（土木工程专业论文）跨海大桥混凝土连续箱梁桥关键施工技术研究.pdf

摘要 摘要 东海大桥是国内第一座真正意义上的外海跨海大桥，施工难度大，缺少可 以参考的相关施工经验。本文以东海大桥6 0 米非通航孔段桥建设为背景，针对 海上预应力混凝土箱梁桥的施工关键技术开展若干专项研究。 通过对国外跨海大桥的建造历史、工程特点和施工难点的调研和分析，结 合本项工程的桥型结构、气候环境的特点和前期的技术储备，确定需开展的五 项施工关键技术： ( 1 ) 高性能海工混凝土施工性能研究：在确定配合比的基础上，对坍落度、 凝结时间、强度和弹性模量增长等内容进行分析和调整，以使其满足工程需要。 ( 2 ) 大型预应力混凝土箱梁预制工艺：从自动化液压钢模板、混凝土浇筑工 艺和箱梁养护措施三个方面进行研究，重点在于大型预制箱梁一次性浇筑工艺 的质量控制。 ( 3 ) 大型预应力混凝土箱梁的滑移工艺：首次采用了m g b 高分子摩擦材料， 并辅以顶推和拖拉工艺，使大型预制箱梁频繁的长距离运输成为可能。 ( 4 ) 巴杆式浮吊落驳、运输和架设大型预制箱梁工艺：在东海大桥的建设中 成功采用了2 5 0 0 吨巴杆式浮吊作为大型预制箱梁的吊装设备，这在世界跨海大 桥建设史上都堪称首创。 ( 5 ) 海上桥梁施工测量技术：将g p s 测量手段与常规测量手段相结合，解决 了海上桥梁的测量难题。 本文对上述的研究过程和技术成果进行了详细的阐述。研究工作应用实验 模拟与现场试验相结合的分析方法，采用方案比选、模拟试验、数据分析、评 判结论、完善方案、现场执行的技术路线，取得了较为满意的研究成果，解决 了施工中的技术难题。本项成果对今后的跨海大桥施工也将起到定的借鉴作 用。 测量 关键词：跨海大桥，高性能混凝土、预制箱梁、滑移、巴杆式浮吊、海上 摘要 a b s t r a c t t h ed o n g h a ib r i d g eist h ef i r s tr e a lm e a n i n go fs e a b r i d g ei nc h i n a t h i sp a p e rw a ss t u d i e do nt h ep r e f a b r i c a t i n ga n de r e c t i n g3 6 0p r e p r e s s e d b o x b e a m s o n eo ft h e s eb e a m si sm o r et h a n1 6 5 0t o ni nw e i g h t t h em a i n c o n t e n t ss t u d i e di nt h i s p a p e ri sa s f o l l o n ( 1 ) r e s e a r c h i n gt h ep e r f o r m a n c eu n d e rc o n s t r u c t i o no ft h eh i g h p e r f o r m a n c ec o n c r e t e ( 2 ) p r e f a b r i c a t i n ga1 6 5 0t o np r e p r e s s e db o x b e a mo n l yo n c e ， ( 3 ) t r a n s p o r t i n gt h eb e a m so v e r5 0 0m e t e rd i s t a n c e0 nt h el a n d ( 4 ) t r a n s p o r t i n ga n de r e c t i n gt h eb e a m sw it ha2 5 0 0t o nf l o a t i n gc r a n e a n do t h e rv e s s e l so nt h es e a ( 5 ) i m p r o v i n gt h em e t h o do fa c c u r a t es u r v eo nt h eb r i d g ec o n s t r u c t i o n i nt h i st e r m ，t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t e dt e s t sw e r e a p p l i e d ，m a i nr e s u l t sw e r ev e r i f i e da n du s e di nt h ec o n s t r u c t i o n a n d t h er e s e a r c hr e s u l t sw i l lb eh e l p f u lt os i m i l a rp r o j e c ti nf u t u r e k e y w o r d ：s e a b r i d g e ，h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t e ，p r e f a b r i c a t i n g s 1i p p i n gt om o v e ，f l o a t i n gc r a n e ，s u r v eo nt h es e a i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关丁二收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷奉和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务：学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 ，q口 名 签”擞训 作 年 、bc，槲拆 匣 7 学 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 第l 章引言 1 1 前言 第1 章引言 东海大桥工程位于东海大陆架内缘的杭州湾口北侧海区，西起上海市南汇 区芦潮港镇客运码头往东约4 k m 南汇咀处，直达浙江省嵊泗县崎岖列岛的小洋 山岛。全长约3 2 k i n 。该桥是我国目前在建最长一条真正意义上的跨海大桥，施 工难度大，且国内并没有相关的施工经验可以参考，因此为了保证该工程的顺 利施工，我们对其中海上6 0 米跨预应力混凝土箱梁桥施工关键技术做专项研究。 图1 - 1 东海大桥走向图 第1 章引言 1 2 国内外跨海大桥发展状况 跨海大桥的修建对于改善桥两端地区的交通状况具有及其重要的战略意 义，同时能够极大地带动附近区域的经济发展，因此从上世纪末陆续有不少田 家和地区开始修建跨海大桥，极大地推动了桥梁建造技术的发展，现有已建主 要跨海大桥如下表l l 所示。 表1 1 世界主要跨海大桥介绍 序建成时问工期长度主跨通航净 名称桥型 号 ( 年) ( 年) ( k m ) ( 1 1 1 )高( 米) 金门大桥 11 9 3 75 左右钢悬索桥27 3 71 2 8 05 0 ( 美国) 塞文二桥 21 9 9 6 7 左右钢斜拉桥+ 连续梁 5 1 2 54 5 63 7 ( 英国) 大贝带西桥 31 9 9 7 76 左右 六跨组台连续梁 6 61 1 01 8 ( 丹麦) 大川带东桥 41 9 9 8 67 左右 悬索桥+ 连续粱 6 7 91 6 2 47 5 ( 丹麦) 诺森伯兰大桥 51 9 9 7 4 左右多跨连续梁 1 2 9 32 5 04 9 ( 加拿大) 厄勒大桥 62 0 0 0 7 超过5钢斜拉桥+ 连续梁 7 8 4 54 9 05 7 ( 丹麦、瑞典) 明石大桥 71 9 9 84l o 左右 悬索桥 3 91 9 9 l5 0 ( 日本) 青马大桥 81 9 9 7 55 左右悬索桥2 21 3 7 77 9 ( 中国香港) ( 1 ) 美国金门大桥，该桥建造较早，横跨旧金山湾湾口。湾口是船舶进出 海港的门户，旧金山海湾口就是当年航海进入美国的金门，故称金门大桥。此 桥建成于1 9 3 7 年，桥长2 0 0 0 余米，两个主桥墩之间跨距1 2 0 0 多米，两个主桥 第l 章引占 墩桥塔高耸入云，桥面高出水面1 0 0 多米，该桥的线形架设首次考虑了地球曲 率的影响。钢铁桥体油漆成橘红色，在著名的1 日金山云雾中若隐若现，变幻莫 测，十分壮观。 ( 2 ) 英国赛文二桥，该桥位于英国西海岸赛文河口，全桥长5 1 2 5 m 。主桥 为主跨4 5 6 m 的钢斜拉桥，引桥为跨度9 8 ，1 1 8 m 预制节段悬拼施工的预应力混凝 七连续梁桥。下部结构4 9 个墩柱中有3 7 个( 包括主塔墩) 是采用预制沉箱基 础和预制桥墩节段组拼而成的。桥位处的潮位涨落幅度很大，最大潮差1 4 5 m 为欧洲之最、世界第二。百年一遇的最高潮位为9 1 0 m ，主航道通航净空高度为 最高潮位以上3 7 m ，可通过排水量6 5 0 0 t 的船只，副航道通航净高2 0 m ，通行2 0 0 0 t 级船只。 ( 3 ) 丹麦大贝带海峡西桥，该桥从菲英岛向东跨大贝带海峡西航道岛斯普 罗岛，是一座公铁并列的双向3 车道公路桥和双线铁路桥，全长6 6 k m ，由6 联 长度分别为1 0 4 7 m 或11 5 7 m 的联系梁组成。桥下通航净高1 8 m 。为了避免干扰繁 忙的水上航运及减少海上的工作量，采用了整孔吊装的预制箱梁、预制沉箱及 大吊船施工的方案。预制构件有6 2 个沉箱、1 2 4 个墩柱、1 1 4 个跨度1 1 0 4 m 的 梁和2 4 个跨度8 1 7 5 m 的梁，共3 2 4 个预制单元，混凝土5 0 多万方，钢筋8 5 万多吨。预制构件的运输主要通过起吊能力6 5 0 0 吨的天鹅号起重船完成。 ( 4 ) 丹麦大贝带海峡东桥，该桥是从连接西桥的斯普罗岛跨大贝带海峡东 航道到西兰岛的6 车道公路桥，全长6 7 9 k m ，铁路在斯普罗岛进入海底隧道通 过海峡。大贝带海峡东桥的主桥为( 5 3 5 + 1 6 2 4 + 5 3 5 ) i l l 的悬索桥。西引桥长 1 5 3 8 m ，含7 x1 9 3 m 连续梁；东引桥长2 5 3 0 m ，含1 2 x1 9 3 连续梁。 ( 5 ) 加拿大诺森伯兰海峡大桥，该桥是加拿大本土通向北部爱德华王子岛 的一座双车道公路大桥，总长为1 2 。9 3 k m ，跨度分布为( 1 4 9 3 + 1 6 5 + 4 3 2 5 0 + 1 6 5 + 6 9 3 ) m 。当地气候条件恶劣，冬季冰封，没有冰冻的施工季节为5 “月，此期问潮差4 m ，浪商2 m ，有强风。经过多种方案比较，最后采用了大规 模预制构件施工由岩层直接支承的重力式圆锥形基础及墩身，上部为整体吊装 的预制节段预应力混凝土单室箱梁。 ( 6 ) 丹麦一瑞典厄勒海峡大桥，该桥连接丹麦首都哥本哈根和瑞典海港城 市马尔默，是一座近8 k m 的公铁两用桥，上层为2 3 5 m 宽的公路，下层为双线 铁路。主桥钢斜拉桥主跨4 9 0 m ，西侧边跨各为( 1 6 0 + 1 4 1 ) m ，共长1 0 9 2 k m 。 西引桥长3 k m 多，东引桥长3 7 k m 多，引桥的跨度为1 4 0 m 和1 2 0 m 。大型预制构 第1 章引言 件主要也通过起重船天鹅号来完成，该桥2 0 0 0 年7 月l 闩建成通车。 ( 7 ) 日本跨海大桥，东邻岛国日本海岸绵长，海峡大桥和海湾大挢成为闩 水桥梁建设中的一个特色。臼本是一个群岛之国，全境由本州、四固、九州、 北海道四大主岛及3 9 0 0 多个小岛组成，为了沟通四夫主岛间的交通联系，修建 了多座跨海大桥，比如1 9 8 8 年建成的濑户大桥，1 9 8 9 年建成的横滨港横断桥， 1 9 9 3 年建成的东神户大桥，1 9 9 3 年建成的青森港大桥，1 9 9 9 年建成的目前全世 界最长的悬索桥一明石海峡大桥等。日本通过建造这些桥梁，连通了各主要岛 间的联系，极大刺激了经济的发展。为了建造这些世界之最的大桥，日本有关 部门为此花了近1 0 年时间，专门制定了抗风、抗震、上部结构、桥面销装、钢 桥制造等设计标准和制造标准。 ( 8 ) 中国香港青马大桥，该桥建于1 9 9 2 1 9 9 7 年期间，为公路、轻轨两 用悬索桥，主跨1 3 7 7 m ，是香港新机场的配套工程，设计使用寿命为1 2 0 年。 通过以上介绍的世界主要已建跨海大桥，可以看出跨海大桥发展的主要趋 势有： ( 1 ) 长度和位置的变化，其架设长度已经从初始几百米增加到几千米甚至 几十公里，其建造位置也从内海、海湾而逐步跨向了施工环境更恶劣的外海， 设计旖工更关注潮汐、海流和海浪等因素。 ( 2 ) 桥型结构的丰富，其结构形式已经从初始较单一的大跨度主桥，比如 悬索桥、斜拉桥一跨跨越海峡而丰富到多种结构的形式，比如由主通航孔的悬 索或斜拉，再加上非通航孔的多跨连续梁组台而成，同时对混凝土和钢结构提 出了更高的耐久性标准。 ( 3 ) 测量手段的突破，随着跨海大桥长度的日益增大，施工测量不再单纯 利用常规设备仪器，而是更多地运用g p s 定位控制，并须考虑地球重力场的影 响。 ( 4 ) 建造技术的提高，为了提高海上施工的效率和安全性，随着施工机械 设备性能的提高，跨海大桥的建造更尽量地减少海上施工作业，而采用陆地预 制大型构件，海上架设的施工方法。比如国外有大型起重船“天鹅”号，该船 是为满足海上大桥施工而专门建造的，起吊吨位超过6 0 0 0 t 。 而本工程的东海大桥完全能够代表当今施工难度最大的跨海大桥，首先长 度上达到了3 1 k m ，海上段2 4 5 k m 为目前世界上最长的；其建造位置为外海， 施工条件恶劣；同时桥型结构由主通航孔的斜拉桥，辅助通航孔的连续梁，以 第l 章引言 及非通航孔的多跨连续梁组成，组合丰富：而且，东海大桥的建造同样大量采 用大型混凝土构件陆上预制、海上架设的先进施工工艺，因此该大桥的建设对 我国施工技术具有很大的挑战性，它的建成将有力推动我国建桥水平再上一个 台阶，达到世界先进水平。 1 。3 工程背景概述 1 3 1 工程概述 东海大桥的非通航孔连续箱粱桥是国内首次在海上建设大跨度预应力混凝 土连续箱梁桥。施工技术的研究即要借鉴国外的同类型施工经验：但同时应充 分考虑和利用到国内现有的施工机械设备。这就要求我们不能照搬国外施工的 那套，必须大胆探索，研究自己的一套施工工艺。 6 0 米非通航孔箱梁段总计1 7 9 跨，海上桥梁长度为1 0 7 0 k m 。整桥分为东 西两侧( a 、b 线) ，一侧路幅为1 5 2 5 m 宽，设计最大纵坡3 ，最小纵坡3 ， 道路设计横坡采用2 。预制墩柱总数为3 5 4 个，低墩2 8 6 根，中墩4 8 根，高 墩2 0 根，总方量为4 5 8 8 0 方，最高高度2 5 3 米。预制箱梁总数为3 6 0 榀，其 中有2 2 4 榀为标准中跨，6 2 榀为标准a 型边跨梁，6 2 榀为标准b 型边跨梁，非 标准中跨梁6 榀，非标准边跨a 型和b 型各2 榀，其中有8 6 榀为5 9 米梁。单 榀箱梁计方量约6 5 0 立方米，重达1 6 0 0 1 7 0 0 吨。 图卜2 箱梁断面标准图 第1 章引言 及非通航孔的多跨连续粱组成，组合丰富：而且东海大桥的建造同样大量采 _ l 大型混凝土构件陆上预制、海上架设的先进施工工艺，囡此该大桥的建设对 我国施工技术具有很大的挑战性，它的建成将有力推动我国建桥水平再上个 台阶，达到世界先进水平。 1 3 工程背景概述 1 3 1 工程概述 东海大桥的非通航孔连续箱粱桥是匡内首次在海上建设大跨度预应力混凝 土连续箱梁桥。施工技术的研究即要借鉴嗣外的同类型施工经验；但同时应充 分考虑和利用到围内现有的施工机械设备。这就要求我们不能照搬国外施工的 那套，必须大胆探索，研究自己的一套施工工艺。 6 0 米非通航孔箱梁段总计1 7 9 跨，海上桥梁长度为1 0 7 0 k r a 。整桥分为东 西两侧( a 、b 线) ，一侧路幅为1 5 2 5 m 宽，设计最大纵坡3 ，最小纵坡3 o ， 道路设计横坡采用2 。预制墩柱总数为3 5 4 个，低墩2 8 6 根。中墩4 8 根，高 墩2 0 根，总方量为4 5 8 8 0 方，最高高度2 5 3 米。预制箱粱总数为3 6 0 榀，其 中有2 2 4 榀为标准巾跨，6 2 榀为标准a 型边跨梁，6 2 榀为标准b 型边跨梁，非 标准中跨粱6 榀，非标准边跨a 型和b 型各2 榀，其中有8 6 榀为5 9 米梁。单 榀箱梁计方量约6 5 0 立方米，重达1 6 0 0 - - 1 7 0 0 吨。 榀箱梁计方量约6 5 0 立方米，重达1 6 0 0 1 7 0 0 吨。 图l2 箱粱断面标准图 第1 章引言 图卜3 墩柱断面图 1 3 2 水文状况 图卜4 桥跨布置图 工程附近海区的潮汐主要类型属非正规半日浅海潮型，每个潮汐日有两次 涨潮和两次落潮的过程，且日不等现象较为明显，一般从春分至秋分夜潮大于 日潮，从秋分至来年春分日潮大于夜潮。 海流以潮流占主导地位，且浅海潮流相对较强，其性质属不规则半日浅海 潮流。而潮流的运动形式为往复流类型，呈现一定的旋转性，旋转方向基本为 顺时针方向。实测海流滤去周期性潮流后的剩余部分为余流，经资料分析构成 本海区余流的主要因素是内陆径流、季风及海水密度梯度等。 该区段浪溅区标高为12 0 m 。根据资料芦潮港站平均海平面标高为0 2 3 m ； 小洋山站平均海平面标高为0 3 0m 。可知道芦潮港附近最高浪高为1 1 7 7 【f 【， 汁0秘。一，搀f一秽n一垂察 0 一 一一i | | |一窿糕 第1 章引言 小洋山附近最高浪高1 1 7m 。 1 3 3 气候状况 施工区域位于北亚热带南缘，东亚季风盛行区，受季风影响冬冷夏热，四 季分明，降水充沛，气候变化复杂。 ( 1 ) 气温：多年平均气温1 5 8 度，历年最高气温3 7 5 度，历年最低气温 一7 9 度。 ( 2 ) 降水：降水只数1 3 4 天年，年平均降水量1 0 1 5 3 m m 。 ( 3 ) 风况：实测最大风速3 5 0 米秒( 风向n n e ) ；风力7 级大风日数6 5 8 天年；风力8 级大风日数3 0 天年；风力 9 级大风同数约为3 天年。 ( 4 ) 雾况：平均有雾日3 0 5 0 天年，最多6 0 天年，最少2 0 天年。 1 3 4 地质状况 整个区段为第四系堆积层厚度1 6 0 2 2 0 米，层位相对稳定，本标段内地质 情况见下表1 2 。 第1 章引吉 表卜2 各土层特征白上而下分布概况 编号十层 层厚( m )标高( m ) 表部为现 代的( q r )灰黄色的淤泥( 1 2 )0 3 80+ 2 0 + lo 堆积 淤泥质粉质粘十( 1 1 )l1 15+ 1 o 一2 3 9 灰黄灰色砂质粘土( 1 1 2 ) l2 5 52 4 ，2 24 灰黄灰色粉细砂( 1 1 3 ) 1 1 7 o 一28 ，2 1 9 灰黄灰色淤泥质粉质粘土夹粉细砂 2 6 47 8 4 一1 6 0 上部为全( i i 。) 新世的 灰黄灰色淤泥质粘十( i i i ) 6 0 1 2 01 1 8 1 4 0 ( q 4 ) 堆积 灰黄灰色淤泥粉质粘土( 1 1 1 2 ) 1 9 3 3 0- 9 4 一3 8 7 灰黄灰色粉细砂( 1 1 1 3 ) 0 6 8 21 44 4 0 6 灰色淤泥质粘土( i v ) 4 3 1 7 5，1 2 9 * 2 0 - 3 灰色淤泥质粘土( i v l 2 ) 1 71 3 0 01 7 1 一3 0 o 灰色粉质粘土( i v 2 ) l0 6 2，1 87 5 50 灰绿褐黄色粉质粘士( v l _ 1 ) 0 9 8 818 5 - 2 3 1 灰黄灰色粉质粘土( v 1 4 ) 2 0 1 3 02 3 9 3 7 2 褐黄灰黄色砂质粉土( v 4 - ) 1 2 1 2 o一4 02 灰黄色粉细砂( v “2 ) 7 0 2 3 72 4 0 一3 8 5 灰灰黄色粉细砂( v 4 3 ) 1 58 5 3 03 4 1 一7 0 2 中部为晚 灰灰黄色粉细砂( v 4 。) 2 1 506 7 0 8 8 7 更新世的灰色粉粘土夹细砂( v 4 5 ) 2 2 1 7 54 0 2 一6 8 9 ( q ，) 堆积 杂色粉质粘土( v 1 2 ) 4 0 3 1 03 8 5 7 9 5 灰色粘性土混粗砂砾( v 1 3 ) 4 0 - 5 9 2 灰色粗砂砾混粘性土( v 1 4 ) 1 84 3 4 杂色粉粗砂砾( v i s ) o 7 5 04 6 2 7 1 9 花岗岩全强分化层( v i l l ) o 2 2 3- 49 6 7 4 花岗岩中等分化层( v i l 2 ) o 3 335 4 6 8 6 花岗岩微分化层( v i l 3 ) 朱揭穿 - 5 8 7 8 6 通过以上的介绍可以看出东海大桥工程具有以下的施工特点： ( 1 ) 工程规模浩大：东海大桥全长3 1 k m ，其中陆上桥梁2 3 k m ，海上桥梁 2 6 9 k m ，海堤、开山路1 8 k m ，6 0 米非通航孔段为海上桥梁段1 0 7 k m 。 ( 2 ) 自然条件较差：海域水面开阔，百年一遇h l 波浪高度达到6 m ，最 大流速2 m s ，设计基本风速为4 2 m s 。寒潮、台风影响频繁。海洋强烈的腐蚀 环境对结构耐久性影响很大。 第l 章引言 ( 3 ) 施工条件复杂：桥址位于外海，大风、波浪、潮流、寒潮等恶劣自然 条件对施工的影响很大，按目前施工设备抗风流能力，全年平均有效施工作业 天数在1 8 0 天左右。 ( 4 ) 建设工期很紧：东海大桥计划在2 0 0 5 年底与小洋山港区一期同时建 成，6 0 米非通航孔工程计划预计2 0 0 5 年6 月完工工程建设期二年半。 1 4 施工技术研究主要内容、技术路线和确定施工关键技术 1 4 1 研究内容 整个项目具体分为以下的内容进行分项研究 跨海大 桥大型 预应力 混凝土 箱梁桥 施工技 术研究 高性能海工混凝土施工性能研究 预制场布置研究 大型混凝士构件预制研究 混凝士构件运输与架设研究 海上湿接头施工技术研究 测量技术研究 工程质量与安全管理研究 图卜5 科研内容列表 9 墩柱预制研究 箱梁预制研究 墩柱运输架设研究 箱梁运输架设研究 。一 函螺酱长军1圃 翳密*莘摩藻i_ 怔而褂_ 妹 第l 章引言 1 4 3 确定关键施工技术 一、高性能海工混凝士施工性能研究 东海大桥在国内首次提出1 0 0 年设计基准期，同时高性能海工混凝土又是 国内第一次在建桥过程中采用，其性能必然与普通的混凝土有较大的区别，尤 其表现在耐久性方面上。因此，为了保证该混凝土能在6 0 米非通航孔段的施工 中得以顺利使用，高性能海工混凝土的施工性能研究是本项目研究的关键技术 之一。 为抵抗海洋环境氯离子渗透入混凝土结构锈蚀钢筋，采用了由建科院开发 的高性能海工混凝土，掺加掺和料( 矿渣、粉煤灰、硅粉) 作为胶凝材料大量 替代水泥。该混凝土除常规试验指标( 强度、弹性模量等) 须满足外，对氯离 子抗渗系数要求达到1 5 x i o 一1 2 m 2 s 以下。 我们需要检测试拌样品和施工混凝土的含气量、坍落度损失、混凝土的 初凝、终凝、混凝土的力学性能、电通量、氯离子渗透以及混凝土收缩等各项 指标，并通过与常规混凝土进行e l 较，针对其特殊的施工性能制定施工措施。 二、6 0 米箱梁液压自动化模板和浇筑养护施工研究 一次性整体浇筑6 0 米混凝土箱粱是个巨大的施工挑战，我国目前的成功施 工经验是秦沈客运专线预制的2 4 米混凝土箱梁，同时国外能参考的施工经验有 丹麦大贝带桥的i 0 0 多米的箱梁预制，由于采用了分节预制，最大预制长度2 5 米左右。为顺利完成6 0 米大型混凝土箱梁的浇筑。因此，6 0 米箱梁液压自动化 模板和浇筑养护施工研究也是本项目研究的关键技术之= 。 ( 1 ) 自动化液压模板系统 箱梁模板采用了整体式自动化液压模板系统，因为箱粱施工量大，工期要 求紧，如果采用普通的拼装式模板将很难完成6 0 米箱梁的施工任务及保证预制 箱粱的质量。采用整体式液压模板系统一次性完成6 0 米大型混凝土箱梁的预制， 这在国内还是首创。我国已有整体式大型模板较成功的应用是秦沈客运专线上 的2 4 米箱粱预制，其模板系统是半自动液压模式；国外大贝带桥1 0 0 多米的箱 梁预制采用的是分段液压模板进行预制，最大预制长度2 5 米左右，因此采用整 第1 章引言 体式自动化液压模板系统完成6 0 米箱梁的一次性浇筑对提高我崮桥梁建设水平 和丰富桥梁施工经验具有重要的意义。 ( 2 ) 箱梁浇筑 箱梁的混凝土浇筑中，混凝土原材料的选取通过施工实践的摸索在细骨料 加入了一定量的机制砂代替河砂。对于机制砂掺量对混凝土性能影响的规律性 还有待于深入的研究。 6 0 米箱梁整体浇筑的初步方案：从最初的底腹板混凝土均从腹板位置入模， 第一层先完成整个底板和下承托，再依次浇筑腹板和顶板。通过试验梁对浇筑 顺序和具体技术措施进行了优化。使箱梁质量“外光内实”：确保混凝土密实、 消除外观质量缺陷、控制收缩裂缝的。 ( 3 ) 养护方法 对于箱梁的养护方法，针对本工程现场旌工的实际条件，我们采用了蒸汽 养护的方法，为了减少成品箱梁的裂缝，提高蒸汽养护效果，选用合适的蒸养 温度至关重要。通过对箱梁蒸汽养护过程中温度的全程监测和数据分析，确定 合理的蒸汽养护温度，控制温度裂缝的产生。 对于后续的研究应该针对如何更自动化地控制箱梁的蒸养进行更深入 的研究，使得蒸养过程中的温度和湿度控制的更好、更方便，并能达到环保和 节约能源的目的。 三、大型箱梁滑板滑移系统研究 由于6 0 米混凝土箱梁自重达到1 6 0 0 多吨，国内以前也并没有如此大吨 位的混凝土构件陆上滑移的施工经验可参考，因此大型箱梁陆上滑移系统的研 究也是本项目研究的关键技术之三。 箱梁自重达到1 6 0 0 多吨，经过对吊运、滑轮滑移、滑道滑移的方案比选， 我们最终确定滑板滑移的系统更安全、更易实现；同时对于以后的科研可以进 一步就这类方案进行相关的试验研究，以求得出更科学的结论。为了把箱梁从 存放台座运输到落驳码头，我们设计了横向和纵向滑移轨道，横移通过顶推千 斤顶把箱梁从存放台座顶推到纵移轨道上，纵移通过卷扬机牵引箱梁到落驳码 头处。 通过对滑移过程中的全程监测，我们主要研究了以下内容： ( 1 ) 滑移界质的选用：对于1 6 0 0 多吨的超大箱梁滑移，首先应考虑选用 摩擦系数小的滑移材料，另外耐久性问题，减少施工中的更换频率，也是选定 第1 章引言 滑移材料的重要指标。我们提出的标准是：每次的摩擦材料能保证可以完整滑 移构件1 0 次以上。 ( 2 ) 润滑剂的选择：通过在干态、水态和油态的三种环境下试验研究，选 择合适的润滑剂材料，对降低摩擦系数、快速挥发热量和和维护滑道滑板都更 有利。 ( 3 ) 箱粱结构安全测试：对横移和纵移过程中箱梁和滑移构件各部位所受 的动应力、加速度、速度、挠度变形等进行了全程的监测，确保滑移运输过程 中箱梁是安全的。 四、大型箱粱海上架设施工技术研究 国外跨海大桥施工中，大型混凝土构件的海上架设都采用了专用起重船 来完成，比如“天鹅”号，而本工程拟采用大型扒杆式浮吊来完成。国内外并 没有可参考的施工经验用浮吊完成大型箱梁的海上架设，因此该施工也是本科 研的研究重点。我们将重点研究扒杆式浮吊性能的配置，海上架设的方法及工 艺流程作为本项目研究的关键技术之四。 本项目中，我们创造性地使用现有的大型机械设备扒杆式浮吊、驳船 和拖轮成功实现了箱粱的海上架设工程。其架设工艺流程为：首先浮吊在预制 场码头处起吊箱梁落驳于驳船上；再通过拖轮的牵引把驳船和浮吊运输到海上 的架设平台处；最后浮吊海上布场，驳船运输箱梁进档位，浮吊起吊箱梁落梁 于墩柱上。该施工工艺的优点在于通过现有成熟的机械设备就能顺利完成大型 箱梁海上架设这一施工难题，不用专门建造为箱梁架设的起重船，能够大大节 省成本；同时由于通过驳船运输箱梁，可以一次来回组织多艘驳船运输箱梁， 从而实现了浮吊一个来回完成多片箱粱的架设，大大提高了施工效率。这对于 海上架设平台离预制场较远而又工期要求紧的情况更能体现其优越性。 五、海上测量技术研究 由于本工程非通航孔的施工位于海洋区域，其控制点的布置不可能像陆地 测量方便，因此海上测量技术也是本项目研究的关键技术之五。 我们拟重点研究如何把g p $ 定位系统应用到桥位控制网的布设当中。采用 了g p s 定位系统与常规测量仪器相结合的施工方法。平面控制网的布设采用g p s ， 该仪器施工灵活，对场地要求低。利用g p s 相对静态定位方法，在需要之处增 加定位点，将三台g p s 接收机安置在待定点上同时接收卫星信号，每个点观测 时间为4 0 6 0 分钟，直至将所有点位观测完毕，然后进行基线向量的解算和网 第1 章引言 平差。 1 4 第2 章高性能海工混凝土施一r = 性能研究 第2 章高性能海工混凝土施工性能研究 海水环境是混凝土所处的最严峻的环境条件之一，混凝土结构需承受机械 与人为等高强度的受力要求，结构易于失效，同时，混凝土结构在此环境中使 用还会遭受冰冻、腿浪和水质等多种天然因素的作用，容易使棍凝土遭受损伤 而缩短其耐久年限。已有的普通混凝土结构在这种环境中的力学性能与耐久性 问题日益尖锐，从而不得不每年花费巨额费用来对其进行维修，如美国、加拿 大、欧洲、澳大利亚及中东海湾国家均有这些方面的问题，从而引起全世界工 程界的普遍关注。 2 1 高性能海工混凝土概述 为提高海上大桥及其它海上工程的高强度及高耐久性的要求，国内外众多 的工程技术人员在实际的工程建设中采取了各种提高高强度及高耐久性的方法 和措施，经不断研究、试验与比选，开发了采用掺加掺和料( 矿渣、粉煤灰、 硅粉等) 的高性能混凝土。矿渣不仅起强度作用同时还可以起降低水化热的作 用；硅粉可提高混凝土的抗渗性及耐磨性，同时降低水化热；粉煤灰可提高混 凝土抗氯离子渗入的能力，同时还与矿渣和硅粉一样可降低水化热。 高性能混凝土是用混凝土的常规材料、常规工艺，在常湿下，以低水胶化、 大掺量优质掺合料和较严格的质量控制制作的高耐久性、高尺寸稳定性、良好 工作性及较高强度的混凝土。 显而易见，所谓“高性能”是指混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性 等多方面的优越性能。高性能混凝土( h i g hp e r f o r m a n c ec o n c r e t eh p c ) 是从高 强混凝土( h i g hs t r e n g t hc o n c r e t eh s c ) 发展而来。提高混凝土的强度是发展 高层结构、高耸结构、大跨度结构的重要措施。采用高性能混凝土可以减小截 面尺寸，从而减轻白重，并能获得较大的经济效益。而应用于海工工程中专门开 发的的高性能海工混凝土除了高强度的力字性能外还可有效提供对钢筋的保 护，使其耐久性方面大大优于传统混凝土结构。 第2 章高性能海t 混凝土施工性能研究 2 1 1 国内外高性能海工混凝土研究与应用回顾 本节回顾和介绍一些高性能海工混凝土在目前国内外在建或已建海上大桥 或其它海：【工程上的研究与应用。 ( 1 ) 丹麦大贝带桥海峡工程 大贝尔特海峡工程首次提出了使用寿命为1 0 0 年，即保证其力学性能同时 规定钢筋在l o o 年内不得开始锈蚀。为保证实现设计寿命1 0 0 年，预先进行了 大量专题研究，规定了严格的混凝土技术标准，见表2 - 1 。通过规定掺加一定量 微硅粉和粉煤灰保证混凝土的低渗透性；通过引气和气泡质量控制保证其抗冻 性；通过掺加微硅粉保证耐磨性( 抗海冰冲磨) ；通过限制活性骨料含量、限制 总含碱量、掺加微硅粉和粉煤灰防止碱集料反应；抗硫酸赫侵蚀使用抗硫酸 盐水泥和掺加微硅粉保证；通过通过使用低热水泥、掺加微硅粉与粉煤灰降低 水化热，浇筑时采用对混凝土内部降温控制热应力裂缝。 实际采用的混凝土配合比详见见表2 2 。配制的混凝土7 天抗压强度不小于 3 5 m p a ，2 8 天抗压强度不小于5 0 m p a 。 第2 章高性能海r 混凝十施丁性能研究 表2 - 1 大贝带海峡1 程混凝十技术标准 对混凝土原材料的要求 种类低碱、抗硫酸 盐硅酸盐水 水泥 2 8 d 强度 泥 水化热 5 0 m p a 00 4 5 r a m 2 5 粉煤灰 00 4 5 m m l o 微硅粉 2 烧失量 租骨料 有层理颗粒含量 5 吸水率 7 0 立方体颗粒含量 碱活性成份含量 1 体积 2 0 周碱膨胀 o5 1 0 4 f 配 合比a 1 砂 1 x 1 0 4 ( 配 合比b ) 云母含量 1 7 对混凝土配合比的要求 o3 5 ( 配合比a 1 最大水灰比 04 5 ( 配台比b ) 最小水泥用蜀 最小粉煤灰掺量 3 0 0 k g m 3 最小微硅粉掺量 胶结材的1 0 最大微硅粉掺量 胶结材的5 粉煤灰+ 微硅粉最 胶结村的8 胶结材的2 5 多 13 5 k g m ( 配合比 a 、 最大加水量 1 4 0 k g m 3 f 配合比 b 1 最大含气量 03 5 m m 最小含气量 浆体体积的2 0 0 3 5 m m 浆体体积的8 最犬引气量 浆体体积的7 气泡最小比表面 2 5 r a m 2 m m 3 积 最火氯离子含量胶结材的o 1 虽大含碱量 ( 当量n a z o ) 3 k g m 。 第2 章 高性能海r 混凝土施工性能研究 表2 - 2 大贝带海峡丁程混凝十配合比 对混凝土配合比的要求实际配合比( a ) 实际配台比( b ) 胶结材的1 0 1 2 1 0 1 25 0 胶结材的5 微硅粉掺量5 2 0 5l o 胶结材的8 粉煤灰+ 微硅粉 ( 胶结材的2 5 1 3 7 0 1 7 6 0 1 3 5 ( k g m 。) ( 配合比a ) 加水量 1 3 3 ( k g m 3 )1 3 8 ( k g m 3 ) ( t 4 0 ( k g m 3 ) ( 配合比b ) ( 浆体体积的2 0 含气量( 浆体体积的8 引气量 2 5 m m 2 m m 3 氯离子含量 胶结材的0 1 0 0 7 0 0 8 含碱量( 当量n a z 0 ) 3 k g m 326 2 k g m 3 2 5 5 k g m 3 ( 2 ) 丹麦一瑞典厄勒海峡工程 于2 0 0 0 年7 月正式投入使用的厄勒海峡工程是跨越厄勒海峡连接丹麦与瑞 典的交通工程。结构保证具有i 0 0 年使用寿命。可更换的混凝土构件( 如防浪的 护面块体可具有5 0 年使用寿命。在i 0 0 年的使用寿命内，不允许钢筋开始锈蚀。 允许进行养护，但必须避免进行大规模维修和更换结构构件。结构中采用了阴 极保护，但应在不考虑使用阴极保护的情况下获得1 0 0 年使用寿命。混凝土技 术标准对原材料与配合比要求以及实际使用混凝土的配合比分别见表2 - 3 和表 2 4 。 表2 3 厄勒海峡工程对混凝土原材料与配合比的要求 对混凝土原材料的要求对混凝土配合比的要求 水泥 低碱，c 3 a 2 7 5 k g m 3 微硅粉符合标准e n v l 9 7 一l 中4 7 章的要求 微硅粉掺量 胶结材5 不得用于结构混凝土( 担心含气量 o 4 0 ( a 种混凝土，浪溅区以上) 粉煤灰水胶比 难控制) o 4 5 ( b 种混凝士，浪溅区以下) 水 到达饮用水质量，氯离子 3 4 0 k g m 3 骨料干净，通过碱活性测试氯离子含量 f f 凝材料0 1 使用减水剂高效减水剂，暴露于冻含碱量( 当量 外加剂 3 k g m 3 ( 砂浆体积为6 0 的混凝十) 融环境混凝土使用引气剂n a 2 0 ) 第2 章高性能海】：混凝土施工性能研究 表2 4 厄勒海峡程实际使用混凝十的配合比 对混凝土配合比的要求实际配合比( a )实际配合比( b )自密实混凝土 0 4 0 ( 配合比a ) 等效水胶比 0 3 9 30 4 30 3 9 2 7 5 ( k g m 3 )3 2 4 ( k g m 3 )2 9 5 ( k g m 3 )3 8 0 ( k g m 3 ) 低热) 粉煤灰掺量 胶结村的1 5 1 3 4 0 1 3 9 0 1 4 8 0 ( d a n a s k e ) 微硅粉掺量 3 4 0 ( k g m 3 )3 8 8 ( k g m 3 ) 3 6 0 ( k g m 3 )4 7 2 5 ( k g m 3 ) 氯离子含量 胶结材的0 1 0 ，0 7 0 0 7 含碱量( 当量 3 5 0 k g m 3 2 0 m m 单尺寸骨料6 7 0 k g m 。 水泥用量 5 5 0 k g m 。 l o m m 单尺寸骨料 3l o k g m 。 水胶比 ( 04 专门破碎细骨料7 l o k g m 氯离子含量 9 0 硅灰 1 0 细度： o 0 4 5 m m 比表面积1 5 m 2 g 均匀性密度与均值偏差 5 细度的筛余量与均值偏差 5 氯离子含量2 0 0 n l g l 水 严禁使用海水拌和混凝土 氯离子含量0 0 2 水泥质量 外加剂减水剂减水率 2 0 不得采用含有氯、钾、和钠盐类品种 粒径 1 4 0 0k g m 3 坍落度 1 2 0 磨细高炉矿渣掺入量 5 0 8 0 粉煤灰掺入量 2 5 5 0 硅灰掺入量 5 1 0 2 3 $ ：磨细高炉矿渣和粉煤灰的掺入 量以胶凝材料质量的百分比计；硅 灰掺入量以水泥质量百分比计。 第2 章高性能海工混凝十施一r 性能研究 表296 0 米箱梁高性能海j 混凝+ 的设计要求 部位墩身 箱梁现浇墩台现浇墩顶现浇中横粱 混凝十标号c 4 0 高性c 5 0 高性 c 4 0 高性能混c 5 0 高性能混c 5 0 微膨胀高性 能混凝十能混凝土凝- 十 凝土能混凝十 2 2 26 0 米箱梁c 5 0 混凝土配合比设计 根据东海大桥海工高性能混凝土设计技术标准及设计要求，高性能海工混 凝土的配合比设计如表2 1 0 所示。 表2 一l o 预制箱梁c 5 0 高性能混凝七配合比 高性能海 砂石 材水工混凝士 预制 水外加剂砂率 料泥专用掺台 箱梁 河砂机制 5 1 01 0 2 0 料 c 5 0 高性 占胶凝材 0 8 能混配合比 1 0 01 5 0 l8 41 8 4 王8 43 6 8 料总质量4 0 o 凝土的1 0 配合 每m 3 泄 比设 水胶比 凝土材 1 9 2 2 8 8 1 5 33 5 33 5 33 5 37 0 74 8 订 料用量 03 2 ( k g ) 2 2 3 试拌样品试验与分析 ( 1 ) 试拌样品试验 设计配合比试拌的若干试验数据( 试验室条件：墩身箱梁采用同一配合比) 混凝土的含气量：经检测c 5 0 混凝土含气量为2 混凝土的坍落度损失： 第2 章高性能海工混凝十施一f ：性能研究 表2 1 l 试拌混凝土坍潞度损失( 参见圈2 - 1 ) l 混合后时间( m i n ) 3 0 6 0 9 01 2 0 l 塑整鏖塑叁! 婴!l ! !i ! !l ! ! 卫0 旦 注意：施工过程控制入模时间要求在3 0 分钟内。 混凝土的凝结时间： 初凝时间：9 小时4 5 分； 终凝时间：1 2 小时5 5 分。 注意：混凝土浇筑时间控制在l o 1 2 小时内。 试拌混凝土的力学性能 试拌混凝土的力学性能见图2 - 2 2 - 4 及表2 一1 2 。要注意控制与选择混凝土 拆模、张拉的时间。 图2 - 1 坍落度损失 第2 章高性能海：f 混凝上施。性能研究 图2 2 试拌混凝土抗压强度和轴心抗压强度 图2 - 3 试拌混凝土弹性模量 第2 章高性能海：【。混凝十施l 。| 生能研究 图2 4 试拌混凝土劈裂抗拉强度 表2 1 2 试拌混凝土力学性能表 抗压强度轴心抗压强度 弹性模量( m p a ) 劈裂抗拉强度 ( m p a )( m p a )( m p a ) 龄期 蒸养4 8蒸养4 8蒸养4 8 小蒸养4 8 ( d ) 自然小时自然小时自然养时自然小时 养护( 温度控养护( 温度控护( 温度控制养护( 温度控 制5 0 )制5 0 ) 5 0 ) 伟05 0 ) 1 4 5x 33 4 75 7 22 6 64 5 63 0 2 x 1 0