海洋環境下的混凝土加勁梁自錨式懸索橋防腐設計

劉鵬飛

摘要：從海洋環境對混凝土的破壞作用出發，對其產生的原因進行分析，并結合實際案例，提出海洋環境下的混凝土加勁梁自錨式懸索橋防腐設計方案。跨海大橋作為交通運輸網絡中的重要載體，對于完善交通體系，促進經濟和社會發展，具有重要的意義。由于跨海大橋的建設環境較為惡劣，嚴重的鹽霧環境對橋梁結構的腐蝕作用，成為了跨海橋梁建設工程中不可回避的一項課題。本文以唐山灣三島跨海大橋工程為案例，針對混凝土加勁梁自錨式懸索橋的防腐設計方案進行探討。

【關鍵詞】：自錨式，懸索橋，防腐，海洋環境

1.海洋環境腐蝕作用分析

混凝土的pH值通常在12-13之間，其堿性介質使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，從而形成了一道致密的鈍化膜，對鋼筋有良好的保護作用。而在海洋環境作用下，混凝土中的堿性環境受到破壞，趨于中性，當pH值降低到一定程度后，這道致密的鈍化膜將受到破壞，從而引起了鋼筋的銹蝕。當混凝土內的附近部分發生銹蝕后，腐蝕后的鐵基體作為陽極，與鈍化膜所代表的陰極形成電位差，為電化學腐蝕營造了環境，加劇了鋼筋的腐蝕速度，鋼筋銹蝕體積不斷膨脹，從而引起了混凝土的開裂。

海洋環境對跨海大橋的腐蝕作用主要體現在鋼筋銹蝕、凍害、混凝土碳化、結晶壓力等幾個方面;此外，流水、波浪侵襲力、船舶及漂浮物撞擊一方面對混凝土造成了磨損與沖刷，另一方面加劇了腐蝕介質的滲透，為海洋環境對混凝土的腐蝕創造了便利條件。

2.案例項目概況

唐山灣三島跨海大橋工程位于河北省唐山市東南部濱海，主橋采用混凝土獨塔自錨式懸索橋結構，主跨168m，主橋全長330.3m。

3.唐山灣三島跨海大橋防腐設計

3.1自然條件

針對上述海洋環境腐蝕作用的各種類型，在本工程防腐設計開展前，首先依據項目地勘資料，對工程所處區域的自然條件進行了分析。

跨海大橋位于河北省唐山市樂亭縣海港開發區濱海潮間帶上，近場區內冀東平原大部屬濱海平原區。地勢總體北高南低，微向渤海傾斜。濱海平原是河流與海洋相互作用的結果，標高在1.2～3.4m左右，地勢平坦，坡度一般為0.2‰。區內為極淺海區，水深大部分在10m以下，至近場區東南緣水深近30m左右。橋址區域地表水為海水，水位隨潮汐而變化。海水在高潮和低潮時的水質基本一致;結晶類型為中等腐蝕、分解類無腐蝕、結晶分解復合類為強腐蝕。因此該區域海水對混凝土的腐蝕性等級綜合評定為強腐蝕。橋址海域潮汐為不規則半日潮，最高高潮位為2.91m，最低低潮位為-1.39m，平均高潮位為1.69m。

3.2防腐設計總體思路

為確保本工程橋梁使用壽命100年的目標，防腐方案的制定參照和借鑒了許多國內外的相關規范、規程及案例。根據橋址區域海水對混凝土具有強腐蝕的特點，分別對混凝土結構、鋼筋及纜索系統進行防腐處理。

根據橋址海域潮位情況，并結合《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》的相關規定，本大橋環境分區的劃分為：大氣區、浪濺區、水位變動區、水下區。針對不同分區，提出了不同的防腐措施，具體如下：（1）對水下區、水位變動區、浪濺區和大氣區的混凝土表面進行涂層保護處理。（2）對水下區、水位變動區混凝土構件鋼筋添加阻銹劑處理。（3）對浪濺區混凝土構件鋼筋添加環氧涂層處理。（4）承臺鋼筋保護層厚度不得小于90mm;橋塔及橋墩墩墩身鋼筋保護層厚度不得小于65mm。（5）對樁基鋼護筒進行保留處理，將施工用鋼護筒作為鉆孔灌注樁樁的一道防腐蝕措施而進行保留，鋼護筒外表面采用涂鋅處理。鋼護筒的壁厚為22mm，鋼護筒在水下區可使用近70年，疊加涂層防護后，使用壽命預計可達近90年。（6）樁基鋼筋保護層厚度不得小于75mm。（7）箱梁鋼筋凈保護層厚度不得小于50mm。

3.3混凝土涂裝方案

3.3.1水下區、水位變動區、浪濺區混凝土表面涂裝方案。水下區混凝土涂層體系應由底層、面層配套涂料涂膜組成，總干膜平均厚度為500μm。涂層體系詳表1。

水位變動區和浪濺區混凝土涂層體系應由底層、中間層和面層配套涂料涂膜組成，總干膜平均厚度為440μm。涂層體系詳表2。

3.3.2大氣區混凝土表面涂裝。大氣區混凝土表面涂層體系應由底層、中間層和面層等配套涂料涂膜組成，總干膜平均厚度310μm。涂層體系詳表3。

3.4鋼筋阻銹劑方案

為保證橋梁使用壽命，延緩鋼筋銹蝕，對水下區、水位變動區混凝土構件鋼筋添加阻銹劑處理，阻銹劑的摻量應通過試驗確定。海工耐久混凝土中的阻銹劑可與聯合表面涂層、硅烷浸漬等使用，具有疊加保護效果。

3.5鋼筋環氧涂層方案

大量的理論及實驗證明，環氧涂層鋼筋有很好的耐蝕性，可大大提高混凝土結構的耐久性。本工程中，對浪濺區混凝土構件鋼筋添加環氧涂層處理。但與無涂層鋼筋相比，環氧涂層鋼筋可使鋼筋與混凝土之間的黏結強度下降20%，故需對受拉鋼筋的綁扎搭接長度、裂縫及剛度的計算要求進行相應的提高。

3.6纜索系統結構防腐設計

3.6.1主纜防腐涂裝。主纜的防腐涂裝施工在橋面附屬設施竣工后進行，具體順序如下：主纜的捆扎鋼帶及外層纖維捆扎帶的逐段拆除由低端開始，然后對主纜表面進行清洗;之后在主纜表面刷涂一道磷化底漆，干膜厚度10μm;然后不干性嵌縫防護膩子涂覆（3500μm）。纏絲后清除表面的防護膩子，刷涂一道磷化底漆，干膜厚度10μm;然后涂裝環氧云鐵底漆，干膜厚度80μm;刮涂密封劑（2500μm），采用密封劑對索夾端口嵌縫;涂裝聚氨脂面漆（180μm）;最后在主纜頂面（30cm范圍）復涂聚氨脂面漆防滑涂層。

3.6.2主索鞍、散索鞍防腐涂裝。主索鞍及散索鞍槽內加工表面、各隔板全部表面、索槽表面按Sa3.0級噴砂處理后，進行噴鋅處理，鋅層厚度≥200μm。未加工的表面需采用噴砂處理，清除污垢、銹層、氧化皮后，涂無機富鋅底漆、面漆各兩道。加工表面應采用涂脂防銹處理。

3.6.3索夾、纜套防腐涂裝。索夾及纜套內、外表面的防腐涂裝應按表4的要求進行。其他鋼制緊固件的表面面漆與索夾外表面相同。

4.結束語

本文通過對海洋環境對混凝土的腐蝕作用進行分析，在明確病害產生原因的基礎上，依托唐山灣三島跨海大橋工程，有針對性的提出了解決方案。設計方案中，對大橋環境分區進行劃分，并針對不同的分區提出不同的防腐體系及措施，同時針對自錨式懸索橋的纜索系統提出了相應的防腐涂裝方案，對于今后同等環境下同類型橋梁的防腐設計及施工具有一定的參考價值。

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