量、三角高程测量27、相结合，综合解算桥梁高程控制点的高程；同时利用正式施工前建立的海上试桩平台建立高程控制点，有效地缩短高程传递的距离；再在前期完工地部分桥墩承台或墩身上设立加密控制点；采用传统的跨河水准测量方法进行高程引测，逐步实现两岸高程的精密贯通，是实现近海工程远距离施工中高程放样的一种有效途径。47小结GPS定位技术以其全天候、高精度、自动化、高效益等显著优点，给海上工程远距离施工定位提供了一种全新的解决方案，它能有效地解决常规地面测量技术无法独立完成地宽水域远距离施工定位难题，而且能显著地加快施工进度、提高施工质量和经济效益、加快实现施工测量自动化和数字化，但施工过程中定位存在一定的风险，必须保证系统运28、行的可靠性。在系统设计时，重点考虑可靠性的问题，在设计时采用的主要技术和方法：一是每个基准站单独成域，保证系统的分布式网络结构设计；二是对系统设备运行时可能发生的意外情况进行详尽的分析，并提出相应的解决方案；三是完善监控机制，及时报警及处理问题。GPS技术在桥梁高程测量等方面的应用效果尚不十分理想，需要深入开展相关方面的应用研究。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，GPS测量定位技术将在青岛海湾大桥施工中发挥越来越显著的作用。五、钻孔灌注桩施工风险51桥位区基岩分布概况桥位区基岩面略有起伏，且埋藏深度较浅，在K8+770K14+250段，顶板埋深25.2032.80 m; K14+29、250K17+600段，顶板埋深17.0021.60m；K17+600K20+600段，顶板埋深11.2016.70m，K20+600K27+950段，顶板埋深23.0027.90m；K27+950K28+600段，顶板埋深13.6 18.3m；K28+600以西段基岩顶板埋深不超过10m。从东向西，总体趋势是深浅深浅。桥位区分布的基岩有软质岩、硬质岩，具有风华差异性、软硬不均匀性。1、风化差异性桥位区风化岩包括全弱风化岩石，其中全强风化岩石的矿物质成分、力学性质与母岩相差较多，尤其是强风化角质岩、泥岩，全风化玄武岩、安山岩，结构较疏松，软化系数小于0.3，浸水易软化，强度低，力学性能较差。230、软硬不均匀性桥位区岩性主要为沉积岩和岩浆岩，沉积岩为软质岩，其天然抗压强度一般小于2MPa，浸水易软化，易崩解；而岩浆岩的全、强风化层性质较差，弱微风化层天然抗压强度1570MPa不等，属较硬质岩石。又：1、沧口航道桥，东主墩岩性上部为熔结凝灰岩、泥岩，天然抗压强度0.31MPa，西主墩为弱、微风化的流纹岩，天然抗压强度29.141.43MPa，强度差异较大。2、大沽河航道桥，东主墩岩性为泥质砂岩、角砾岩，天然单轴抗压强度0.640.82MPa，属软质岩石；西主墩岩性为玄武岩，揭露最大厚度为22.00 m，天然单轴抗压强度63.6 0MPa，属硬质岩石。3、K26+780K28+700段玄武31、岩分布范围大，局部分布泥质砂岩、角砾岩，强度差异较大。因此，在桩基设计时，既要考虑基岩的埋深情况，又要考虑岩体强度的差异性、不均匀性。不管在沉积岩（角砾岩、泥岩）或岩浆岩段成桩，桩基均应进入弱或微风化层一定深度，既满足单桩轴向承载力的需要，又要保持桩体的稳定。52低墩区非通航孔桥独桩施工风险分析低墩区非通航孔桥采用独桩独柱的基础形式，取消承台，直接利用桩基护筒作为墩身施工的围水结构。桩基施工首先利用打桩船插打钢管桩，搭设工作平台，利用浮吊和打桩机插打钢护筒，若采用清水钻进，钢护筒要求打入强风化基岩2m左右，护筒较长，壁厚较厚，施工难度较大。成孔后吊放钢筋笼，浇筑混凝土，混凝土由水上搅拌船供应。32、1、钻机选用低墩区非通航孔桥均采用大直径桩，桩径为350（320）、320（290）两种，桩长3682 m，入岩深度大。根据基桩特点，采用KP3500和ZSD350等大直径钻机施工，须知我国在大直径钻机生产方面与国际先进水平差距较大。目前国内这种型号钻机屈指可数，这样造成施工队伍选择面很窄。而且由于钻孔桩嵌入微（弱）风化很深，造成钻孔桩成孔困难，桩基施工周期长，给后续桥梁上部结构施工造成巨大工期压力。2、清水钻孔的施工风险一般来说，钢护筒打入强风化基岩2米左右，钻孔桩采用清水钻进是可行的。而且施工过程中无泥浆，对胶州湾的环境保护有利，无泥皮，桩侧磨阻较高。但从地质报告看，部分基岩裂缝发育，若采33、用清水钻进，风险相对较大。而且部分软质岩石浸水易软化、崩解的特点，需以泥浆护壁，减少孔壁土层的破坏。因此目前正在进行试桩工程将对清水钻进和泥浆钻进分别进行工艺试验，根据实验结果，综合考虑各种因素，在合适的地域选择合适的施工方法。3、斜孔处理桥位区软质岩石和硬质岩石分布不均匀，尤其是分布于软质岩石中的玄武岩，强度差异较大，施工过程中容易出现斜孔现象。根据施工经验，桥墩区下伏基岩面倾斜度较大，基岩强弱风化层交错出现，是易出现斜孔的主要原因。施工过程中一旦终孔后检测发现桩孔下部出现倾斜，处理起来比较麻烦，只能反复进行扫孔，耗时太多，影响工期，而且成桩质量较差。因此应针对场地岩石层特点，选择适应能力强34、的设备和富于施工经验的队伍进行施工，施工过程中采用减压慢进方法钻进，或改进钻头，加设特制的导向环装置。53钻孔桩桩底岩石终孔判别风险青岛海湾大桥钻孔桩数量多，且嵌岩深度大，施工过程中终孔判别至关重要。支承桩终孔时，对岩渣判断错误而提前终孔，支承桩未进入微（弱）风化岩层，将使桩基承载力不满足设计要求造成废桩；摩擦桩施工时不检查实际地质情况，钻至设计标高即终孔，可能造成桩周摩擦力不够，或桩底承载力不能满足设计要求，造成桥梁下沉。1、终孔桩底岩石风化程度判别原则(1)、岩石发风化程度定性直观判别内容为：岩石的颜色、结构、构造、矿物成分、软硬情况等。(2)、地勘报告的工程地质纵断面及相应的钻孔工程地质35、综合柱状图所划定风化层的界限。(3)、近靠地质钻孔的岩层抗压强度。(4)、钻机的钻进速率。2、岩石风化程度的直观鉴别本段岩石主要为沉积岩、岩浆岩、划分风化层如下：(1)、强风化：棕红色、紫褐色，斑状结构，泥质结构，块状结构，含角砾，岩芯呈碎块状，岩芯锤击声哑，手掰易碎，裂缝发育完全，较易钻进。(2)、弱风化：棕褐色、棕红色、褐黄色，角砾结构、块状结构、斑状结构、泥质结构，岩芯较完整，呈长柱状、短柱状、柱状、碎石状，强度较高手掰不易断，裂隙发育，不易钻进。(3)、微风化：棕红色、棕褐色，角砾结构、块状结构、泥质结构、斑状结构，岩芯较完整，呈长柱状、柱状、碎石状，锤击声脆不易碎。3、进入微风化和弱36、风化的钻进速率参考值当未达到预定设计桩长，且与设计桩长差别不大时，建议用下述标准确定桩基持力层：(1)、钻机具有钻岩的功能，在牙轮钻头正常磨损范围内，钻进速度按以下原则控制，冲击钻头可参照此标准：微风化：进入岩层不小于2.0，钻进速度小于10c/h。弱风化：进入岩层不小于1.0，钻进速度小于10c/h；进入岩层不小于75，钻进速度不小于5cm/h。(2)、岩石饱和单轴抗压强度大于30MP以上，且岩石颜色新鲜，岩质坚强，敲击声脆。4、施工注意事项(1)、由于岩层分布的变化，当原按嵌岩设计的桩，桩底岩石达不到钻进速度控制原则或强度达不到标准时，应一直向下进行，直到满足要求为止。(2)、注意辨别钻进37、中是否有硬质岩夹软质岩的假象。(3)、力求桩底标高大致一致。(4)、钻孔设备应采用带牙轮钻头及冲击反循环钻机，严格按施工规范施工，(5)、钻进速度计算应以扣除辅助工作时间后的纯钻进时间统计。(6)、由于地质岩性的复杂性，可由设计代表根据现场情况确定岩层持力层判别。(7)、钻孔过程中必须有专人准确同步记录，地质变化时应捞取渣样并量测孔深位置，做好记录，渣样必须保管好，用纸条写上墩桩号，捞取时间，标高。当进入岩层时，要更加准确记录进尺速度，要更加频繁的捞取岩样，并做好各项记录。以此作为终孔判别依据，避免工程隐患。六 海湾大桥冬季施工风险分析胶州湾一般年份12月下旬开始结冰，2月中旬消失，冰期在6038、天左右。青岛海湾大桥要在2008年奥运会前通车，工期紧，混凝土冬季施工不可避免，桥梁混凝土要跨越2005、2006、2007三个冬季施工，而海湾地区冬季施工存在一定风险，对混凝土结构的耐久性不利，冬季施工容易造成混凝土冻害： 混凝土表面受冻变酥，减小截面的有效截面积。 裸露混凝土受冻，使混凝土丧失强度。 大体积混凝土或大型构件出现裂纹。61混凝土凝结和硬化的原理混凝土冬季施工的一般原理混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也39、较快；而当温度降低到0时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相（水）变为固相（水）。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500千克每平方厘米的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土40、内部形成各种各样的空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明，新浇混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。试验研究还表明，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。混凝土化冻后（即处在正常温度条件下）继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。对于预养期长，获得初期强度较高（如达到R28的35%）的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短，获得初期强度比较低的混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。由此可见，混凝土冻41、结前，要使其在正常温度下有一段预养期，以加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，各国规定取值不等，我国规定为不低于设计标号的30%，也不得低于35千克每平方厘米。62混凝土冬季施工方法的选择从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解决三个问题：一是如何确定混凝土最短的养护龄期，二是如何防止混凝土早期冻害，三是如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。在实际工程中，要根据施工时的气温情况，工程结构状况（工程量、结构厚大程度与外露情况），工期紧迫程度，水泥的品种及价格，早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及价格，热源的条42、件等，来选择合理的施工方法。一般来说，对于同一个工程，可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。目前，基本上采用以下4种方法。 1、调整配合比方法主要适用于在0左右的混凝土施工。具体做法：选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3天抗压强度大约相当于普通硅水泥7天的强度，效果较明显。尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气43、泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌和物的流动性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。 2、蓄热法主要用于气温10左右，结构比较厚大的工程。做法是：对原材料（水、砂、石）进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到0以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。 3、外部加热法 主要用44、于气温10以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。火炉加热。一般在较小的工地使用，方法简单，但室内温度不高，比较干燥，且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制，加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备，费用较高。且热损失较大，劳动条件亦不理想。电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，来电能变为热能，以提高混凝土的温度。此法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封45、辐射加热。七、通航孔桥钢箱梁安装满堂支架施工风险分析青岛海湾大桥有三座通航孔桥，沧口航道桥为双塔钢箱梁斜拉桥（80m+90 m +260 m +90 m +80 m）；红岛航道桥为独塔钢箱梁斜拉桥（60 m+ 120 m +120 m+ 60 m）；大沽河航道桥为独塔钢箱悬索桥（80 m+190 m+260 m+80 m），三座桥梁钢箱梁安装均采用满堂支架施工法，先插打钢管桩基础，在钢管桩上拼装主梁支撑平台，在其上逐个运送梁段至设计位置，然后焊接各梁段。两座斜拉桥待斜拉索张拉完成后拆除钢管桩支架，然后主梁满架成桥；悬索桥是将钢梁以成桥形焊拼与支架上，并在梁上施加压重（保证压重不小于二期恒载），46、按照从索塔向两个锚固端的方向分批分次张拉吊索至梁上的锚固位置并锚固，然后拆除支架和压重，在梁上安装铺装等附属设施至全桥体系形成。三座航道桥钢箱梁安装支架高度大，均在40 m以上，支架搭设面积大，而且处于海上施工，支架的搭设、拆卸难度大，而且支架系统的承载力、弹性及非弹性变形、稳定性是否满足要求，直接决定三座通航孔桥梁上部结构施工成败，风险很大。71 支架系统设计钢箱梁满堂支架体系由Q235钢管桩（80）、砂箱、分配梁、贝雷桁片组成，钢管间采用法兰连接。立柱间有型钢平联和剪刀撑，平联与钢管间及钢管节段间全部采用销接。为了方便卸落支架，每根钢管顶设卸落砂箱，砂箱顶部设分配梁，纵向设贝雷桁片，型钢横47、桥向铺设在贝雷桁片上。钢管桩搭设采用打桩船或大型浮吊，根据计算确定基桩入土深度，并要参照栈桥施工经验。设计荷载分析：1、钢箱梁自重；2、施工人员及机具荷载；3、支架系统自重；4、风荷载；为确保安全与稳定，对支架系统进行空间有限元静力计算和屈曲分析。支架在自重和风荷载作用下的抗倾覆稳定系数不小于1.5。72 支架的预压及预拱度设计预压是检验支架设置和理性、安全性的重要手段，可以达到以下目的：1、消除支架的非弹性变形；2、检验支架是否稳定可靠；3、检验基础沉降，预留合理拱度。现场采用沙袋或混凝土预制块静预压法，按120%设计荷载预压。每天观测支架的标高，并按预压后实测的弹性变形量确定跨中预拱度值，48、然后按抛物线整孔布置。八、海上混凝土的耐久性质量控制分析青岛海湾桥一期工程非通航孔桥全长约23.601km，分为李村河互通主线非通航孔桥、青岛侧沧口航道桥非通航孔桥、沧口航道桥红岛互通非通航孔桥、红岛互通主线非通航孔桥、红岛互通红岛航道桥非通航孔桥、红岛航道桥大沽河航道桥非通航孔桥、黄岛侧非通航孔桥，共为七部分，全部为混凝土结构。三座主通航孔桥下部结构也都为混凝土结构，因此研究混凝土的耐久性极其重要。所谓混凝土的耐久性,是指在使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种性能。或者说结构在设计使用年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力。钢筋49、混凝土结构的耐久性研究,分为材料的耐久性研究、构件的耐久性研究和结构耐久性研究三个层次。自19世纪20年代波特兰水泥问世以来,混凝土材料及其应用技术得到了迅速发展。然而在许多国家中,混凝土都面临着耐久性不良的严重问题,尤其是处于海洋或恶劣环境下,混凝土结构耐久性不良的问题更加突出。我国正处于经济高速发展时期,许多耗资巨大的重要建筑(构筑) 物,如跨海大桥等,这些处于海洋或恶劣环境条件下混凝土结构的耐久性自然成为土木工程界关注的焦点。众所周知,混凝土在海洋环境中会发生侵蚀破坏,这种破坏的主要原因是混凝土遭受环境中氯离子、镁离子和硫酸根的侵蚀,这些有害离子通过混凝土孔隙进入到内部,并与混凝土中的氢50、氧化钙及水化铝酸钙作用生成新的盐类物质,生成的难溶盐类物质往往产生较大的体积膨胀,在孔隙的内部产生很大的内应力,长期的积累会使混凝土开裂;一些可溶性的盐在海水的反复冲刷下溶解析出,使混凝土孔隙率增加,增大了氯离子渗入混凝土内部的孔道,加剧了钢筋锈蚀,并使混凝土涨裂剥落。另外,如果水灰比控制不严,施工质量较差,混凝土振捣不密实,甚至出现蜂窝麻面等现象,这些都会加剧盐溶液环境对混凝土的侵蚀,使结构变得松软,强度降低,耐久性下降。海水对混凝土结构有巨大的腐蚀性,由于海水与混凝土接触部位的不同,产生的腐蚀性也不尽相同,其中在水位变化区,即潮汐潮落区,混凝土受到的腐蚀最为严重。在这一区域,潮汐时,混凝土51、直接受到海水的冲刷、浸泡;潮落时,混凝土要经历干湿循环、冻融循环等物理化学综合作用。81 耐久性问题的特点耐久性问题具有以下特点:1、引起结构耐久性问题的因素往往有多个。事故调查分析表明,很少有单个因素引起耐久性问题的情况。2、耐久性问题往往由结构的表层开始,一般都有明显的外观特征,如裂缝、锈渍、剥落等。3、耐久性对抗力和使用功能的影响有一个漫长的发展过程,一般几十年的损伤累积才会造成严重的后果。4、耐久性问题一般开始时表现为对外观和使用功能的影响,往往不存在安全问题。但长期积累以后可能发生承载能力方面问题,有时甚至是脆性破坏。82 影响耐久性的因素混凝土结构是由多种材料组成的复合人工材料，由52、于结构本身的组成成分及承载力特点，其抗力有初期增长和强盛阶段，在外界环境和各种因素的作用下也存在逐渐削弱和衰落的时期；经过一定年代以后，甚至会不能满足设计应有的功能而“失效”。因此，混凝土结构也是有使用年限(寿命)的。（一） 混凝土的缺陷对耐久性的影响混凝土结构中的钢筋，作为金属材料在酸性介质作用下会受到锈蚀而被削弱；而作为结构主体材料的混凝土也存在缺陷。混凝土中作为骨料的砂、石体积基本是稳定的；而水泥胶体在凝固硬化的过程中体积缩小，在界面上形成许多裂缝。这些并不连续的裂缝在受力或收缩、并在温度作用下会互相贯通，形成裂纹并延伸到结构混凝土的表面。混凝土在浇筑后会发生离析、泌水现象，多余水分溢出53、而形成毛细孔道并在钢筋或粗骨料下窝水而形成疏松层，伴随产生混凝土沉陷，受到钢筋阻拦后还会发生沿钢筋的纵向裂缝。此外，搅拌、浇筑和振捣时混凝土中还会加入气体而形成气泡、孔穴。所以说混凝土天生就存在着许多孔道、裂缝，这些缺陷都可以成为有害介质入侵的通道，并且随着时间的推移而显示出混凝土缺陷的严重性这就是影响混凝土结构耐久性的根源。由于混凝土中的这些缺陷，环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土的内部，产生碳化、冻融、锈蚀等作用而影响结构的受力性能,并且建筑物在使用年限内结构还会受到各种机械物理损伤(磨损、撞击等)及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。（二）裂缝对混凝土耐久性的影响混凝土结构中的裂缝,一般有七54、种成因:1、构造处理不当造成的混凝土裂缝；2、混凝土的干缩引起的裂缝；3、由于碱-骨料反应(AAR)引起的裂缝；4、由于外界温度变化引起的裂缝；5、由于钢筋锈蚀引起的裂缝；6、由于荷载作用引起的裂缝；7、太阳辐射、混凝土老化、徐变及疲劳作用引起的裂缝。由于其成因不同，对结构的耐久性影响是不同的。第(1)种裂缝，由于其深度较浅，对耐久性的影响是可以忽略的；第(3)种裂缝，在正常结构中是不允许的，属于特殊问题，在此暂不讨论；第(5)种裂缝的出现就意味着结构耐久性失效，也失去进一步讨论的意义；一般情况下，仅讨论(2)、(4)、(6)和(7)类裂缝对结构耐久性的影响。混凝土裂缝对结构耐久性产生影响，主55、要是因为裂缝增大了混凝土的渗透性，使空气中的有害气体或物质容易渗入混凝土内，致使钢筋钝化膜较早破坏，钢筋产生锈蚀。除裂缝的宽度外，裂缝的深度、长度、走向、搭接和发展趋势都会对混凝土耐久性产生不同的影响。而目前恰恰又缺少这方面的研究，因此加强裂缝(宏观或微观)特征的研究将对解决混凝土结构耐久性发挥重要作用，也将成为一个新的研究发展方向。混凝土结构裂缝控制与耐久性是目前结构工程界和材料界的研究前沿,它是一个涉及材料、设计、施工、使用维护等多学科、多领域的综合性课题。我们必须认识到，除非找一种各方合作的方法，否则很难使混凝土达到良好的耐久性。这也是目前各国普通存在的问题。要使混凝土结构裂缝得到有效控56、制,最大限度地提高混凝土工程的耐久性,就必须加强科研,利用新技术、新方法,加强材料工程师、结构设计者、施工人员等之间的合作关系,甚至通过宣传教育使用户对建筑物进行合理地使用和维护。（三）钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响在实际应用中,混凝土绝大部分是以钢筋混凝土组合结构使用，其中钢筋对混凝土起增强作用，混凝土因呈高碱性对钢筋起防止锈蚀的保护作用。当混凝土不够致密或存在某些宏观缺陷时,往往引起外部有害介质的侵入，使钢筋发生锈蚀膨胀，导致混凝土剥落和进一步开裂，最终引起结构的劣化和失效。因此怎样有效地保证钢筋不产生锈蚀是结构耐久性和安全性研究中的一项重大课题。使混凝土中钢筋锈蚀的首要条件是炭化和脱钝,只57、有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏,钢筋的锈蚀才成为可能。其次是水和氧,这是钢筋锈蚀化学反应所必需的物质。当然,侵蚀性的酸性介质也是必须的,污染引起酸雨及其他有害物质溶于水而通过孔道,缝隙进入混凝土,到达钢筋表面引起锈蚀。钢筋锈蚀后体积膨胀将保护层混凝土胀裂,反过来又加速腐蚀的速度,最后导致保护层剥落。氯离子有很强的活性,极易破坏钢筋表面的钝化膜而引发钢筋的锈蚀。使用以氯化钙为主要成分的促凝剂会造成钢筋腐蚀,此外搅拌混凝土若混入海砂、海水也是重要原因。除掺入氯盐以外,外界环境中也存在氯离子入侵的可能性。钢筋在应力状态下会发生电位变化,使由于电化学作用产生的锈蚀加速发展。尤其是处于预应力状态下的预58、应力钢筋、钢绞线截面面积不大,加上应力腐蚀对截面的削弱,有可能发生脆性破坏。除了对混凝土中有害杂质含量的控制和钢筋表面的附加处理外,最重要的还是对钢筋的保护层厚度和表面裂缝宽度的控制。环境条件越恶劣,要求保护层越厚;混凝土强度等级提高时,可适当降低保护层的厚度。这种考虑在假设混凝土结构完整,无有害裂缝存在时是完全合理的。而混凝土表面开裂又与保护层厚度相关,保护层越厚, 混凝土表面开裂的宽度越大,因此当以控制裂缝宽度为标准时,增加保护层厚度反而不利。可见如何确定适当的保护层厚度对于防止钢筋锈蚀非常重要。（四）混凝土配合比对混凝土耐久性的影响为了保证混凝土质量,使其符合工程技术条件和经济条件的要求59、,除慎重选用材料,避免使用有害骨料尤其是碱骨料,严格施工过程外,最重要的是选择合适的混凝土配合比。强度、耐久性和流动性是选择合理配合比参数的主要依据。1、水灰比水灰比是决定混凝土强度、耐久性的重要因素,目前已形成共识:水灰比高于0.45的混凝土,不可能在严酷环境中具有高耐久性。水灰比越小,水泥浆就越稠,粘结力就越好,混凝土强度就越高,水灰比和混凝土的强度有密切关系,水灰比选择恰当时,混凝土中空隙及毛细孔中水分在一定的龄期内逐渐被水泥水化产物所取代,混凝土质地致密抗渗性好;水灰比过大时,留在混凝土中的没有起水化作用的水蒸发后会在混凝土中留下空隙,混凝土内部形成薄弱带,抗渗性能减弱,影响混凝土的强60、度和耐久性。如果在混凝土配合比设计中,仅以强度为控制指标,忽视了混凝土的耐久性,少用水泥,混凝土内胶凝体相应不足,骨料间胶结、密实性差,减弱了混凝土的抗渗性能,耐久性随之降低。但水泥用量过大,易造成温度、干缩裂缝增大,也影响混凝土的耐久性。2、粗骨料粗骨料在混凝土中起骨架作用,公路桥涵施工技术规范中对最大粒径的要求是不超过最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4,在多层密布钢筋结构中不得超过钢筋最小净距的1/2,同时最大粒径不得超过100,这些要求显得过松,现代技术对混凝土、骨料的微结构性能研究表明:水泥砂浆和粗骨料胶结界面由于水泥的物理化学反应形成许多界面裂纹,界面裂纹的大小与粗骨料的粒径、61、表面状态等密切相关,粒径大,界面裂纹就大,粒径小,界面裂纹就小。碎石表面粗糙与水泥砂浆粘结力强,界面裂纹小,而卵石表面光滑粘结力差,界面裂纹就大,而且石子品种不同,包裹石子表面所需要的水泥砂浆数量也不同,从而影响混凝土强度。3、细骨料混凝土中细骨料主要起填充、流化、增强等作用,细骨料要求有良好的连续级配,不是越粗越好,细骨料又可分为粗粒骨料(粒径不小于0.06)和微细骨料(粒径小于0.06)两种,微细骨料与水泥等粉质物质具有相同的物理性能,粒径微小的2颗粒可以填充在水泥颗粒间,同时将水泥水化产生的()2转化为凝胶(即火山灰反应),有效地降低凝胶体与骨料界面间()2的富集,界面结构得以改善,大幅62、度提高混凝土强度, 降低混凝土渗透性。但微粒细骨料也不是越多越好,超过一定限度后,细骨料之间相互直接咬合,引起混凝土流动性恶化。对超声波在混凝土中传播状态的影响情况表明,含砂率小于28%,传播速度增大;含砂率大于40%时,传播速度减小。含砂率在28%40%之间,传播情况变化不大。选择与粗骨料相配合的含砂率,对混凝土的密实度、耐久性非常必要。4、和易性和易性是在保证质地均匀,各组成成分不离析的条件下,适合施工要求的综合性质,和易性好的混凝土易于搅拌均匀,运输与浇筑过程不易发生骨料分离与泌水现象,振捣时流动性大,易于充满模板的各部分。所形成的混凝土,内部质地均匀致密,强度与耐久性均能保证。（五）人63、员素质和环境因素长期以来,混凝土建筑行业在人们印象中是一种又脏又累、技术含量低、低收入、枯燥乏味的工种,从事混凝土现场施工的通常是一个流动性大、知识层次低的劳动群体。有人统计中国目前大约有1500万的农民大军活跃于建筑工地,这些人员绝大多数都没有经过职业培训,不懂专门的技术知识和施工方法,也就不能保证混凝土工程质量。人们通常所说的“豆腐渣工程”,一方面是偷工减料的结果,另一方面也与工人职业技能低下,施工质量差有关。（六）影响混凝土耐久性的其他因素1、混凝土的碳化混凝土中水泥石含有氢氧化钙（）而呈碱性,其在钢筋表面形成碱性薄膜而保护了金属钢筋免遭酸性介质的侵蚀,起到“钝化”保护作用。但大气中存在64、的酸性介质及水通过各种孔道、裂缝而渗入混凝土,可以中和这种碱性。混凝土碳化的速度十分缓慢,并且与混凝土的质量,环境条件等因素有关。几十年的时间碳化深度才达到钢筋的表面,从而消除钢筋表面的钝化膜脱钝,使钢筋的锈蚀成为可能。碳化的速度与许多因素有关,但时间（）是最主要的。几乎所有的混凝土表面都处在碳化的过程中,并且随着时间的推移碳化深度向内渗透。但不一定所有脱钝的钢筋都会锈蚀,钢筋的锈蚀还需要有水、氧和酸性介质的存在。2、化学侵蚀水可以渗入混凝土内部,当其中溶入有害化学物质时,即对混凝土的耐久性造成影响更大。酸性物质对水泥水化物的侵蚀作用最大,酸性侵蚀的混凝土呈土黄色,水泥剥落,骨料外露。工业污染65、酸雨、酸性土壤及地下水均可能构成对混凝土的酸性腐蚀。此外,浓碱溶液渗入结晶使混凝土被胀裂和剥落;硫酸盐溶液渗入后与水泥发生化学反应,体积膨胀同样会造成混凝土破坏。3、冻融破坏渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀,将从内部损伤混凝土的微观结构。经多次冻融循环后,损伤积累将使混凝土剥落、酥裂而降低混凝土的强度。4、温湿度变化的影响混凝土会热胀冷缩,同样也会在干燥失水时收缩而在泡水浸润后膨胀。这种作用的交替进行,特别在骤然发生时(如夏季阳光暴晒下的混凝土受骤雨的冲刷),会因混凝土表层及内部体积变化不协调而产生裂缝。这些因膨胀不均而引起的损伤日积月累,导致混凝土内部组织的破坏,最终会削弱结构抗力。5、碱66、骨料反应碱骨料反应是指混凝土中的水泥在水化过程中释放出的碱金属与含碱性骨料中的碱活性成分发生化学反应而生成碱活性物质。这种物质在吸水以后体积膨胀,破坏混凝土的内部结构,从而影响混凝土结构的使用。6、机械和生物作用反复的机械作用(磨损、冲刷等)会削弱混凝土结构,天长日久以后因损伤积累而影响抗力。其余如冲撞,碰击等也会影响混凝土结构,生物的腐蚀作用也不能忽视。苔藓及攀附生物对结构混凝土的损伤常见于城市排污工程及海洋工程,使这些构筑物的使用年限大大减小。九、后张预应力混凝土结构孔道压浆质量控制风险分析青岛海湾大桥非通航孔桥长度占全部桥梁的94，造价占全部桥梁75，非通航孔桥均为后张预应力混凝土结构。67、孔道压浆是后张法预应力梁中的关键技术，其质量的好坏直接影响到结构的安全性和耐久性。施工过程中必须通过改进压浆材料和工艺，提高普通压浆工艺质量的方法。后张预应力混凝土梁压浆存在一些隐患。1985年12月位于英国南威尔士的VnysGwas桥突然倒塌，随后英国运输与道路研究试验室（TRRL）对倒塌原因进行了深入的调查，发现预应力混凝土梁的孔道压浆存在着严重的不密实现象。这就给氧化物、水分及其氧气侵蚀预应力钢束提供了条件，某些截面钢束锈蚀严重，当钢束截面减少到无法承受外加荷载时桥梁就会突然倒塌，这也引起了桥梁界对后张预应力混凝土梁中孔道压浆问题的普遍关注。在后张预应力混凝土梁中如果采用无粘结预应力筋则68、不需要孔道压浆，避免了压浆不密实带来的一系列问题，VnysGwas桥突然倒塌后英国也一度提出了暂停使用有粘结预应力筋的决定。但是，有粘结后张预应力混凝土结构预应力筋和混凝土的协同工作能力强，变形一致，与配筋相同的无粘结受弯构件相比，在受弯构件开裂后相同荷载下挠度较小，极限承载力也能提高1030。因此有粘结预应力混凝土结构仍将是后张预应力混凝土桥梁发展的主流。但是有粘结预应力混凝土的所有优势都是建立在预应力筋和混凝土粘结完好的基础上的。孔道压浆的主要作用是为预应力筋与周围混凝土之间提供可靠的粘结力确保混凝土与预应力筋的协同工作，传递预应力及保护预应力筋免受腐蚀。所以孔道压浆是后张预应力结构的关键69、工序，其质量好坏直接影响到结构的安全性和耐久性。因此对海湾大桥非通航孔桥后张预应力混凝土梁的孔道压浆问题进行风险分析、对策研究具有至关重要意义。如何提高孔道压浆的质量，确保压浆密实性有以下二种方法：1、真空压浆法真空辅助压浆工艺是传统压浆的基础上将金属波纹管改进成PTPLUS塑料波纹管，将孔道系统密封；一端由抽真空机将孔道内80以上的空气抽出，并保证孔道真空度在80左右，同时压浆端压入水灰比为0.290.35的水泥浆。当水泥浆从真空端流出且稠度与压浆端基本相同，再经过特定的排浆（排水及微末浆）、保压以保证孔道内水泥浆体保满。管道中间不设观察孔。当然也可以根据需要设置一定数量观察孔，但一定要注意70、保证观察孔在抽真空时的密封性能，以防观察孔漏气导致抽真空失败。真空辅助压浆工艺特点：（1）可以消除普通压浆法引起的气泡。同时，孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化，随同空气一起被抽出，增强了浆体的密实度。（2）消除混在浆体中的气泡。这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。（3）孔道在真空状态下，减少了由于孔道高低弯曲而使浆体自身形成的压力差，便于浆体充满整个孔道。真空压浆工艺的局限性：真空压浆工艺复杂，需要特定的设备，造价高，对施工人员的技术要求较之普通压浆工艺要高。另外最近在江苏润扬长江公路大桥南北锚碇孔道压浆仿真试验中，真空压浆工艺的模拟效果不如普通压浆工艺好71、，这说明在实际桥梁具体施工环境下如何把握真空压浆工艺还有待进一步研究。2、改进压浆工艺鉴于真空压浆工艺目前存在的局限性，目前国内桥梁工程中广泛使用普通波纹管并采用常规压浆方法的技术状况还将持续相当长的一段时期。因此通过改善压浆材料和压浆工艺改进普通压浆法，提高灌浆质量。水泥浆是混合液体，必须充满预应力束与管道之间留下的复杂空间。合理的布置排气口，正确地排气和压浆顺序可排除困住的空气提高灌浆的质量，避免在孔道内留下孔隙。在孔道最高点及其附近、锚具处、最低点均应设置排气孔，其间距不宜大于15m，灌浆一般从最低点开始，有多层管道的则先灌下层再灌上层。从管道灌浆口到出浆口逐个封闭排气口。压浆完成后，灌72、浆口、出浆口、排气口、阀门等在封闭后不应拆除或打开直至水泥浆凝固。24小时之内孔道不能受振以免影响灌浆质量。另外，经验丰富的灌浆工作人员对整个灌浆过程操作娴熟，控制得当，将大大增加优质灌浆得可能性。十、自锚式悬索桥施工中的风险分析 101 自锚式悬索桥简介自锚式悬索桥不同于一般的悬索桥,它不需要庞大的锚碇,而是把主缆锚固到桥面板或加劲梁的两端,由它们来承担主缆中的水平力。因此,端部支撑只需承担拉索的竖向分力,这给不方便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决方法。因为加劲梁要承担索力,所以必须在主缆架设之前完成。这种与一般悬索桥相反的施工顺序使这种桥梁只局限于中等跨径。不同于一般的悬索桥,自锚式73、悬索桥的计算必须考虑主梁中轴力的影响。1、自锚式悬索桥的历史发展19世纪后半叶,奥地利工程师约瑟夫朗金和美国工程师查理斯本德分别独立的构思出自锚式悬索桥的造型。朗金首先在1859年写出了这种设想,本德在1867年申请了专利。他们都没用锚固在梁两端的连续缆索,而是把主缆锚固到主梁的跨中位置。1915年,德国设计师在科隆的莱茵河上建造了第一座大型自锚式悬索桥。建成于1990年,跨径300的大阪北港桥是自1954年以来修建的第一座大型自锚式公路悬索桥。它的开创性设计对研究自锚式悬索桥提出了进一步要求(图1)。除了自锚,该桥还是第一座单索面大跨径悬索桥,主缆和斜吊杆沿车道中心线在同一个竖直面内。加大矢74、跨比到16,比一般悬索桥的矢跨比要大,这样可以减小主梁的轴力。加劲梁高3.17,高跨比195,桥的外形非常轻巧。图1日本1990年建成的北港桥表1列出了自锚式悬索桥的发展2、自锚式悬索桥的评价北港桥的成功说明自锚式悬索桥有能力达到250350跨径。这种结构的优点是:1）不需修建大体积的锚碇。尤其在地质条件很差的时候,这一点显得特别重要。2）跨径布置较灵活,可紧密地结合地形,即可作成一般的双塔三跨悬索桥，也可作成单塔双跨悬索桥。但是,自锚式悬索桥也存在很明显的缺点:1）用钢量大,造价昂贵。由于主缆直接锚固在加劲梁上,梁承受很大的水平轴向力。为了能抵抗这巨大的水平力,必须加大梁的截面,并且在梁的各75、板件上,设置很多加劲件,以防止梁和板件的压屈。2）施工步骤的限制。由于主缆锚固在梁上,因此锚固跨的梁必须首先吊装完成,才能架设主缆。这一点和一般悬索桥是不相同的,一般悬索桥是先架设主缆,再吊装加劲梁构件,直至合龙;而自锚式悬索桥必须先吊装梁,再架设主缆。因此在安装梁时,不得不搭设临时排架,吊装大型梁的节段,增加了施工的麻烦。3）自锚式悬索桥在原理上近似于系杆拱,所以比普通的悬索桥超静定次数要低,主梁必须很好的维修保护,防止破坏以避免灾难性的垮塌。4）自锚式悬索桥还是一种不为人熟悉的结构,设计和计算还存在一些困难。5）锚固区局部受力复杂。6）相对地锚式悬索桥而言,由于主缆非线性的影响,使得吊杆张76、拉时的施工控制更加复杂。表1 主要的自锚式悬索桥3、自锚式悬索桥的受力原理自锚式悬索桥的上部结构包括:主梁、主缆、吊杆、主塔4部分。传力路径为:桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受,主缆承受拉力,而主缆锚固在梁端,将水平力再传递给主梁。由于悬索桥水平力大小与主缆的矢跨比有关,所以可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小,一般来讲,跨度较大时,可以适当增加矢跨比,以减小主梁内的压力。102 自锚式悬索桥施工的特点自锚式悬索桥施工控制的目的是:指导现场工程技术人员使图纸上设计的悬索桥科学、安全、经济地在工地上得到实现。1、自锚式悬索桥施工的特点可概括为下面几个方面:1)悬索桥是由刚77、度相差很大的构件(主缆、吊索、梁)组成的结构,与其它形式的桥梁相比,具有显著可挠的特点。在整个施工过程中,悬索桥结构的几何形状变化较大。2)悬索桥结构几何形状对温度变化非常敏感。3)施工各阶段中消除误差比较困难。在悬索桥的施工过程中,主缆一旦施工完毕,是无法调整其长度的。2、施工控制的基本框架自锚式悬索桥的施工控制由施工前的计算和施工中的控制组成。1）施工前的计算施工前的计算内容包括结构构件的无应力尺寸(主缆、吊索的无应力长度、加劲梁段的无应力三维尺寸)及鞍座、索夹等的预偏量。2）施工中的控制自锚式悬索桥的施工按施工场地的不同,可分为在工厂预制和在工地现场的浇筑、拼装、架设。对钢结构部分,如鞍78、座、组成主缆的索股、索夹、吊索、加劲梁段,是在工厂内按无应力尺寸下料预制,然后运到工地拼装、架设。因此,可以把悬索桥的施工控制再分为工厂预制时的精度控制和架设现场的安全、精度控制2部分。工厂预制时,各构件的制造精度可按规定的加工精度标准进行控制,容易得到保证。架设现场的安全、精度控制的内容包括:施工各阶段的结构几何形状和内力的计算及计算机模拟,误差量测、反馈和调整,塔顶鞍座的合理顶推。3）程序系统通过应用相关的专业软件对施工过程进行受力分析，来指导自锚式悬索桥的施工。103 青岛海湾大桥大沽河航道桥简介大沽河航道桥采用四跨连续半漂浮体系，桥跨布置为80+190+260+80=610 m。本桥主79、梁采用低合金高强度结构钢Q345D（GB/T 1591-1994）， 采用分离式双箱断面，两个封闭钢箱梁之间用横向连接箱连接，横向连接箱顺桥向间距为12m，宽度为3m。箱梁节段标准长度12m，全宽46m（含中央横向连接箱，外到外），主跨和边跨钢箱梁梁高3.6m，80m引跨钢箱梁梁高3.2m，主缆在梁上锚固区域钢箱梁采用整体式箱梁，在中间位置梁高加高到8.0m，同时两侧钢箱梁完成从3.2m到3.6m梁高的过渡。根据主梁构造不同，全桥分为20种类型55个梁段。本桥为自锚式悬索桥，两根主缆锚固在加劲梁上，每根缆力超过一万吨，巨大的缆力由加劲梁来承受。如何解决主缆的锚固问题将是本桥成败的关键。锚固区段80、整箱范围顺桥向长度：主跨63m，边跨57m；两侧箱高为3.23.6m，中间箱高为3.2（3.6）8m。锚固块采用钢壳灌注混凝土的方案，一方面承受较大的局部应力，另一方面作为压重块平衡主缆传递的较大上拔力。锚固块厚度约为7m，横桥向混凝土填充范围为全宽。全桥两根主缆，主跨矢跨比1:15.5，边跨矢跨比1:21.6，主缆在塔顶横桥向间距1.5m，主缆后锚面中心间距在主跨侧为7.8m，边跨侧为6.5m。主缆的防护采用锌粉腻子嵌缝加缠4mm镀锌低碳钢丝和重防腐涂层的方法防护。在主缆进入鞍罩、锚室前等无法缠丝防护处，设置主缆防护套。索塔塔柱采用C50混凝土，索塔为独柱塔，截面采用哑铃形，塔柱总高150.81、076m。为提高全桥的抗扭刚度，改善结构的动力特性，横桥向在索塔两侧设置三角横撑。 针对大沽河航道桥的特点，存在以下施工风险：1）猫道的抗风稳定性；2）海洋大气环境下悬索桥主缆及吊索的腐蚀；3）钢箱梁的防腐涂装；4）地震的影响；5）主塔、主缆的施工误差。以下对存在的施工问题进行简单的介绍。104 猫道的抗风稳定性猫道是进行主缆钢丝束拽拉架设、测量、调索、挤紧、安装索夹及吊索、主缆缠丝防腐防护等工作时施工人员的空中走道,是必不可少的施工脚手。猫道的组成:猫道承重索,猫道面,栏杆和扶手,横向天桥和抗风索。猫道的设计原则:猫道面的线型应平行于主缆钢丝束在自由悬挂状态下的线型;尽量减轻自重、减少受风面82、积;具有工作安全可靠,能满足机械作业所需的工作面和操作净空要求;同时要求安装和拆除方便、快速;要选用常用材料,经济节约,杜绝火灾。国外的悬索桥的猫道面一般距主缆中心11.5m,面宽34m。在悬索桥主缆编制施工过程中，作为施工人员工作平台和通道的猫道结构，其本身是一个柔性结构。为确保主缆施工过程中猫道的抗风安全及为进行抗风性能研究提供一定的依据，有必要对其振动特性进行分析，并分析有关设计参数对其动力特性的影响。对于猫道这样的柔性结构，风荷载的作用将对其动力特性产生一定的影响，在风荷载的作用下，猫道结构将发生较大的变位，使得猫道结构的承重缆的张力和抗风缆的张力均增大。猫道承重缆张力和抗风缆张力的增83、大将使得猫道振动频率增大，而且随着风速的提高，猫道结构的振动频率也相应有所增大。猫道的抗风静力稳定性就其实质而论，是索结构在定常风作用下的静力稳定问题。决定猫道结构是否失稳(倾覆)的主要因素是定常风作用在结构上的空气力构成的倾覆力矩能否被结构内力所平衡。对悬索桥施工猫道抗风稳定性的评估，以往多通过猫道全模型风洞试验来进行。也可以通过节段模型静力3分力试验以获得静力3分力系数，然后求得风荷载。进而进行猫道静力稳定性的非线性计算分析的方法。105 海洋大气环境下悬索桥主缆及吊索的腐蚀 1、前言修建一座跨越长江黄河的特大型钢桥,使用的普通低合金钢和碳钢的数量,一般都在万吨以上甚至10万吨以上。而腐蚀84、应力腐蚀和腐蚀疲劳是使这种特大桥构件退出工作、寿命降低的重要原因之一。悬索桥的主缆是其主要的承重构件,吊索是直接承载构件,它们的严重腐蚀会危及其使用功能和寿命。普通碳素钢和普通低合金钢在未经保护条件下暴露在大气中,将会发生腐蚀。如果将大气分为乡村大气、工业大气和海洋大气环境,那么海洋大气对钢的腐蚀危害最为严重。研究主缆和吊索的腐蚀特点和有效防腐措施是延长其使用寿命的重要课题。2、金属的腐蚀断裂机理1）化学腐蚀和电化学腐蚀金属的化学腐蚀指的是金属的直接氧化。这里“氧化”的含意是指广义的,它的反应物是金属氧化物,也可以是硫化物、卤化物、氢氧化物或其它化合物。金属失去电子,与其化合的物质获得电子。85、化学腐蚀所说的氧化是金属腐蚀的一种形式,氧化的金属和介质中还原的物质之间电子得失是直接进行的,氧化和还原不可分割。腐蚀产物膜的破裂、逸散和流失,使金属面不断暴露在氧化介质中,腐蚀的过程继续发生。无处不有的氧化介质是空气,其主要腐蚀成份是氧,温度升高使氧化加速。电化学腐蚀指的是金属在电解质中的腐蚀过程,金属的氧化和介质中物质的还原过程则通过离子的运动在不同部位相对独立进行。电子的传递是间接的,在大气条件下,电化学腐蚀会发生腐蚀的阳极过程和阴极过程。前者是金属原子失去电子成为金属离子转入金属表面溶液或以固态留在金属表面;后者是各种去极化剂的阴极还原过程,最常遇到的是氢离子和氧离子的阴极还原反应过程86、,即放氢腐蚀和吸氧腐蚀。随着大气中金属表面电解溶液层变薄,该阴极过程更易进行,相反阳极过程较为困难。海洋大气含有大量的氯化物微粒,吸湿后增加了液膜的导电,同时氯离子本身有强的侵蚀性,从而腐蚀加剧。2）腐蚀的影响因素(1)湿度、结露和雨雪。金属表面水膜的存在易于形成电化学腐蚀的电解液,因此钢在大气中的腐蚀量多半由于雨雪作用。结露会有同样的效果。金属有一个腐蚀速度开始剧增的湿度范围,称临界湿度。钢的临界湿度约为50%70%取决于温度,低于该湿度腐蚀速度极慢或不发生。(2)温度。在湿度一定时随气温升高腐蚀加剧;气温剧烈变化也会加速金属的腐蚀,温度的剧烈变化会使膜或腐蚀产物层不断遭到破坏。(3)大气污87、染物质含量。大气中的气体和固体颗粒物质如:SO2、SO3、H2S、NO、NO2、NH3、HNO3、CO、CO2;海洋大气中的NaCl、MgCl固体颗粒等统称大气污染物质。其中以燃烧的废气SO2和NaCl颗粒腐蚀性强,因此地处海边的工业区的大气对金属的腐蚀最为严重。3）应力腐蚀及腐蚀疲劳(1)应力腐蚀金属在应力和腐蚀介质共同作用下的加速腐蚀;由于应力腐蚀引起断裂称为应力腐蚀断裂。应力腐蚀及断裂有以下特征:有拉应力存在,拉应力越大腐蚀越快。腐蚀速度远大于无应力状态,断口为脆性断裂型。在腐蚀过程中,应力作用在于使金属变形或裂纹扩展,使钝化膜或腐蚀产物层不断破坏,从而促进局部腐蚀不断发生。(2)腐蚀疲88、劳金属构件在重复的交变应力与腐蚀介质共同作用下的断裂称腐蚀疲劳断裂。应力腐蚀是普遍存在的,腐蚀疲劳可认为是其中一个特例。在反复变化的应力作用下,构件平均应力远低于屈服应力时所发生的破坏是疲劳破坏。在应力高峰及局部塑变区、缺陷和微裂处,腐蚀介质的存在,加速裂纹的扩展,同时腐坑等缺陷也是裂纹萌生的根源。因此在腐蚀疲劳断裂中反复应力和腐蚀相互促进,加速裂纹的扩展。3、碳钢的腐蚀特点碳钢不属于耐腐蚀钢,抗腐蚀性能较差。碳钢表面的腐蚀产物亦即锈层,不具有完全阻止腐蚀继续发展的作用。在潮湿空气中较干燥空气腐蚀快,在海洋大气中腐蚀较为严重。普通碳钢化学成份主要为碳、硅、锰、硫、磷。碳量的增加在非氧化酸介质中89、腐蚀率增加。碳量增加,渗碳组织增多,当碳含量大于0.6%时,腐蚀程度明显增大。在大气中腐蚀主要是氧的去极化作用,凡阻止氧与钢表面接触,都能减缓和阻止腐蚀的速度。碳钢另外不利于抗腐的元素是硫和磷。在大气和水溶液中,硫化物夹杂是局部腐蚀的发源地;在酸性介质中磷与硫一样有害,促使放氢腐蚀加剧。硫、磷全都劣化钢的韧性。因此钢中硫、磷含量越少越好。钢中的各种夹杂物均破坏钢组织的连续性和均匀性而恶化钢的耐蚀性。4、主缆和吊索的腐蚀特点研究主缆和吊索的腐蚀特点,要对3个方面进行调查和了解:主缆和吊索所处的腐蚀环境;主缆和吊索所用材料的化学组成;主缆和吊索应力状况。1）工业大气和海洋大气的腐蚀环境一般情况下桥90、梁所处的腐蚀环境是大气环境。大气按温度高低可分为寒、温、亚热及热带。按大气所含污染物不同可分为乡村性大气、城市和工业性大气及海洋性大气。化学腐蚀和电化学腐蚀温度越高,水份越丰富时越是发展较快,因此地处亚热及热带地区较寒温地区腐蚀要快。城市及工业区大气含有较多的燃烧废气SO2、CO、CO2、HsS,海洋大气中有较多NaCl和MgCl颗粒。2）主缆和吊索材料与腐蚀主缆和吊索所用材料均为高强度冷拔碳素钢丝。含碳量在0.75%0.85%,硫、磷含量一般要求0.025%。在工艺过程中通过多道冷拔,应力消除稳定化处理及热浸锌。强度高、塑性较低。强度一般在1500MPa以上,引伸率4%。据国际预应力联合会专91、业委员会(FIP)的研究报告,调质、热轧及冷拔比较,调质钢氢脆的敏感性最大,而冷拔相对最小,同时热浸锌不产生氢脆影响。但由于含碳量高,塑性也差,因此无防护条件下抗腐性能是很差的。3）主缆与吊索的应力状态与腐蚀悬索桥的主缆和吊索是处于高应力状态下工作的，必须考虑其应力腐蚀。吊索直接承担和传递车辆活载，吊索的腐蚀是应力持续作用并有一定应力幅度的反复作用，吊索的腐蚀断裂将是腐蚀疲劳断裂。吊索是可以更换的,但主缆不能。4）主缆、吊索的构造与腐蚀化学腐蚀是金属直接与介质接触的氧化过程,又称“干腐蚀”,电化学腐蚀是依赖电解液形成,故又称“湿腐蚀”。大缆和吊索承受较高应力,吊索同时遭受应力的反复,故无防护的92、缆和索有条件使金属表面的腐蚀产物层不断破裂,而使干腐蚀继续发生。在海洋大气下,湿腐蚀是一种不断发生的较为严重的主要腐蚀形式。水和海盐粒子的积聚极容易形成腐蚀电解液。日本在濑户内海地区钢桁梁上的长期试验表明:促使金属腐蚀和涂层老化的因素主要是海盐粒子,并以空气中盐的含量来评价腐蚀程度。年度调查中盐粒子堆积在背风及局部角落可达80mg/m2。因而积水和积灰尘的构造,湿度大和结露的处所,极易造成腐蚀。缆和索均存在孔隙,大缆在挤缆后孔隙率仍达18%20%,吊索一般扭绞成型,除孔隙外尚存在沟槽。索夹与主缆的结合缝、鞍及散索鞍结合缝。以上由主缆和吊索的腐蚀环境、材料的化学组成、受力特点及构造特点分析与腐蚀93、的关系。可见主缆和吊索的防护应由材料的选用制造及架设的整个工艺,以及成桥后的养护的全过程考虑防腐蚀的设计和施工,应极具针对性。5、悬索桥主缆防腐措施以明石海峡大桥为例对主缆防腐进行说明。1）主缆防护系统为提高主缆的气密性及防水性,在以前的缠绕钢丝上追加橡胶带缠绕,再涂上与橡胶之间的粘性好的外涂装,见图2。图2明石海峡大桥主缆防护层索夹部分采用异丁烯橡胶和变性硅封闭,以提高其气密性和耐久性。2）干燥空气注入系统明石海峡大桥干燥空气注入系统见图3,空气注入间距约为140,每处送气量为33/,主缆内压力低于300(0.03气压),目标湿度值低于40%,为了确认主缆的防腐效果,必须定期解开缠绕钢丝进行94、开放检查,但这种检查不能频繁进行,预备进行一些常规管理,例如:排气口的湿度管理,检查窗的目测检查。另外,进气罩和排气罩结构相同,可随时变更送气间距。图3明石海峡大桥主缆防护系统示意106 钢箱梁的防腐涂装大沽河航道桥采用钢箱梁，采用低合金高强度结构钢Q345D。钢主梁承受着巨大的轴向压力和活载及桥面铺装等恒载，在桥梁运营期间起着至关重要的作用。钢箱梁跟主缆所处的环境一样，同样处在海洋大气环境中，遭受着腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳。因此，钢箱梁的防腐及其重要。大沽河航道桥钢箱梁采用重防腐涂装（如表2）和箱内抽湿系统。表2 钢梁各部位防护涂装方案部 位涂 装 用 料道 数厚 度钢梁外表面（除桥面）喷砂95、（Sa3）电弧喷铝200m有色金属环氧封闭漆2道有色金属环氧中间漆1道50m氟碳树脂面漆或脂肪簇丙烯酸聚氨脂面漆2道240m钢梁内表面二次表处改性环氧耐磨漆1道125m桥面喷砂（Sa3）电弧喷锌（工地）1道80m下面简单介绍一下涂装的质量控制问题。 涂装方案和涂料选定后，防护效果就取决于实施工艺。俗话说“三分漆、七分用”，再好的涂料，如果涂装不好，防护质量也无法保证。1、涂装质量控制1）涂装前表面处理通过表面处理，使钢板表面达到平整光洁，清除焊渣、锈蚀、酸碱杂物、水分、油渍、尘土等，是保证涂装质量的基础。通过表面处理，可达到增强涂膜的附着力，延长涂料保护和装饰作用的效果。钢材表面除锈处理有多种96、方法，目前应用较多的是喷射除锈，经喷砂处理后的钢板表面微带锯齿形，可增强涂膜与钢板表面的结合力。通常选定Sa2.5 级标准，钢板表面无油渍、污垢、氧化皮、铁锈等附着物。2）涂料涂装根据涂料与基材、涂层之间涂料配套性选定的涂料是涂装的基础。一旦选定涂料，涂料供应商一般都提供了较全面的产品说明书，介绍产品型号、组成、基本成分特性、产品用途物理参数、施工指导说明。详细的施工说明包括了施工条件、施工方法、漆膜厚度及质量控制等，在此基础上编写施工工艺，并严格执行，一般是能保证涂装质量的。3）涂装质量控制因素一旦发现质量问题，现场质检和监理人员要及时查明原因，进行处理，必要时要对工艺进行分析和修正，避免出97、现大面积问题，造成经济损失。质量控制主要是人、设备、涂料、施工环境、施工工艺五个要素的控制。4）涂装质量检测要正确评定涂装质量的优劣，必须拥有准确的专业检测仪器和可靠的检测方法，对涂装全过程中的每一个重要环节进行检测评定，以此作为钢箱梁涂装质量及经济价值的保证。涂装质量检查包括：(1)涂装前质量检查，主要是对保护面表面处理质量检查；(2)对涂料的质量检查，主要检查涂料的组分，物理状况，贮存稳定性等；(3)涂装过程的质量检查，主要检查涂装的气候环境条件，工艺落实，涂料的黏度、细度、遮盖力，以及用漆量、涂刷性、流平性、打磨性、干燥时间等；(4)涂装后的质量检查，主要检查漆膜性能参数，外观、涂膜厚度98、颜色、光泽、弹性、硬度、附着力等，以及耐候性及各项防护性能。要完成上述工作，需要一定的专业技术水平和专业手段。2、 技术工艺问题及处理1）工地焊接后焊缝处涂装钢箱梁要在工地安装，安装完成后焊接为一个整体。由于钢箱梁节段是在工厂制造并涂装，工地焊接后需对焊接区域喷砂除锈后涂装，这样带来两个问题，一是新、老涂层间有明显色差，二是新、老涂层交界区有部分漆层重叠。现行工艺中注意到了这些问题，例如，考虑到涂装影响焊接，故在工厂采取贴边的方法保持出厂前节段边缘不涂装。而忽视了工地焊接后焊缝处喷砂涂装，在交界处新区的底漆已喷涂到老区的面层上，这样直接影响交界区的涂装质量，同时给漆层破坏留下了隐患。作为建议99、方案，钢箱梁节段边缘区域要分梯形层次保留，依次为面漆、中层漆、底漆、钢板面 （边缘）。焊接完成后，在两节段的钢板面和底漆区域内喷砂除锈，然后涂装底漆，清洁中层漆区域后涂装中层漆，最后清洁面漆区涂装面漆，用这样的方式保证交界面底漆、中层漆、面漆仍合理分层见图4。图4 涂装分层示意2）破损区处理由于工厂储运、吊装、工地焊、安装工程等原因，不可避免地会造成一些涂装破坏，有的仅表面伤损，严重的会损坏底漆和母材。目前工地上对破损区处理不太规范，修补较少按程序处理，往往是补上面漆了事，给较严重的破损区域留下了防腐隐患。破损处的处理要严格按认定的修补方案进行，必须先对破坏区域进行适当处理，严重的伤损要尽可能100、地分出涂料层次，严格按清洁表面、底漆、中层漆、面漆的程序补涂。即使是仅伤及表面，也应适当表面清洁后，再补涂面漆。值得注意的是在交界区应采用适当的化学添加剂进行处理后，再实施分层涂装。3）面漆色泽各桥均根据全桥总体美化的景观规划，选择不同的面漆颜色，各桥的颜色是不一致的，聚氨酯面漆给使用者提供了选择色彩的便利。但工地焊接后在焊接区的涂装，局部破坏后修补涂装，均与工厂涂装存在一个时差，造成色泽反差，特别是修补区涂装明显是一个补丁，影响美观。在施工工期允许的条件下，最好能保留一道面漆，待全桥施工完成后，进行一次全桥钢箱梁外露区域清洁，统一进行一道面漆涂装，这样会收到较好的效果。目前钢箱梁结构均备有检101、修行车，这一涂装工作也不困难，统一面漆后的钢箱梁将给观赏者美的享受。3、小结钢箱梁涂装质量是桥梁安全营运的基本保证条件之一。要保证钢箱梁涂装的经济长效，需要专业的设计，专业的施工，高质量的供货商，还需要专业的监理。但目前大跨度桥梁是由专业桥梁监理单位实施监理，相对缺少涂料和涂装的专业技术，主要能做到的是涂装前表面处理检查，涂装环境条件检查，工序流程检查，外观检查和膜厚检查，更深层次的检查需要委托专业单位来完成。防腐蚀技术是影响钢结构件在桥梁建设中广泛应用的关键。为此，需要更多的专业单位参与涂料设计、施工、监理和涂料供货，推荐新的涂料产品和新的涂装工艺，推广应用国产新产品、新技术、新工艺，改进和102、提高钢箱梁和其他钢结构的防护能力，保证和延长钢结构桥梁的安全使用寿命。同时，钢箱梁等钢结构件投入营运后，已不具备工厂条件，喷砂表面处理相对困难，故在使用寿命内要制定可行的方案，加强日常维护和保养，将涂装底漆破坏尽可能消灭在萌芽状况，尽可能减少底漆破坏造成重新涂装的耗时、耗资。107 地震响应对自锚式悬索桥施工的影响地震作为一种自然现象,无论其规模、产生概率以及地震的波形特征都具有随机性。中国在20世纪,大约平均每3年发生2次7级以上地震,特别在1966年至1976年期间共发生了10多次7级以上大地震。1995年2月日本阪神大地震使高速公路交通枢纽遭受破坏,次生灾害加重了震情,引起了人们极大的关103、注。桥梁是生命线工程的重要组成部分,在抗震救灾中处于特殊的地位,而合理的结构型式和适当的抗震设计可以大大减轻、甚至避免震害。因此,对于大跨桥梁的抗震研究,具有极其重要的现实意义。由于地震发生的偶然性和随机性，在施工过程必须考虑地震的影响。108 主塔、主缆的施工误差悬索桥架设过程中,由于诸多因素的影响(如主缆钢丝材料特性的离散性,主缆基准索股的架设误差,混凝土的收缩、徐变等),使得在主缆挂完以后,主缆跨中点坐标、塔顶坐标换算到设计基准温度时的值有时会偏离设计要求,这就是主塔、主缆的施工误差。对每座悬索桥,这些误差的限值都有详细的规定,实际施工中,当这些误差超过限值时,虽然主塔、主缆已无法改变,104、但可通过调整吊索无应力长度(以下简称吊索长度)的补救办法,消除这些误差对加劲梁施工的影响,保证成桥后桥面线形符合设计要求。十一、水下承台钢吊箱施工风险分析根据承台所处位置及结构特点，通航孔桥主塔基础及过度墩和辅助墩承台的施工采用有底钢吊箱方案施工。就是在水中桩基完成后，用起吊设备将装有扁担梁且已拼成整体的钢吊箱围堰悬挂在定位桩桩顶，然后灌注水下混凝土封底，抽水后浇筑承台混凝土。这时吊箱围堰的作用就是为了实现承台的干施工，其底板是封底混凝土地控制面，侧板为浇筑封底混凝土及承台混凝土的侧模，同时吊箱围堰的顶面也作为混凝土浇筑施工的工作作业面。1、单壁钢吊箱围堰结构及设计计算钢吊箱结构主要有侧板、底105、板、内支撑、支吊系统等四部分组成。其中侧板和底板是吊箱围堰的主要防水结构，侧板设计为单壁围堰，主要是考虑：节省材料、加工方便、质量容易控制、节省模板资金、下沉时间快。钢吊箱统一在专业厂家严格按设计要求进行加工，钢吊箱为一次性投入，承台施工结束作为近期防撞设施考虑。单壁钢吊箱围堰结构构造尺寸拟设后，根据施工时段分析进行结构设计验算，验算内容为：1）吊箱拼装（包括滑移入水、浮运）下沉计算 ；2）吊箱结构设计计算；3）封底混凝土施工阶段计算；4）抽水后吊箱上浮计算。综合工况条件分析和计算内容，钢吊箱各部分在最不利工况下计算如下：(1)底板主要承受封底混凝土恒载和吊箱静载，最不利受力工况应为封底混凝土106、灌注阶段；此外还要对首节吊箱滑移入水、整体起吊下沉等阶段受力进行验算。(2)侧板以承受水平荷载为主，其最不利受力工况为抽水阶段，取此工况受力荷载组合进行侧板计算；此外还要对吊箱滑移入水，整体起吊下沉，吊箱混凝土封底及承台施工等阶段侧板受力进行验算。(3)内支撑系统与吊箱侧板计算有关，所以在侧板计算的同时完成内支撑的验算。(4)吊箱支吊系统和底板一样，以承受竖向荷载为主，受力计算亦与底板计算一起完成。(5)吊箱滑移入水阶段除演算底板及侧板外，还要通过计算结果确定滑移设备。(6)吊箱浮运主要与流水压力、风力、波浪及靠船力有关，同样以水平荷载为主，设计计算以此几种荷载组合为最不利情况进行计算，而且还107、要对吊箱浮运稳定性进行验算。(7)吊箱拼装下沉阶段主要与吊箱静载有关，以竖向荷载为主，以整体起吊下沉为最不利进行控制计算；并以此计算结果设计吊点、吊具、及选择安装吊具，及选择安装设备。(8)抗浮计算分为两个阶段，一个是吊箱内抽完水后浇筑承台混凝土前，另一个是浇筑完承台混凝土后而其初凝前；分别计算封底混凝土与钢护筒间粘结力及吊箱围堰的上浮力，是两个阶段抗浮安全系数均大于允许值1.3。(9)封底混凝土强度演算，验算分为两个阶段，阶段划分同上抗浮计算；验算封底混凝土周边悬臂时及中间混凝土的拉应力及剪应力 。2、钢吊箱拼装及下沉底层吊箱浮运至桥位，用浮吊吊装下沉到预定位置后，安装支吊系统并将吊箱悬挂其108、上，随后拼装中、上层内支撑及上层侧板，最后用浮吊下沉整体吊箱至设计高程。吊箱下放前对河床进行探测及整平，如部分区域标高侵限，采用机械或潜水工在水下进行清平工作，直到满足要求。同时，在桩基施工中严禁将钻孔及灌混凝土的废弃物倒入海中，以免堆积突起而影响吊箱施工。3、吊箱定位及堵漏吊箱沉至设计高程后，复核其平面位置，如不能满足要求，可将千斤顶安放在四个角的4个护筒外壁与吊箱侧板之间调整吊箱位置，待其满足要求后，在四个角的4个护筒与吊箱侧板之间用定位器焊接定位，然后潜水员下水，将底板堵漏封板紧固在护筒上。4、灌注封底混凝土封底混凝土的作用，一是作平衡重主体，二是防水渗漏，三是抵抗水浮力在吊箱底部形成弯109、曲应力，四是作为承台的承重底模。因封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败关键之一，应针对水位深、灌注面积大等特点采取如下措施：采用泵送混凝土法12根导管多点快速灌注，灌注采用以下游端开始依次倒移向上游前进；为提高封底混凝土坍落度，掺加粉煤灰和高效缓凝型减水剂，以提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间。套箱封底后及时将内支撑和对位螺栓固定牢固，共同起作用；注意风浪和高速船影响，严防意外撞碰；准备各种有效的堵漏措施，以防意外。避免在吊箱封底后产生较大晃动吊箱壁与封底混凝土裂开，吊箱漏水前功尽弃。5、承台钢筋混凝土施工封底混凝土达到75设计强度后，抽干吊箱内积水，然后拆除吊杆梁，割除钢护筒、吊杆及底层水110、平内支撑钢管以下竖向支撑柱，清除高出的封底混凝土。然后按常规方法绑扎承台钢筋、预埋墩身钢筋及预埋件，浇筑承台混凝土。为降低承台混凝土水化热，在承台内需要设置冷却水管，采用U型定位筋卡焊，竖向分层，其位置控制采用定位架方式，冷却管安装随钢筋安装逐层同步进行。冷却循环水工作连续运行，直至承台混凝土内外温度趋于稳定为止。十二、施工过程中栈桥、钢箱梁支架、施工平台等临时设施船舶撞击风险分析青岛海湾大桥海上桥长28千米，海上施工过程中存在着大量的临时设施，包括钢栈桥、钢箱梁安装支架，施工平台等必须考虑减少船舶撞击风险事件发生概率的各种措施，包括在发生事故情况时的应急预案。否则会给桥梁建设造成不可估量的损111、失，严重制约工程进度。桥位处存在的热带气旋、雷暴、风暴潮等强对流天气，对施工船舶和海上施工的安全带来不利影响，会造成船舶撞击栈桥，支架，平台等临时设施。海湾大桥的建设不但需要全新的工艺设计和新桥型，也需要全新的安全管理观念和对策，海上施工安全管理是一项全天候、全方位、全过程的管理，应跳出安全管理仅是定条文、查工地、罚违章、查事故的框架，要把临时设施作为一项系统工程来抓。首先要找出、找全、找准危险源及防范对策。并从施工组织设计、施工合同到施工计划、施工方案层层落实。加大安全投入，从物质上保障海上施工。为应对影响海湾大桥临时设施安全风险，要加大安全设备、人力资源和施工安全设施等三方面的投入，从物质112、上保障海上施工安全。重视安全防范，实施三项预案。风和雾是对临时设施最经常、最大的威胁。各标段要结合各自施工实际，编制海上防台、冬雾强风季节和防突风（雷暴等强对流天气）三项海上施工预案，做好安全防范工作。开展安全检查，推进安全管理。重视海上安全知识培训和人才引进在安全管理中的关键作用。十三、人为风险青岛海湾大桥建设条件复杂、工程量浩大、海上施工任务艰巨、施工工期紧、受控因素多。随着结构的创新和跨径的增大，大跨度桥梁在施工过程中的安全不确定性不断增加，加之我国的桥梁设计、施工规范主要针对200m以下跨径的桥梁制定，已不能适应大跨度桥梁设计、施工的安全需要，更为大跨径建设安全埋下了隐患。面对科技知识113、日新月异的发展，新工艺、新设备、新材料的出现，要求全体建设者更新质量观念、开拓质量视野、落实质量责任、讲究实效的工作思路。人为风险主要来自业主和承包商的资质和经验、施工组织管理能力和水平、雇佣员工的素质、工地的安全检查以及外来破坏等。面对严峻的建设形势，青岛海湾大桥全体建设者要以高度的责任感，齐心协力，未雨绸缪，广开思路，多管齐下，众志成城，实现高质量、高标准于2008年奥运会前通车的目标。1、以人为本，群策群力，充分发挥群众优势。建设办要把人员素质教育和加强质量意识放在首要位置，针对承包商和监理人员进行相关培训，对相关人员进行思想素质教育和业务素质教育，牢固树立“百年大计，质量第一”的观念。在施工过程中，经常就某些质量问题召开质量现场会，从思想上消除某些人质量淡薄的意识。定期地召开工作例会制度，依靠集体的智慧，研究并解决问题，有关计划、任务、质量信息的通报、反馈落实更为快捷有效。充分发挥国内桥梁工程专家、教授的技术优势，提供有效建议和解决措施。提高桥梁建设质量、节省工程投资。还要对个别的重点项目聘请专家进行质量监控。2、大力运用新技术、新设备、新材料，提高工程质量。3、严格工程质量控制和管理。