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120年的大桥 120年的混凝土
2022/04/22 11:27
来源：中国建材报
港珠澳大桥是中国交通建设史上技术最复杂、环保要求最严格、品质要求最高的工程之一。......
全国政协委员、港珠澳大桥总工程师 苏权科
作者简介：苏权科，教授级高工，中国土木工程学会桥梁与结构工程分会副理事长，粤港澳大湾区交通建设智能维养与安全运营工程技术研究中心主任。长安大学博士生导师、中南大学客座教授。国家科技支撑计划项目“港珠澳大桥跨海集群工程建设关键技术研究与示范”、国家重点研发计划项目“港珠澳大桥智能化运维技术集成应用”项目负责人。获2018年国际桥梁结构维护与安全协会（IABMAS）杰出贡献奖、第六届全国杰出专业技术人才称号，南粤创新奖、南粤楷模。
1987年毕业于长安大学，工学硕士。曾任广东省公路工程质量监督站副站长、广东省交通科学研究所总工程师。参加了广东汕头海湾大桥、台山镇海湾大桥、福建厦门海沧大桥等重大工程建设。2004年起至今担任港珠澳大桥工程总工程师。
港珠澳大桥是中国交通建设史上技术最复杂、环保要求最严格、品质要求最高的工程之一。按要求，这座大气磅礴的跨海集群超级工程要能达到120年的使用寿命。遥望一个多世纪，大桥要不间断地经受海水、海风、盐雾、潮汐、干湿循环等众多极端恶劣和严酷的环境挑战，如何确保恶劣条件下的耐久性，是工程建设品质的关键所在。我们联合中交四航工程研究院与清华大学组成耐久性研究团队，经过数年探索，提出基于可靠度理论的混凝土结构耐久性设计新方法，解决了120年耐久性设计施工难题，被国际同行称为“港珠澳模型”。
1. 混凝土结构的耐久性设计基于实际环境和长期性能
当时我国内地已经建设了东海大桥、杭州湾大桥和青岛海湾大桥等多座跨海桥梁工程，设计使用年限为100年。这些工程都是通过使用海工高性能混凝土、规定最小保护层厚度，采取附加防腐蚀措施和严格管控施工的技术思路来实现耐久性目标的。英吉利海峡隧道和我国香港的昂船州大桥有120年设计使用年限的工程建设经验，采取合理设计指标、严格控制施工质量、明确规定后期维护等措施是工程耐久性保障的基本思路。
港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计用的氯离子扩散系数的衰减规律，根据长期暴露试验的数据回归得到。混凝土中混掺粉煤灰、粒化高炉矿渣粉以获得最优的抗氯离子渗透性能。在材料和设计施工水平能够达到的前提下，从材料性能和构件构造上最大限度地提高结构的耐久性水平，同时对腐蚀风险较高的重要构件关键部位采取合适的附加防腐措施。港珠澳大桥混凝土结构不同部位具体需结合各部位的工况条件，考虑外加防腐蚀措施的效果、施工可行性以及全寿命周期成本。
2. 混凝土结构采取综合防护技术附加防腐蚀措施
理论上采用海工高性能混凝土与足够的混凝土保护层厚度，混凝土结构可以达到120年使用寿命。但考虑到实际设计施工的偏差、材料性能的波动、环境和荷载的影响等不利因素，需要采取一些有效的防腐蚀措施，来降低腐蚀风险和提高耐久性安全储备。通过对不同外加防腐措施的技术特点、经济效益和混凝土构件腐蚀风险三者之间综合分析，港珠澳大桥不同部位分别采用了硅烷浸渍防腐、外层不锈钢钢筋或环氧涂层钢筋加硅烷浸渍联合的外加防腐蚀，以混凝土自防水为主、运营期耐久性监测传感器等附加防腐蚀措施。
3. 混凝土结构耐久性施工质量控制
根据港珠澳大桥结构类型和施工特点，研究编制了用于指导混凝土施工的《港珠澳大桥混凝土耐久性质量控制技术规程》。针对全断面浇筑沉管管段大体积混凝土的控裂难题，提出有针对性的管节预制工艺、温控及监测措施，通过模型试验、仿真分析全面检验并优化原材料和施工工艺等。另一方面，对结构或构件跟踪测试，针对有明显缺陷或耐久性评估不能满足设计目标的，采取合适的补救措施。
4. 混凝土结构运营期耐久性维护
120年设计使用寿命的实现是一项贯穿于设计、施工和维护等各个阶段的系统问题。港珠澳大桥构件种类多，环境不同的构件耐久性劣化时变过程也不同。因此，制定了科学的营运期耐久性维护制度、耐久性监测、定期评估和耐久性再设计等耐久性维护策略。
港珠澳大桥设置了不同极端工况的分项安全系数，大桥主体结构应对各种灾害挑战有底气，可有效抵抗16级台风、8级地震。
编辑：张寅秋
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投稿：news@ccement.com
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