随着我国改革开放的不断深入和沿海城市的不断发展,我国跨海大桥的数量和规模也与日俱增。其中不少桥梁暴露出缺陷,更有一些桥梁在远没达到设计预期寿命时就出现耐久性能严重退化的现象,甚至出现倒塌等毁灭性的事故,造成非常严重的经济损失。1987年,美国有25.3万座混凝土桥梁存在着不同程度的劣化,平均每年有150~200座桥梁部分或完全倒塌,寿命不足20年,修复这些桥梁需要900亿美元。1992年,英国宣布禁止在新建桥梁中使用管道压浆的体内有粘结力筋的后张结构。这使得桥梁的耐久性问题引起了工程界的高度关注。耐久性的提高将是21世纪桥梁技术进步的重要标志之一。
20世纪后半叶,国外许多跨海大桥如加拿大的诺森伯兰海峡大桥、丹麦的大贝尔特海峡大桥和日本的本四联络桥等都明文指出设计寿命100年、甚至美国的奥克兰跨海大桥的明文指出设计寿命应达到150年。本文将介绍国外对于跨海大桥的耐久性方面采取的一些技术与措施。
1 加拿大诺森伯兰海峡大桥(联邦大桥)
诺森伯兰海峡特大桥也叫联邦大桥,位于加拿大的诺森伯兰海峡,设计寿命为100年。
该桥长为12930m,跨度为14×93m+165m+43×250m+165m+6×93m,有效宽度为11m(两车道),桥下净高为28m(一般位置)和49m(航道位置),设计寿命达100年(图1)。
海峡最窄处约13km,冬季的气象条件非常恶劣,海峡为冰冻封闭。在设计中对桥梁结构的最大制约条件为冰块与风产生的横(侧)向荷载。每个桥墩高达30MN的横向水平荷载必须由抗剪强度很低的不连续的泥岩层来支承。
1.1 设计概念
影响本桥的设计与施工的主要因素为诺森伯兰海峡的恶劣气象条件和较短的施工季节。为使包括养护管理费用在内的长期的资金计划在将来没有很大的出入,要求结构物的各部分构件能发挥出最大的耐久性。制定了以下一些条件:
① 在现场的气象条件下应有优越的施工性能;
② 水下与海上作业应尽量减少;
③ 应具有已施工的实践资料;
④ 使用寿命应在100年以上。