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ICS 号 中国标准文献分类号 团体标准T/CHTS XXXXX-XXXX 港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南 Guideline for durability design of concrete structure of HZM Bridge (征求意见稿) XXXX-XX-XX 发布 XXXX-XX-XX 实施 中国公路学会 发布

1 团体标准港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南 Guideline for durability design of concrete structure of HZM Bridge T/CHTS XXXX-XXX 主编单位:港珠澳大桥管理局 中交四航工程研究院有限公司 发布单位:中国公路学会 实施日期:XXXX 年XX 月XX 日XXXXXXXX(出版单位) 中国公路学会文件 公学字zXXXX{XX 号 中国公路学会关于发布 《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》的公告 现发布中国公路学会标准《港珠澳大桥混凝土结构耐久 性设计指南》 (T/CHTS XXXXX-XXXX) ,自XXXX 年XX 月XX 日起实施.

《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》 (T/CHTS XXXXX-XXXX)的版权和解释权归中国公路学会所有,并 委托主编单位中交四航工程研究院有限公司负责日常解释 和管理工作. 中国公路学会 XXXX 年XX 月XX 日前言本指南主要依据港珠澳大桥耐久性设计相关课题研究成果 和应用情况, 反映了港珠澳大桥工程混凝土结构耐久性设计的实 际情况. 本指南以保证港珠澳大桥工程达到

120 年设计使用年限为 目标,规定了港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计的基本方法、耐 久性设计指标和质量控制指标. 本指南实施过程中,请将发现的问题和意见、建议反馈至中 交四航工程研究院有限公司(地址:广州市前进路

157 号;

联系

电话:020-84236209;

电子

邮箱:[email protected]) ,供修订 时参考. 本指南由港珠澳大桥管理局提出,受中国公路学会委托,由 中交四航工程研究院有限公司负责具体解释工作. 主编单位:港珠澳大桥管理局 中交四航工程研究院有限公司 参编单位:清华大学 主要起草人: 主要审查人: 目次1总则.1

2 术语和符号

1 2.1 术语.1 2.2 符号.2

3 基本规定.3 3.1 耐久性设计基本原则.3 3.2 港珠澳大桥混凝土结构构件组成.3 3.3 环境类别与作用等级.4 3.4 耐久性极限状态.6 3.5 构件设计使用年限.7 3.6 材料要求.8 3.7 结构构造规定.9 3.8 预应力体系耐久性规定.9

4 海洋环境混凝土结构耐久性设计.12 4.1 一般规定.12 4.2 耐久性设计方程.13 4.3 设计参数与分项系数.13 4.4 耐久性设计结果.16

5 附加防腐设计

18 5.1 对象选择.18 5.2 附加措施设计.18 5.3 技术要求.19

6 耐久性再设计

22 6.1 施工阶段耐久性评估和再设计.22 6.2 营运阶段耐久性维护和再设计.23

1 附录 A 海洋氯离子环境全概率耐久性设计模型

25 附录 B 基于概率的碳化环境耐久性设计模型

26 1

1 总则 1.0.1 为统一港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计技术要求,保障港珠澳大桥工程 达到预定的

120 年设计使用年限,做到安全科学、耐久适用、经济合理,制定本 指南. 条文说明 本指南规定了港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计的基本方法、 耐久性设计指 标和质量控制指标,以保证港珠澳大桥工程达到

120 年设计使用年限. 1.0.2 本指南适用于港珠澳大桥设计使用年限

120 年的海中桥梁、沉管隧道和海 中人工岛的主体混凝土结构. 1.0.3 本指南建立了基于可靠度理论的混凝土结构耐久性设计方法,规定混凝土 结构耐久性设计指标和防腐蚀附加措施,并增加后期耐久性维护和再设计的规 定. 条文说明 海洋环境氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是港珠澳大桥混凝土结构耐久性的主要 影响因素, 本指南针对这一主要特征,以与港珠澳大桥具有相似环境的华南长期 暴露试验和工程调查数据为基础, 建立了基于可靠度理论的混凝土结构耐久性设 计方法.鉴于设计、施工的偏差及工程使用过程中的不确定因素,为增加耐久性 设计安全裕度,本指南除针对构件规定了混凝土结构的耐久性质量设计指标外, 对处于恶劣腐蚀环境下的重要构件及关键部位尚应采取必要的防腐蚀附加措施. 为确保港珠澳大桥达到

120 年的设计使用寿命, 本指南耐久性设计的部分规 定高于国内相关规范的标准,并增加了后期耐久性维护和再设计的规定. 1.04 除应符合本指南的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定.

1 2 术语和符号 2.1 术语 2.1.1 结构耐久性 Structure durability 在设计确定的环境作用和维修、使用条件下,结构构件在设计使用年限内保 持其适用性和安全性的能力. 2.1.2 可靠度 degree of reliability 结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率. 2.1.2 可靠指标 reliability index 度量结构可靠度的数值指标,反映结构失效概率. 2.1.3 分项系数 partial factor 耐久性近似概率设计方法中,对设计参数特征值的放大(作用参数)或折减 (材料性能参数)系数,由目标可靠指标来校准. 2.1.4 氯离子扩散系数 chloride diffusion coefficient 描述混凝土孔隙水中氯离子从高浓度区向低浓度区扩散过程的参数. 2.1.5 表面氯离子浓度 surface chloride concentration 混凝土暴露在海洋环境中, 表面不断沉积的氯离子浓度,用氯离子与混凝土 胶凝材料的质量比来表示. 2.1.13 氯离子临界浓度 chloride critical concentration 混凝土中能够诱发钢筋锈蚀的钢筋表面最小氯离子浓度, 用氯离子与胶凝材 料质量比来表示. 2.1.14 混凝土保护层厚度 concrete cover thickness 在耐久性设计中为控制钢筋锈蚀所必需的混凝土保护层厚度, 最外侧箍筋到 混凝土表面的距离,不包括钢筋安装定位的施工允差. 2.1.15 防腐蚀附加措施 additional protective measures 在改善混凝土的密实性、 增加保护层厚度和利用防排水措施等常规手段的基 础上, 为进一步提高混凝土结构耐久性所采取的补充措施, 包括混凝土表面涂层、

2 防腐蚀面层、环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂和阴极保护等. 2.2 符号 2.2.1 D28,D28,d――氯离子在

28 天龄期混凝土中的氯离子扩散系数及其设计值 (单位为 m2 /s) . 2.2.2 Cs, Cs,d――混凝土表面的氯离子浓度及其设计值(以胶凝材料百分比计) . 2.2.3 γs――混凝土表面的氯离子浓度分项系数. 2.2.4 Ccr, Ccr,d――混凝土中氯离子临界浓度及其设计值(以胶凝材料的百分比 计) . 2.2.5 γc――氯离子临界浓度分项系数. 2.2.6 tSL――港珠澳大桥构件使用年限(单位为年) . 2.2.7 xd――混凝土最小保护层厚度设计值,不含安全裕度(单位为 mm) . 2.2.8 η , η d――氯离子在混凝土中扩散系数随时间的衰减率及其设计值,表达 表观扩散系数的时间衰减率. 2.2.9 γη――氯离子扩散系数衰减率的分项系数.

3 3 基本规定 3.1 耐久性设计基本原则 3.1.1 港珠澳大桥混凝土结构耐久性应根据结构设计使用年限、具体环境作用和 耐久性极限状态等因素进行合理设计. 条文说明 本指南依据华南海港工程长期暴露试验和工程调查数据进行耐久性设计参 数的概率统计分析, 采用近似概率方法进行混凝土耐久性设计,并采用全概率方 法进行耐久性校核. 3.1.2 港珠澳大桥混凝土结构应采用经长期暴露试验和工程论证的海工高性能混 凝土为基本措施,并对重要构件关键部位采取必要的防腐蚀附加措施. 3.1.3 港珠澳大桥混凝土结构的耐久性设计应包括以下内容: (1)设计使用年限;

(2)环境类别和环境作用等级;

(3)耐久性极限状态;

(4)结构选型、构件布置和构造;

(5)施工要求;

(6)混凝土的基本组成和质量要求;

(7)钢筋的混凝土保护层厚度;

(8)混凝土裂缝控制;

(9)防腐蚀附加措施;

(10)耐久性监测系统的要求和布置;

(11)使用阶段的耐久性维护. 3.2 港珠澳大桥混凝土结构构件组成 3.2.1 港珠澳大桥工程结构包括桥梁结构、海中隧道结构和海中人工岛结构,可 按表 3.2.1-1 至表 3.2.1-4 划分主要构件. 表3.2.1-1 通航孔桥梁混凝土构件组成 构件 材料 功能 更换 制作 主塔 钢筋混凝土 主要构件 不可 现浇

4 桥墩 钢筋混凝土 主要构件 不可 预制 承台 钢筋混凝土 主要构件 不可 现浇 钢管复合桩 钢管,钢筋混凝土 主要构件 不可 现浇 表3.2.1-2 非通航孔桥梁混凝土构件组成 构件 材料 功能 更换 制作 组合梁桥面板 钢筋混凝土 主要构件 不可 预制 混凝土箱梁 预应力混凝土 主要构件 不可 现浇 桥墩 钢筋混凝土 主要构件 不可 预制 承台 钢筋混凝土 主要构件 不可 预制 钢管复合桩 钢管,钢筋混凝土 主要构件 不可 现浇 表3.2.1-3 隧道结构混凝土构件组成 构件 材料 功能 更换 制作 沉管节段 预应力钢筋混凝土 主要构件 不可 预制 暗埋段 钢筋混凝土 主要构件 不可 现浇 敞开段 钢筋混凝土 主要构件 不可 现浇 表3.2.1-4 深水人工岛结构组成 构件 材料 功能 更换 制作 扭工字块体 素混凝土 主要构件 可 预制 挡浪墙 素混凝土 主要构件 不可 现浇 3.3 环境类别与作用等级 3.3.1 港珠澳大桥混凝土构件的腐蚀环境划分应符合表 3.3.1 的规定, 桥梁结构按 无掩护条件下的天文潮位划分;

人工岛按无掩护条件下的港工设计水位划分. 表3.3.1 港珠澳大桥海洋腐蚀环境划分 区域 无掩护条件(按港工设计水位) 无掩护条件(按天文潮位) 计算方法 高程(100 年重 现) 计算方法 高程(100 年重 现) 大气区 高于设计高水位加 (η0 +1.0m) >

+7.48m 最高天文潮位加 0.7H1/3 以上 >

+6.26m 浪溅区 大气区下界至设计 高水位减 η0 +7.48m~ -1.78m 大气区下界至最高 天文潮位减 H1/3 +6.26m~ -0.40m 水位变动 区 浪溅区下界至设计 低水位减 1.0m <

-1.78m 浪溅区下界至最低 天文潮位减 0.2 H1/3 -0.40m~ -2.10m 水下区 水位变动区以下 >

+7.48m 水位变动区以下 <

-2.10m 注:η0 值取设计高水位时的重现期100年H1% (波列累积频率为1%的波高)波峰面高度. 3.3.2 港珠澳大桥沉管隧道海中节段应按海水环境浪溅区划分;

内侧应按海洋环

5 境大气区划分. 条文说明 港珠澳大桥沉管隧道海中节段外侧属于一侧临海水、 另外一侧接触空气的情 况,应按海水环境浪溅区划分;

内侧受到高浓度 CO2 作用及与外界连通的海洋 大气作用, 应按海洋环境大气区划分,如进一步考虑管段接头处海水的渗入以及 其他对内侧钢筋不利的作用因素时,可适当提高内侧的保护层厚度;

岛隧连接的 隧道敞开段和暗埋段,内侧与外侧均有可能直接接触海水,应按照浪溅区设计. 3.3.3 桥梁结构按无掩护条件天文潮位划分时,水位变动区部位宜按浪溅区标准 进行耐久性设计. 条文说明 桥梁结构按无掩护条件天文潮位划分时,因水位变动区范围较小,为便于施 工和增加安全裕度,水位变动区部位宜按浪溅区标准进行耐久性设计. 3.3.4 港珠澳大桥混凝土结构的环境分类和环境作用等级划分应符合表3.3.4-1和表3.3.4-2 的规定. 表3.3.4-1 环境类别划分 环境类别 名称 腐蚀机理 Ⅰ 一般环境 保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀 Ⅱ 冻融环境 反复冻融导致混凝土损伤 Ⅲ 海洋氯化物环境 氯盐侵入混凝土内部引起钢筋锈蚀 Ⅳ 除冰盐等其它氯化物环境 氯盐侵入混凝土........