泉州安海灣特大橋主橋耐久性質量控制措施

■王登輝

(福建省高速公路達通檢測有限公司，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與泉州南安市石井鎮之間的安海灣海域， 安海灣特大橋主橋為570m 鋼-混組合連續剛構橋， 跨徑組合為135m＋300m＋135m，其中鋼箱梁吊裝段長度103m。 主墩采用雙肢薄壁墩，過渡墩采用實心墩，鉆孔灌注樁群樁基礎。 橋型布置如圖1。

該項目是海西高速公路網“三環”中泉州環線和“三十三聯”中泉廈漳城市聯盟路的重要組成部分，采用高速公路標準建設，設計荷載等級公路I 級，設計速度100km/h，雙向六車道，路基寬度33.5m。 橋址位于閩南沿海地區，屬亞熱帶海洋性季風氣候，受季風影響，溫和濕潤，雨量充沛，四季分明。 距離安海灣灣口約2.7km 處，灣內水動力狀況受地形及外海潮汐、風浪的影響。因此海洋環境對混凝土結構及鋼結構具有較強的腐蝕作用， 為了確保100 年的設計使用壽命，橋梁耐久性質量控制至關重要。

圖1 安海灣特大橋主橋橋型布置圖(單位：cm)

2 腐蝕環境分析

2.1 腐蝕環境影響

安海灣特大橋跨越的安海灣，寬約1.8km，位于入海口，屬于海洋環境，防腐要求高，每日潮漲潮落各兩次，水流動力條件較強勁，船只來往頻繁，且橋址臺風頻發，根據水質分析成果，并按照規范《公路工程地質勘察規范》(JTG C20-2011)附錄K，對所取得地表水、地下水樣進行綜合評定分析， 本橋址對處于長期浸水狀態下的混凝土中的鋼筋有弱腐蝕性， 對處于干濕交替狀態下的混凝土中鋼筋具有強腐蝕性。

2.2 環境作用等級

本橋址區設計最高通航水位4.26m，最低通航水位-2.959m，最高潮水位4.72m，最低潮水位-3.27m，其中本橋承臺頂面高程為4.30m。 根據相關規范，本橋址區部分段落為無掩護條件的海水環境， 根據水位情況將環境劃分為大氣區、浪濺區、水位變動區及水下區，其范圍見表1。同時依據《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》，安海灣地處環境的環境作用等級劃分情況見表2。

表1 環境分區范圍表

表2 環境作用等級劃分

2.3 腐蝕類型

本橋址海域環境氣候屬于亞熱帶海洋性季風氣候，對鋼筋混凝土結構腐蝕較嚴重， 該項目所處環境對混凝土結構的危害主要是海風、海霧、海水中氯離子侵蝕引起鋼筋銹蝕，對鋼結構的危害主要是均勻腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕。

3 海工高性能混凝土耐久性質量控制

3.1 耐久性設計原則

根據環境類別及腐蝕特點， 大橋主橋鋼筋混凝土上下部結構采用海工高性能混凝土配合比耐久性設計和適當增加混凝土保護層厚度的基本防腐措施， 同時針對不同結構部位增加相應的附加防腐措施。

3.2 海工高性能混凝土配合比耐久性設計

海工混凝土具高工作性、高耐久性，經常受到浪花濺擊的結構所用混凝土，都屬海工混凝土。海港工程所采用的高性能混凝土， 除應具有高耐久性、 高抗氯離子滲透性、 高尺寸穩定性外， 尚應具有良好的工作性及較高強度。 配制高性能混凝土原材料應選用:

(1)準稠度低、強度等級不低于42.5 的中熱硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等優質水泥；

(2)細骨料宜選用級配良好、細度模數在2.6～3.2 的中粗砂；

(3)粗骨料宜選用質地堅硬、級配良好、針片狀少、空隙率小的碎石，其巖石抗壓強度宜大于100MPa,或碎石壓碎指標不大于10%的級配良好的優質骨料；

(4)必要時摻加優質摻合料和與水泥匹配的高性能減水劑。

根據《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》，海工高性能混凝土拌合物還需符合表3 所示的技術指標。

表3 海工高性能混凝土技術指標

根據設計圖紙及海工高性能混凝土配合比耐久性設計要求， 本項目安海灣特大橋主橋各混凝土配合比設計及物理、力學性能匯總示于表4、表5 和表6。

表4 主橋各部位強度設計等級

表5 主橋混凝土配合比設計-每立方混凝土材料用量(kg)

表6 主橋混凝土物理及力學性能情況

我們在主橋混凝土中摻入礦渣粉， 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滲性，也可提高混凝土的粘聚性。并且在混凝土中添加Ⅰ級原狀粉煤灰，提高混凝土的密實性，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，增強骨料與拌和物的粘結力，促進材料顆粒的分散，提高混凝土的流動性。 因此主橋上下部結構混凝土物理性能優良，28d 強度等級大于試配強度要求，滿足高性能、高耐久性性能要求， 同時主橋各部位海工高性能混凝土的84d 混凝土中氯離子擴散系數DRCM，0 試驗結果如表7所示，滿足耐久性設計要求。

通過優化設計海工高性能混凝土配合比， 根據JGJ 55-2011 規范要求，將混凝土中堿含量控制在3.0kg/m3以內，并摻加適量粉煤灰和粒化高爐礦渣粉等礦物摻合料，對預防混凝土堿-骨料反應具有重要意義。對于浪濺區強腐蝕性高的下部結構，標高+7.79m 以下墩身及承臺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 的檢測方法測定7d 齡期混凝土30min 吸水率不超過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，并在相當長的時間抑制腐蝕， 替代了涂層及其它對混凝土和鋼筋的防水抗腐措施，并增加了耐久性，能良好的應用于本項目安海灣特大橋上。

表7 海工高性能混凝土氯離子擴散系數試驗結果

3.3 混凝土最小保護層厚度控制

研究表明， 增加保護層厚度可以明顯推遲腐蝕介質到達鋼筋表面的時間， 并可增強抵抗鋼筋腐蝕造成的脹裂力。本項目鋼筋籠保護層墊塊采用綁扎砼輪型墊塊，砼墊塊半徑大于保護層厚度，中心穿鋼筋焊在主筋上，每隔2m 左右設一道，每道沿圓周對稱設置不小于4 塊。 在墩柱施工中使用高強度砂漿墊塊， 其中在墩柱上應使用圓餅型高強砂漿墊塊，確保鋼筋保護層符合要求，砼表面無漏筋和露塊現象。 同時梁片的保護層墊塊使用梅花形高強度砂漿墊塊，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量不少于4 塊。 所以安海灣特大橋主橋上下部結構混凝土保護層厚度控制見下表8。

3.4 混凝土結構附加防腐措施

為了降低后期橋梁養護工作量, 提高重要構件的耐久性,確保橋梁100 年使用壽命,對重要構件增加了附加防腐措施如下：

(1)下部結構施工鋼護筒防腐采用涂層的防護方法：使用前對鋼管進行工廠化外壁涂層涂敷。 鋼護筒防腐涂裝方案、護筒涂裝長度見下表9 和表10。

⑵墩柱標高+7.79m 以下墩身表面、墩身施工縫兩側各30cm 范圍內、承臺頂面采用有機硅烷涂裝，硅烷檢測及驗收評定參照《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》(JTJ 275—2000)。吸水率平均值不應大于0.01mm/min1/2，浸漬深度應達到4mm，氯化物吸收量的降低效果平均值不小于90%。

表8 混凝土保護層厚度控制

表9 鋼護筒防腐涂裝方案

表10 護筒涂裝長度

⑶承臺側面和底面使用直徑φ12 間距10cm×10cm雙相不銹鋼鋼筋網片，側面網片凈保護層厚度為4.2cm，底面網片凈保護層厚度為5cm， 網片與內部普通鋼筋絕緣處理。為保證不銹鋼鋼筋網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 預埋件防腐要求

⑷主橋橋面系防撞護欄及伸縮縫裝置的預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埋鋼板(包括體外束減振限位裝置、體外束導向管、合龍定位骨架及現澆接縫臨時定位裝置)和預埋螺栓的防腐處理見表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，并進行試拌，保證其和易性。

4 鋼箱梁防腐措施

(1)對于鋼構件來說，防腐質量的好壞將直接影響構造物的力學性能和耐久性， 所以嚴格控制防腐施工質量是鋼箱梁耐久性高低的重點之一。

根據圖紙設計要求， 本項目主橋鋼箱梁除銹等級為Sa3 級，根據工廠實際情況采用噴砂方法進行除銹，砂子采用無鹽分和無污染的石英砂， 并采用重防腐油漆涂裝(陰極保護)與電弧噴鋁復合涂層防腐進行耐久性設計，梁體鋼構件表面的具體涂裝方案見表12。

表12 鋼梁(含剪力釘)各部位防護涂裝方案

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，粗糙度：60～100μm；

②電弧噴鋁：鋁層厚度為150±50μm，抗滑移系數出廠值≥0.55，現場檢驗值≥0.45；

③栓接后現場處理： 高強度螺栓栓接后的外露鋁涂層、螺栓，經打磨露出新鮮鋁涂層及凈化處理后，涂刷特制環氧富鋅封閉底漆1 道， 然后進行相應部位后續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)為保證涂裝質量的耐久性應從以下幾方面進行過程質量檢測：

①在涂裝過程中對溫度、 濕度和周圍環境等涂裝作業環境進行檢驗；

②在涂裝過程中對涂裝間隔時間和涂膜外觀進行檢驗；

③涂裝過程中使用漆膜厚度儀對底漆涂層、 鋅鋁涂層以及完整的涂裝體系的涂層厚度分別進行檢驗；

④涂裝過程中采用抽樣法對涂層附著力進行檢驗，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

本文結合本工程安海灣特大橋主橋項目的特點，從海洋腐蝕氣候環境、 海工高性能混凝土配合比耐久性設計、保護層厚度控制措施、混凝土附加防腐措施、鋼箱梁防腐措施等多方面來分析， 通過從主橋整體各結構耐久性的質量控制來保證安海灣特大橋主橋全壽命周期，為其提供質量技術保障， 并為其今后的通車運營發揮良好的經濟效益。