2000年,中国企业以设计建造总承包模式,承建了槟城二桥项目,该大桥全长24公里,其中海上桥长16.9公里,陆上引桥6公里,主桥为长475米的三跨双塔H形斜拉桥。桥梁设计时速80公里/小时,分为双向4车道和双向摩托车道。平面线形采用“S”形曲线和两次起伏的立面线形,使大桥在景观效果和行车舒适性上均达到良好的效果。
对建筑的耐久性而言,最可怕的不是单一的高腐蚀性环境,而是环境的频繁变化。
而槟城二桥正处于这样一个频繁变化的环境中:昼夜温差带来的温度变化、潮汐带来的腐蚀性海水变化、强烈的太阳辐射和降雨交替带来的干湿变化、降水形成的淡水和海洋中的高盐海水带来的盐分变化……这种不停变化的环境给大桥的混凝土材料带来了沉重的负担。
(海洋环境示意图,受害最严重的是飞沫区)
除了自然环境的恶劣外,规范标准的不统一也增大了设计和施工的难度:不仅马来西亚采用的当地标准与中国标准不同,而且马来西亚内部的标准也多有差异,而且,与最新的英国标准BS和欧洲标准EN对混凝土的控制指标也存在差异。许多耐久性指标在国内较少采用。
因此,中国的施工企业必须因地制宜地采取设计方案,对当地的标准和通行的英国标准都要有深入的理解,并符合当地的工程惯例才行。
(被海水腐蚀的混凝土结构)
为了增强大桥结构的耐久性,槟城二桥采用了较大矿物掺合料含量的高性能混凝土。
对位于浪溅区和水位变动区等处的海上承台、墩柱、塔柱下部等所处环境条件恶劣的部位,施工方均采用了喷涂硅烷涂层附加措施,使得钢材和混凝土不与腐蚀性海水直接接触。硅烷涂料具有很低的表面能,这使得其具有良好的疏水防水性能,加之良好的耐热性能和耐腐蚀性能,硅烷作为耐腐蚀涂料的性能十分优异。
在施工过程中,施工方还采用了骨料遮阳、加冰水等措施来降低混凝土的温度,使之不高于36℃。通过在结构内埋设冷却水管,通冷却循环水的方式来控制混凝土的最高温度和温度梯度。这可以大大降低混凝土内部的温升变形,控制混凝土开裂,从根本上提高混凝土耐久性。
槟城二桥总长达24公里,主要采用密布的预应力高强度混凝土管桩(PHC桩)基础进行大桥的承重。
这种桩与一般的现场灌注桩不同,是预先在工厂中生产的,采用先张预应力离心成型工艺,并经过10个大气压(1.0Mpa左右)、180 ℃ 左右的蒸汽养护,制成一种空心圆筒型混疑土预制构件。
大桥的桩基础采用锤击法施工,共计打入了5100多根直径1米的PHC桩。这种施工方式虽然预制化程度高,简便快捷,但也有很高的技术含量,施工中很容易出现桩偏位、桩身裂缝、桩顶碎裂等质量问题。
(预应力高强混凝土管桩)
在水上进行沉桩作业,沉桩过程受潮汐、风浪、锚缆松弛以及施工区域复杂的地质情况等制约,很容易发生沉桩的移位。
要应对这种沉桩移位,必须对沉桩作业实施精确的控制。在打桩船工作时,沉桩施工员必须实时观察打桩船的锚位变化情况,不断重新调整锚位。不过,这种调整和纠偏本身也有学问,如果在锤击入土较深后发现桩身偏位过大,不仅不能强行纠偏,而且不能贸然拔桩,而是应该继续沉桩并采取其它补救措施。
PHC桩在打桩过程中很容易出现桩身裂缝。由于桩本身的质量存在一定差异,加之不同位置的桩需要穿透的地质环境也很不同,因此很难保证锤击的力度恰好合适。
为了减少这种将桩打裂的情况,尽可能地提高安全性,工程采用了重锤轻打的原则进行施工。此外,工程还选用钢丝绳作为锤垫,以起到对锤击能量有效的削峰作用,并根据力学监测结果及时调整锤击受力。
即使桩身产生裂缝也不要紧,工程采用了先进的修复手段对PHC桩进行修补。
这是一种以碳素纤维布作为基础,浸渍环氧树脂的修补材料,它具有高强度、重量轻、高弹性以及耐腐蚀性能,抗拉强度可达钢筋的十倍。将这种材料垂直于裂缝粘贴在桩身上,可以将桩基形成受力整体,不仅修补了裂缝,而且提高了桩基整体的刚度、强度、抗裂性以及防腐能力。
(碳纤维修补材料)
除了预制桩外,在特殊的地质条件下,槟城二桥也不得不采取其它桩基。在大桥经过的海底最深处,为了将大桥牢固地固定在海床上,人们修建了全球最深的螺旋钻孔桩,深达127米。这即使对经验丰富的中国承包商来说也是全新的挑战。
2015年10月9日,由于大桥难度突出、规模巨大,以及工程团队的卓越和通力合作,槟城二桥获得了英国土木工程学院颁发的布鲁内尔大奖。该奖自1995年以来仅颁发过3次,槟城第二大桥是东南亚首个获得此殊荣的建筑。
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