设计回头看水运工程讲座20141128

——宁波市交通工程质量安全监督站设计回头看水运工程专题讲座宁波中交水运设计研究有限公司2014.11主讲人：胡宗敏宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题一、综述二、关于闭气堤和透水堤三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施四、关于稳桩技术应用五、施工期的变形观测六、关于水运工程地勘报告评审的要求主要内容宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题一、综述编制过程2014年05月04日交通委发文06月17日我公司进行分析和讨论，任务分解07月17日质监站召开活动推进会，确定题目07月28日主要负责人就主要问题和方向进行内部讨论09月02日对过程中的问题进行碰头，落实解决办法10月22日初步成果汇总并提交，对初步成果进行修改宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题一、综述研究活动主要方法现场调研资料收集复核及验证计算数据统计设立评分标准对比分析归类总结宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤闭气堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤闭气堤稳定性对比分析序号内外侧水位差∆/m抗力分项系数γR备注14.01.63闭气堤23.01.67闭气堤31.01.74透水堤40.51.75透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤序号内外侧水位差∆/m抗力分项系数γR备注10.51.61透水堤21.01.60透水堤32.01.55闭气堤43.01.51闭气堤54.01.44闭气堤透水堤稳定性对比分析宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤闭气堤与透水堤主要特征差异闭气堤由于不透水的特性，造成堤内外侧水头差相对较大，堤的整体稳定性相对较差。透水堤整体稳定性好。透水堤后方陆域高程相对较高，经济性较差。闭气堤由于不透水特性，掩护陆域高程比较低，陆域形成经济性较好。闭气堤与透水堤的适应性主要根据掩护陆域的要求，选择建设透水堤或者闭气堤。在港口工程中一般采用透水堤。宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题二、关于闭气堤和透水堤宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施裂缝产生的主要原因温度变化约束条件湿度变化宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题裂缝控制措施采用低热或中热水泥；在炎热季节施工时，采取降低原材料温度、减少混凝土运输时吸收外界热量等降温措施；掺加粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料；掺入减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂；预埋管道，进行水冷散热；采取保温保湿养护；合理设置后浇带三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题裂缝控制措施尽可能减小受力钢筋直径，以减小受力钢筋间距；合理布置构造钢筋；掺加大块石，块石应洗净，控制好间距，块石掺量可达25%；采用纤维混凝土：玻璃纤维或钢纤维。三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题裂缝修补技术表面封闭修补法灌缝胶注射修补法压力注浆修补法填充密封修补法三、关于大体积混凝土的抗裂缝措施宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化情况面板钢筋锈蚀破坏基桩钢筋锈蚀破坏钢筋锈胀裂缝桩与桩帽连接处钢筋锈蚀宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化全寿命设计研究的关键和核心内容结构初始设计、维护设计、评估的重要技术支撑性能指标时间极限状态0Td钢筋脱钝钢筋脱钝混凝土开裂混凝土开裂宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化钢筋锈蚀程度钢筋开始锈蚀混凝土胀裂性能明显降低时间第一阶段：结构竣工到钢筋表面氯离子浓度达到钢筋脱钝、开始锈蚀的临界浓度的时间段。第二阶段：钢筋开始锈蚀到混凝土保护层出现沿钢筋的纵向裂缝的时间段。第三阶段：混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝后钢筋加速开裂的阶段。titcte海洋环境中的港口工程结构，最为普遍的是钢筋锈蚀引起的结构性能退化。钢筋锈蚀可分为三个阶段。宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化第一阶段Fick第二扩散定律s100(,)1erf2/(1)mmxCxtCDttm提出的模型（引入系数k，考虑温度、湿度和荷载影响）：,,,DTDRHDloadkkkks100(,)1erf2/(1)mmxCxtCkDttm,011exp273273DTekbTT14conD,RH4con,0(1)1(1)RHkRH121100(1)2erf1mimtsctmCkDtC钢筋锈蚀程度钢筋开始锈蚀混凝土胀裂性能明显降低时间titcte宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化按现行规范规定的最低耐久性要求设计的港口工程钢筋混凝土结构构件，比较概率分析结果和提出的耐久性极限状态要求，发现：承载力可靠指标：部分不满足要求；纵向裂缝宽度：大部分不满足要求；挠度：较易满足要求。必须针对每一控制指标采取相应的设计保证措施，使其全部满足耐久性极限状态。三个指标中，对纵向裂缝宽度的要求最难实现，因此，首先确定构件满足纵向裂缝宽度3.0mm具有95%保证率时的保护层厚度和水灰（胶）比。然后计算满足这一前提下构件50年时的承载力可靠指标和刚度退化系数，在此基础上给出相应的设计方法。宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化采用普通混凝土采用高性能混凝土确定构件环境和应力水平承载力设计00ddcRS按现行规范进行横向裂缝宽度验算挠度验算ff按现行规范进行其他常规设计根据水灰比W/C和配筋富裕系数Kb，查取系数a和b，计算混凝土有效保护层厚度ce计算混凝土保护层厚度c，判断c是否合适根据Kb确定实配钢筋调整W/C或Kb(50)50eccc是否结束exp50mmeWcabC宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化对于采用螺纹钢筋作为预应力筋的梁、板：采用与钢筋混凝土结构构件相同的耐久性极限状态，可参考前述钢筋混凝土结构构件的设计方法；对于采用钢绞线或钢丝作为预应力筋的预应力混凝土结构构件和采用螺纹钢筋作为预应力筋的桩：以钢筋脱钝作为耐久性极限状态，仅需按下式判断钢筋脱钝的时间是否大于结构设计使用年限即可。itTT——设计使用年限。ti——钢筋脱钝时间；若tiT，可通过采取减小水灰比、增大混凝土保护层厚度或采用高性能混凝土的措施延长ti，保证结构满足耐久性极限状态。121100(1)2erf1mimtsctmCkDtC宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化工程位于穿山半岛北端，码头总长1700m，宽度55m，码头与引桥结构均采用高桩梁板结构，基桩采用¢1200预应力混凝土大管桩。工程于2002年8月开始建设，2008年10月竣工。工程概况构件选取：选取码头面板和预应力混凝土大管桩进行分析。原设计码头面板采用高性能混凝土（掺65%磨细矿渣），强度等级C45，水灰比0.35，混凝土保护层厚度50mm。预应力混凝土大管桩混凝土强度等级C60，水灰比0.35，保护层厚度52.5mm。宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化原设计与优化方案设计方法原设计优化方案1优化方案2优化方案3实配钢筋9Φ227Φ229Φ227Φ22[Wmax](mm)0.20.20.20.2Wmax(mm)0.1420.1630.1420.163W/C0.350.350.400.38Kb1.4081.221.4081.22计算的c（mm）37.639.646.645.0优化方案1（仅减少配筋）：Kb由1.408减小为1.22，计算的c为39.6mm；优化方案2（仅放松对水灰比的控制要求）：W/C由0.35放松为0.4，计算的c为46.6mm；优化方案3（同时减少配筋和放松对水灰比的控制要求）Kb由1.408减小为1.22，W/C由0.35放松为0.38，计算的c为45mm。宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题混凝土结构性能退化参数名称符号取值表面氯离子浓度（实测）Cs1.0临界氯离子浓度Ct0.45混凝土强度等级fcu,k60MPa保护层厚度c52.5mm28d氯离子扩散系数D083mm2/a扩散系数的衰减系数m0.2水灰比W/B0.35应力比σs/fyk-0.4参数取值1211005350(1)2erf1mimtsctmCkDtCaa计算表明：本工程预应力混凝土大管桩满足耐久性极限状态要求。宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩技术背景港口发展趋势外海化、大型化邻渊、临崖、基岩突起，大直径嵌岩桩解决方案应用普遍，对应需采用的稳桩技术应用越来越多三江口镇海港区北仑港区衢山港区六横港区舟山港区四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩技术背景稳桩定义：是在基岩裸露条件下，为稳固设计大直径嵌岩桩的施工用钢护筒，完成嵌岩桩施工所需采取的工程措施；稳桩基床码头桩基（示意）基岩四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩技术背景稳桩技术种类：人造基床稳桩、支撑式钢桁架稳桩、自升式水上工作平台（套箱稳桩）及导管架式作业平台等；人造基床支撑式桁架套箱导管架平台四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩技术背景存在问题：缺少统一设计方法及设计标准；缺少施工质量的检验方法及合格标准统一规定；水下永久性结构物对使用期的考虑较少。四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩设计要点外荷载计算单桩稳定计算整体稳定计算结构断面构造设计四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩设计要点外荷载计算（港工规范）水流力计算波浪力计算桩自重（倾斜）计算荷载组合计算：承载能力作用状况短暂作用效应的短暂组合正常使用状况的短暂作用效应组合四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题稳桩设计要点单桩稳定计算（港工规范结合公路地基与基础规范）刚性桩计算图示四、关于稳桩技术应用宁波中交水运设计研究有限公司设计回头看—水运工程专题确定基床材料初定钢套