青岛海湾大桥工程建设风险分析报告.doc

青岛海湾大桥工程建设风险分析一、工程概况11工程概况图11 青岛海湾大桥工程地理位置图青岛海湾大桥是青岛市道路交通网络布局中胶州湾东西岸跨海通道的重要组成部分，也是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部分。本工程的建成将进一步完善青岛市东西跨海交通联系，促进青岛市经济战略西移，解决黄岛前湾港外贸集装箱的疏运，缓解青岛胶州湾高速公路日趋饱和的交通压力，扩大青岛市城市主骨架，缩小青岛、红岛、黄岛三岛的时空距离，加强主城区与两翼副城区的联系，发挥青岛市在山东省经济发展的龙头作用，加快胶州半岛城市群体的发展等方面，将起到极大的促进作用。本项目起点自青岛侧李村河口处，终点位于黄岛侧龙泉王家，起终点均与胶州湾高速公路相接，路线全长约27.6km，其中包括沧口航道桥（K11+890）、红岛航道桥（K22+340）和大沽河航道桥（K26+790）、海上非通航孔桥和路上引桥、红岛连接线，李村河和红岛两个互通立交，红岛和黄岛侧接线道路工程。12工程气象、水文、地质（一）、气象1、桥区属季风气候区，气候季节变化较明显。冬半年（10月至翌年的3月）呈大陆性气候特点，气候干燥、温度低；夏半年（4月至9月）受东南季风影响，空气湿润，雨量充沛，日温差小，呈现海洋性气候特征。2、桥位区年均气温12.3左右，极端最高气温38.9，极端最低气温-16.9，1月份最低平均气温-1.0，8月份最高平均气温25.1。3、累年年平均风速为5.5m/s，最大风速为38m/s（ENE，1965年8月12日），观象山气象台实测瞬时最大风速为40.3m/s（NNE）。4、年平均相对湿度约75%，5、年均降雨量为687.3mm，历年最大降水量1272.7mm，历年最少降水量308.3mm，日最大降水量269.6mm，日降水大于25mm的年平均日数为5.5d。6、桥位处的主要灾害性天气有热带气旋、雷暴、冰雹、寒潮、海冰、风暴潮等灾害性天气，但上述灾害性天气在桥区发生的频率均较低。7、桥位处离平均海平面10m高处百年一遇最大风速为39.6m/s。（二）、水文1、大桥沿线水下地形，除局部人工挖槽外，变化相当平缓。大桥线位经过的东岸登陆点附近的海底地形深度在-2-4m之间，其中距海堤1.5km处有一人工开挖的航道，最大深度为-11.4m。线位经过的中间部分海域深度在-2-7m之间。大桥西岸岸线高程3.5m，登陆点附近海域水下地形深度在0-2.0m之间。 2、胶州湾属规则半日潮类型。青岛长期验潮站实测最高潮位为3.09m，年平均高潮位1.39m；历史实测最低潮位-3.12m，年平均低潮位-1.40m；历年最大潮差4.75m，年平均潮差2.78m；平均涨潮历时5小时39分，平均落潮历时6小时46分。3、桥位区重现期为20年、100年、300年一遇年极值高水位分别为3.04m、3.33m和3.54m；相应重现期的年极值低水位分别为-3.2m、-3.44m和-3.61m。4、工程区潮流属于规则半日潮流类型，浅水影响较大。红岛以西潮流主要受胶州湾西北部海域纳潮体控制，东大洋口门中部潮流主要受东大洋水体涨落控制，涨落潮流基本呈往复形态。实测测点最大涨潮流速0.76m/s，流向339；最大落潮流速0.62m/s，流向182。5、推算的桥区300年一遇垂线平均流速最大为1.49m/s。6、桥址断面水体含盐度高低随潮汛大小相应发生变化，一般小潮期盐度普遍较高，大潮期次之，中潮期最小。桥区2003年10月实测盐度最大值出现在小潮期，最大值为29.23，最小值出现在中潮期，最小值为6.57。7、桥区2003年汛期实测含沙量不大，为63.4mg/l0.8 mg/l之间，其中大潮期为9.919.9mg/l，中潮期为9.625.7 mg/l，小潮期为7.816.9 mg/l。8、工程区悬沙主要成分为粉砂和粘土，分选中等，粒度区间为6 10 F（1m 16m）。9、大桥所在的海区基本不受外海波浪的影响，因此，一般情况下风浪不大。大浪主要在秋、冬季，由寒潮天气形成的偏北大风和夏、秋季的热带气旋及台风影响造成。据推算，工程海域100年一遇设计波高H1%达2.95m，相应平均周期为5.3s。10、胶州湾一般年份结冰期为12月中旬至翌年2月中旬，其中1月下旬至2月上旬为盛冰期。胶州湾西部、北部和东北部的滩涂和2m等深线以内浅海内可形成1020cm的固定冰。（三）、工程地质工程物探基本结论如下：1、 桥址处海域海底水深浅而地形平坦，海底标高在-4-6m之间作微小波动（近岸部分除外），仅在K10+600K10+900及K11+500K12+300段分别出现宽为300m和800m的相对深水区，最大水深仅78m。全线没发现任何地形陡坎或陡坡。2、第四系厚度陆域很薄，东侧李村河段020m，西侧红石崖段为05m；海域在东厚、西薄的总趋势下中间变薄：东段厚3542m，西段为225m，中西段K20+700K27+600段厚度为30m左右，而中东段因红岛外延，基岩隆起而第四系变薄，厚度为125m。3、第四系在厚覆盖段可划为三层，岩性为淤泥、淤泥质亚粘土(Q4)，亚粘土夹砂(Q3)及粗砂、砾砂夹亚粘土(Q3)，而浅覆盖区划为二层。4、桥位沿线基岩面形态及埋深分别为：东侧陆域基岩面起伏较大，埋深为020m；西侧埋深极浅，小于5m；中间海域在东深西浅的总趋势下在红岛外侧呈现水下隆起，海域全线基岩埋深不大，其标高在-45m以上。基岩岩性在东侧陆域为花岗岩，西侧陆域为片麻岩和变粒岩，海域及两侧陆域近海部位（K9K35）主要为凝灰岩、砾岩、安山岩及玄武岩。工程地质情况如下：桥址区地形起伏较大，地貌类型复杂，陆域地貌主要以剥蚀、堆积地貌为主，海底地貌为水下浅滩。 桥址区位于中朝淮地台鲁东隆起区东南部，级构造单元胶莱坳陷中部及胶南隆起东北部，级构造单元朱吴-即墨凹陷南部及胶南凸起东北部。近场区新构造运动以长期的间歇性的抬升运动为特征，从晚更新世以来构造活动减弱，所有的断裂均已停止活动，处于较为稳定的缓慢上升阶段，属构造稳定区，适宜建桥。桥址区基岩按时代、岩性划分为3个大层组、34个亚层。松散层共分为4大层组、23个亚层。其中松散层不可作为桥基持力层，对于基岩，全风化强风化层为不良地质层，桥墩需穿过该层，弱微风化层除层工程性能较差外，其余各层工程性能较好，可直接作为桥基持力层。桥址区海水对混凝土具有中等结晶类腐蚀和强结晶分解复合类腐蚀，对钢结构具中等腐蚀性。13工程量统计项目结构说明红岛连接线及接线工程3.2m的桩为38根,花瓶状墩为38根,有2个三跨一联的和8个四跨一联的,其中有3460m李村河互通立交工程桩有30根3.2m、18根2.9m、4根2.5m、12根1.2m、8根2.0m、232根1.5m，花瓶状墩为54根、实心墩为143根，有4个两跨一联、16个三跨一联、14个四跨一联、2个六跨一联，其中2420m+2330+235m+37.5m+1238.75m+1440m+442m+950m+355m+1059m+1160m+61m红岛互通立交工程桩有58根3.2m、102根2.9m，花瓶状墩为99根、实心墩为61根，有8个两跨一联、13个三跨一联、11个四跨一联、2个五跨一联，其中352.5m+3255m+357m+957.5m+1258m+5060m非通航孔桥工程桩有418根3.2m、32根2.9m、808根1.8m、128根2.2m、224根2.0m、240根1.6m，花瓶状墩为450根、薄壁墩为1400根，有14个三跨一联、158个四跨一联、26个四跨一联的刚构、2个五跨一联，其中67060m1059m10050m655m261m通航孔桥工程沧口桥桩为106根2.5m，索塔为8根，辅助墩为8根，过渡墩为8根，其中280m290m260m；红岛桥桩为48根2.5m，索塔为4根，辅助墩为8根，过渡墩为8根，其中260m2120m；大沽河桥桩为94根2.5m，索塔为一根，辅助墩为4根，过渡墩为4根，其中280m260m190m工程总量表桩基直径（m）3.22.92.52.221.81.61.51.2根数54415225212823280824023212墩形状花瓶状实心薄壁索塔辅助墩过渡墩根数6412041400132020连续梁构造两跨一联三跨一联四跨一联五跨一联六跨一联四跨一联刚构12联45联191联4联2联26联跨径长度（m）20303537.538.7540425052.5555757.558596061跨数342321121421093413912207673二、风险评估的基本理论风险评估和风险管理已经作为一种考虑不确定性的决策辅助方法得到了迅速的应用和发展，目前已广泛应用于经济学、社会学、工程科学、环境科学和灾害科学领域中。工程领域对风险方法的关注较晚，专注于桥梁工程的风险评估研究就更少了。目前工程领域中常见的风险定义为：不利事件发生的概率及可能后果的严重度，常用发生概率与可能后果的乘积来表达。风险评估的最终目的是决策辅助，其突出特点是考虑风险事态发生的不确定性，并且将风险事态发生的不确定性及其可能造成的损失综合起来，以可能的损失最小为决策的主要标准辅助决策。同时，通过制定一定的风险接受准则，风险评估是不同领域专家，或是专家与决策者、专家与公众之间交流的平台和桥梁。风险评估可以分为确定研究目标和内容、风险识别、风险分析、风险评价和风险对策等几部分。确定研究内容主要是明确项目研究的范围、主要目标、执行和评价的标准以及涉及项目的各个方面对评估目标的具体责任和权利等。风险识别主要是明确可能出现的各种风险事态及其发生的原因，但这一阶段并不进行量化分析，只是找出风险类别和起因。风险分析包括风险事态发生概率、后果的详细分析，并得到一个风险量值。风险评价是专家对上述风险分析结果进行评价和分析，对各种分析进行等级评定，形成对各种分析影响程度、重要性的、规避方法的综合评价。风险对策是对各种风险形成最终的处理方法，如结构修改、管理改进、桥梁保险等。风险即损失的不确定性或与预期目标的差异。固然可通过一定的措施减少风险，但却无法消除风险。风险的客观性使得损失的可能性客观存在。桥梁施工阶段将面临更多的不可确定因素，将是风险分析和研究的重点。从施工方法方面，将可能采用的施工工艺和流程，对施工中可能遇到的技术风险进行分析和研究，并对施工中将频繁出现的人为错误进行规律和对策研究。三、青岛海湾大桥工程建设风险分析的主要内容交通基础设施是公益性设施，其质量具有特殊性、公开性和效益性。交通工程质量不仅是产品质量问题，而且关系到国计民生和人民群众的财产和生命安全，与公众利益息息相关。开放的交通设施，各行各业、各种人群都要通过，每一个人都可以对质量的优劣进行监督评价，而评价的标准又十分直接，其质量的好坏直接影响到行业、地区及至政府的形象。青岛海湾大桥建设规模和技术难度史无前例，桥型复杂，技术含量高，建成通车后车流量大，对海湾地区建桥质量提出了更高更严的要求。任何一个细小环节的疏忽，都可以埋下严重的质量隐患，造成不可挽回的重大政治影响和巨大的经济损失。质量是工程建设永恒的主题，质量问题不仅是个经济问题、技术问题，更是个政治问题。作为青岛海湾大桥建设者，必须树立强烈的质量责任感和荣誉感，严肃对待质量问题，确保工程建设在质量优良的前提下快速向前推进。根据青岛海湾大桥的桥型设计、工程特点，施工过程中通过严密的施工组织设计，科学合理的施工工艺来保证施工质量。加强工序控制，严格按规范、标准和设计要求组织施工，履行工序签证验收制度。本项目选择以下方面作为风险分析的主要内容：1、青岛海湾大桥GPS综合应用系统施工精度控制风险分析。2、钻孔灌注桩施工风险，主要是钻孔灌注桩存在钢护筒下沉深度不够、漏浆、坍孔、掉钻等风险；桥址区软硬岩层分布不均匀，风化差异性大，桥梁施工成孔困难，终孔判别难度大。3、海湾桥梁混凝土结构冬季施工风险。4、高墩区钢箱梁安装满堂支架施工风险。5、海工混凝土耐久性质量控制风险。6、后张预应力混凝土结构，预应力筋张拉、孔道压浆质量控制风险。7、自緢式悬索桥施工中的风险。8、水下承台钢套吊箱施工风险。9、施工过程中栈桥、钢管支架、施工平台等临时工程船舶撞击风险。10、人为风险，主要来自业主和承包商的资质和经验、施工的组织管理能力和水平、雇佣员工的素质和工地的安全检查制度。四、青岛海湾大桥GPS综合应用系统施工精度控制风险分析青岛海湾大桥跨海距离达28.765公里，施工定位距离长，海上风浪及潮汐影响显著，而施工中又要求实时、快速和精确的跟踪定位。显然，传统的地面测量仪器（如经纬仪、全站仪、水准仪等）及其定位方法已不能满足施工定位的需要，而具有远距、精确、三维、快速、全天候、实时的特点的全球卫星定位系统（GPS）技术正好适应了这一时代发展的要求。41连续运行GPS基准站简介连续运行GPS基准站系统是利用卫星导航定位技术，在一个城市、一个地区根据需要按一定距离建立长年运行的卫星永久跟踪站，通过数据信网将跟踪站的数据集中处理，然后发布给用户，用户只需一台接收机就可进行野外作业，即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的准实时、实时的快速定位，事后定位或导航定位。这样由基准站构成的网可以实现系统的数据在网内共享，对用户可根据不同需要提供各种精度的定位服务。它不但具有全天候、全自动、实时导航定位功能还可进行天气预报、灾害预测、提供无线通信和电网时间标准和电路检测等功能。因此，当前国内外建立这种卫星定位应用网代替分散的、短期的、静态的定位测量已是一种趋势。这些网的建立不但可以满足城市动态控制网的要求，也可以满足大桥建设、城市规划、城市建设、城市管理、灾害预测、科学研究等多方面的需求，因此区域连续运行的GPS网是多用途的网，它应是数字化建设的基础工程。42连续运行GPS服务系统在大桥中的应用在桥梁设计、施工、监测系统设计中，GPS系统在前期主要用于控制网设计、施工放样。既可以利用陆地上的控制测量，也可以进行江河、海面的施工放样。为了提供全天候工作，一般建立长期连续运行参考站系统，这样等到桥梁建设完成后，也可作为桥梁监测管理的一部分。通过GPS差分服务系统，可以实时得到大桥当地的三维坐标，并能用于数据采集、放样、监测等工作。对于已有的控制点可以通过GPS高程，进行水准高程的联测。利用数据中心对各个流动站的监控功能，可以实时监测施工用户的作业情况，了解数据和施工的质量，在数据中心，管理人员可以在室内监控施工单位的作业精度情况，也能全盘掌握工地的测量施工情况，为做出正确的决策提供数据基础，减轻业主和监理单位工作量，而能对全程进行科学管理。43GPS网络差分系统的原理常规GPS单站RTK测量方法是能够实时在野外得到厘米级定位精度，大大节约了施测时间。但它的主要不足就是随着用户站至参考站间距离的增加，系统误差（主要为多路径效应、电离层、对流层影响）增加，尤其是在电离层活跃高峰期，作用距离小于10公里，这就使RTK的应用大受限制。网络RTK是在卫星定位综合服务系统的基础上建立起来的实用技术，连续运行站网与处理中心相连，形成一个网络，处理中心运用一定的技术进行解算，并将解算出来的改正数实时发送至用户站，用户同时接受卫星信号和来自处理中心的信号，求出测站三维坐标。运用网络RTK，用户站与参考站距离可增加至40公里，并且缩短了初始化时间，提高了点位精度，增强了可靠性。VRS是网络RTK中最关键技术：处理中心，通过接受整个网络中所有参考站的数据，解算系统误差改正数，为用户特别模拟一个就位于其身边的虚拟的参考站，因此用户比使用距离较远的参考站得出的坐标精度要高的多。VRS工作原理：首先，GPS流动站向处理中心发送它的概略位置，具体的方式是用移动电话链路（如GSM等）或其他手段发送标准的位置信息。处理中心接收此位置信息并进行误差计算，再重新向流动站发送改正过的信息。处理中心将执行几个重要的任务，包括：原始数据和并进行质量检查；存储和压缩RINEX数据；改正天线相位中心；系统误差的模型化及估算；产生数据为流动站接收机创建虚拟基站位置；产生流动站所在位置上的RTK改正数据流；发送RTK改正数据到野外的流动站。44青岛海湾大桥GPS综合应用服务系统的目标和功能该系统采用目前以美国全球卫星定位系统GPS为主先进的全球卫星定位技术，并兼顾到其他测量技术。建成青岛海湾大桥GPS综合应用服务系统，将满足青岛海湾大桥控制点布设、施工测量、项目监理、移动目标导航、水下地形测量、地面沉降监测、基准点位移变化、气象预报、大桥安全监测等对卫星的要求。1、建立由3个GPS卫星连续跟踪站组成的GPS区域网，成为青岛海湾大桥GPS首级控制网。在该网基础再与原有GPS控制网点联测构成二等控制网。这将成为青岛海湾地区高精度三维大地测量控制网。该网将为大桥的建设管理提供高精度的GPS观测数据，使后处理用户达到毫米级的定位精度。2、利用连续跟踪站组成的GPS区域网。连续发布伪距差分信号和载波相位差分信号，使实时用户能得到不随距离变化的差分信号。45青岛海湾大桥GPS综合应用服务系统定位误差分析及采取的措施GPS定位技术在精密控制测量中的应用已非常成熟，但它在大型桥梁工程中的应用还处于起步阶段，主要原因是施工现场情况复杂，环境干扰特别大，不利于GPS观测，影响GPS定位的精度及其正常使用。海上测量定位产生的误差，主要来源于仪器、卫星信号和环境干扰三方面，包括仪器误差、天线相位中心变化、卫星轨道误差、多路径误差、其他信号干扰、电离层误差、对流层误差、气象因素影响以及GPS天线与设备相对位置的测定误差。为了提高海上施工的定位精度，应从测量定位和施工配合两方面采取有效措施：1、选择定位精度高、性能稳定、初始化时间短和抗干扰能力强的GPS接收机。2、合理选布基准站控制点，设置基准站、控制点间距应小于有效作业半径的三分之二，最好为三分之一左右。控制点处应避免无线电干扰和多路径效应，基准站天线安置高度应满足数据通讯的要求。3、施工过程中应对GPS定位结果进行必要的对比检核，避免因卫星状况不佳或外界环境不利等原因造成定位误差。4、施工过程中，严格限制对讲机等无线电设备的使用，减少环境因素对GPS定位的干扰。5、应在系统测定的偏差值趋于稳定后再进行施工定位，以排除“假锁定”现象，确保位置精度满足施工要求。6、测量人员应与施工人员密切配合，达到定位测量与施工协调一致，最大限度地减少风浪对定位结果地不良影响。46GPS高程测量的精度控制GPS定位技术的发展和应用，成功地解决了跨海桥梁工程远距离施工中平面定位地难题，但受多方面因素的制约，GPS高程测量的精度仍不十分理想，目前仅能满足桩基和承台施工的需要。对于定位精度要求较高的桥墩墩身、墩帽及现浇箱梁等部位的高程放样，仍然需要采用传统的水准测量、三角高程测量等方法。GPS与重力测量、水准测量、三角高程测量相结合，综合解算桥梁高程控制点的高程；同时利用正式施工前建立的海上试桩平台建立高程控制点，有效地缩短高程传递的距离；再在前期完工地部分桥墩承台或墩身上设立加密控制点；采用传统的跨河水准测量方法进行高程引测，逐步实现两岸高程的精密贯通，是实现近海工程远距离施工中高程放样的一种有效途径。47小结GPS定位技术以其全天候、高精度、自动化、高效益等显著优点，给海上工程远距离施工定位提供了一种全新的解决方案，它能有效地解决常规地面测量技术无法独立完成地宽水域远距离施工定位难题，而且能显著地加快施工进度、提高施工质量和经济效益、加快实现施工测量自动化和数字化，但施工过程中定位存在一定的风险，必须保证系统运行的可靠性。在系统设计时，重点考虑可靠性的问题，在设计时采用的主要技术和方法：一是每个基准站单独成域，保证系统的分布式网络结构设计；二是对系统设备运行时可能发生的意外情况进行详尽的分析，并提出相应的解决方案；三是完善监控机制，及时报警及处理问题。GPS技术在桥梁高程测量等方面的应用效果尚不十分理想，需要深入开展相关方面的应用研究。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，GPS测量定位技术将在青岛海湾大桥施工中发挥越来越显著的作用。五、钻孔灌注桩施工风险51桥位区基岩分布概况桥位区基岩面略有起伏，且埋藏深度较浅，在K8+770K14+250段，顶板埋深25.2032.80 m; K14+250K17+600段，顶板埋深17.0021.60m；K17+600K20+600段，顶板埋深11.2016.70m，K20+600K27+950段，顶板埋深23.0027.90m；K27+950K28+600段，顶板埋深13.6 18.3m；K28+600以西段基岩顶板埋深不超过10m。从东向西，总体趋势是深浅深浅。桥位区分布的基岩有软质岩、硬质岩，具有风华差异性、软硬不均匀性。1、风化差异性桥位区风化岩包括全弱风化岩石，其中全强风化岩石的矿物质成分、力学性质与母岩相差较多，尤其是强风化角质岩、泥岩，全风化玄武岩、安山岩，结构较疏松，软化系数小于0.3，浸水易软化，强度低，力学性能较差。2、软硬不均匀性桥位区岩性主要为沉积岩和岩浆岩，沉积岩为软质岩，其天然抗压强度一般小于2MPa，浸水易软化，易崩解；而岩浆岩的全、强风化层性质较差，弱微风化层天然抗压强度1570MPa不等，属较硬质岩石。又：1、沧口航道桥，东主墩岩性上部为熔结凝灰岩、泥岩，天然抗压强度0.31MPa，西主墩为弱、微风化的流纹岩，天然抗压强度29.141.43MPa，强度差异较大。2、大沽河航道桥，东主墩岩性为泥质砂岩、角砾岩，天然单轴抗压强度0.640.82MPa，属软质岩石；西主墩岩性为玄武岩，揭露最大厚度为22.00 m，天然单轴抗压强度63.6 0MPa，属硬质岩石。3、K26+780K28+700段玄武岩分布范围大，局部分布泥质砂岩、角砾岩，强度差异较大。因此，在桩基设计时，既要考虑基岩的埋深情况，又要考虑岩体强度的差异性、不均匀性。不管在沉积岩（角砾岩、泥岩）或岩浆岩段成桩，桩基均应进入弱或微风化层一定深度，既满足单桩轴向承载力的需要，又要保持桩体的稳定。52低墩区非通航孔桥独桩施工风险分析低墩区非通航孔桥采用独桩独柱的基础形式，取消承台，直接利用桩基护筒作为墩身施工的围水结构。桩基施工首先利用打桩船插打钢管桩，搭设工作平台，利用浮吊和打桩机插打钢护筒，若采用清水钻进，钢护筒要求打入强风化基岩2m左右，护筒较长，壁厚较厚，施工难度较大。成孔后吊放钢筋笼，浇筑混凝土，混凝土由水上搅拌船供应。1、钻机选用低墩区非通航孔桥均采用大直径桩，桩径为350（320）、320（290）两种，桩长3682 m，入岩深度大。根据基桩特点，采用KP3500和ZSD350等大直径钻机施工，须知我国在大直径钻机生产方面与国际先进水平差距较大。目前国内这种型号钻机屈指可数，这样造成施工队伍选择面很窄。而且由于钻孔桩嵌入微（弱）风化很深，造成钻孔桩成孔困难，桩基施工周期长，给后续桥梁上部结构施工造成巨大工期压力。2、清水钻孔的施工风险一般来说，钢护筒打入强风化基岩2米左右，钻孔桩采用清水钻进是可行的。而且施工过程中无泥浆，对胶州湾的环境保护有利，无泥皮，桩侧磨阻较高。但从地质报告看，部分基岩裂缝发育，若采用清水钻进，风险相对较大。而且部分软质岩石浸水易软化、崩解的特点，需以泥浆护壁，减少孔壁土层的破坏。因此目前正在进行试桩工程将对清水钻进和泥浆钻进分别进行工艺试验，根据实验结果，综合考虑各种因素，在合适的地域选择合适的施工方法。3、斜孔处理桥位区软质岩石和硬质岩石分布不均匀，尤其是分布于软质岩石中的玄武岩，强度差异较大，施工过程中容易出现斜孔现象。根据施工经验，桥墩区下伏基岩面倾斜度较大，基岩强弱风化层交错出现，是易出现斜孔的主要原因。施工过程中一旦终孔后检测发现桩孔下部出现倾斜，处理起来比较麻烦，只能反复进行扫孔，耗时太多，影响工期，而且成桩质量较差。因此应针对场地岩石层特点，选择适应能力强的设备和富于施工经验的队伍进行施工，施工过程中采用减压慢进方法钻进，或改进钻头，加设特制的导向环装置。53钻孔桩桩底岩石终孔判别风险青岛海湾大桥钻孔桩数量多，且嵌岩深度大，施工过程中终孔判别至关重要。支承桩终孔时，对岩渣判断错误而提前终孔，支承桩未进入微（弱）风化岩层，将使桩基承载力不满足设计要求造成废桩；摩擦桩施工时不检查实际地质情况，钻至设计标高即终孔，可能造成桩周摩擦力不够，或桩底承载力不能满足设计要求，造成桥梁下沉。1、终孔桩底岩石风化程度判别原则(1)、岩石发风化程度定性直观判别内容为：岩石的颜色、结构、构造、矿物成分、软硬情况等。(2)、地勘报告的工程地质纵断面及相应的钻孔工程地质综合柱状图所划定风化层的界限。(3)、近靠地质钻孔的岩层抗压强度。(4)、钻机的钻进速率。2、岩石风化程度的直观鉴别本段岩石主要为沉积岩、岩浆岩、划分风化层如下：(1)、强风化：棕红色、紫褐色，斑状结构，泥质结构，块状结构，含角砾，岩芯呈碎块状，岩芯锤击声哑，手掰易碎，裂缝发育完全，较易钻进。(2)、弱风化：棕褐色、棕红色、褐黄色，角砾结构、块状结构、斑状结构、泥质结构，岩芯较完整，呈长柱状、短柱状、柱状、碎石状，强度较高手掰不易断，裂隙发育，不易钻进。(3)、微风化：棕红色、棕褐色，角砾结构、块状结构、泥质结构、斑状结构，岩芯较完整，呈长柱状、柱状、碎石状，锤击声脆不易碎。3、进入微风化和弱风化的钻进速率参考值当未达到预定设计桩长，且与设计桩长差别不大时，建议用下述标准确定桩基持力层：(1)、钻机具有钻岩的功能，在牙轮钻头正常磨损范围内，钻进速度按以下原则控制，冲击钻头可参照此标准：微风化：进入岩层不小于2.0，钻进速度小于10c/h。弱风化：进入岩层不小于1.0，钻进速度小于10c/h；进入岩层不小于75，钻进速度不小于5cm/h。(2)、岩石饱和单轴抗压强度大于30MP以上，且岩石颜色新鲜，岩质坚强，敲击声脆。4、施工注意事项(1)、由于岩层分布的变化，当原按嵌岩设计的桩，桩底岩石达不到钻进速度控制原则或强度达不到标准时，应一直向下进行，直到满足要求为止。(2)、注意辨别钻进中是否有硬质岩夹软质岩的假象。(3)、力求桩底标高大致一致。(4)、钻孔设备应采用带牙轮钻头及冲击反循环钻机，严格按施工规范施工，(5)、钻进速度计算应以扣除辅助工作时间后的纯钻进时间统计。(6)、由于地质岩性的复杂性，可由设计代表根据现场情况确定岩层持力层判别。(7)、钻孔过程中必须有专人准确同步记录，地质变化时应捞取渣样并量测孔深位置，做好记录，渣样必须保管好，用纸条写上墩桩号，捞取时间，标高。当进入岩层时，要更加准确记录进尺速度，要更加频繁的捞取岩样，并做好各项记录。以此作为终孔判别依据，避免工程隐患。六 海湾大桥冬季施工风险分析胶州湾一般年份12月下旬开始结冰，2月中旬消失，冰期在60天左右。青岛海湾大桥要在2008年奥运会前通车，工期紧，混凝土冬季施工不可避免，桥梁混凝土要跨越2005、2006、2007三个冬季施工，而海湾地区冬季施工存在一定风险，对混凝土结构的耐久性不利，冬季施工容易造成混凝土冻害： 混凝土表面受冻变酥，减小截面的有效截面积。 裸露混凝土受冻，使混凝土丧失强度。 大体积混凝土或大型构件出现裂纹。61混凝土凝结和硬化的原理混凝土冬季施工的一般原理混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化，直至获得最终强度，是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外，主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时，水化作用加快，强度增长也较快；而当温度降低到0时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相（水）变为固相（水）。这时参与水泥水化作用的水减少了，因此，水化作用减慢，强度增长相应较慢。温度继续下降，当存在于混凝土中的水完全变成冰，也就是完全由液相变为固相时，水泥水化作用基本停止，此时强度就不再增长。水变成冰后，体积约增大9%，同时产生约2500千克每平方厘米的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值，使混凝土受到不同程度的破坏（即早期受冻破坏）而降低强度。此外，当水变成冰后，还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌，减弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后，又会在混凝土内部形成各种各样的空隙，而降低混凝土的密实性及耐久性。由此可见，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明，新浇混凝土在冻结前有一段预养期，可以增加其内部液相，减少固相，加速水泥的水化作用。试验研究还表明，混凝土受冻前预养期愈长，强度损失愈小。混凝土化冻后（即处在正常温度条件下）继续养护，其强度还会增长，不过增长的幅度大小不一。对于预养期长，获得初期强度较高（如达到R28的35%）的混凝土受冻后，后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短，获得初期强度比较低的混凝土受冻后，后期强度都有不同程度的损失。由此可见，混凝土冻结前，要使其在正常温度下有一段预养期，以加速水泥的水化作用，使混凝土获得不遭受冻害的最低强度，一般称临界强度，即可达到预期效果。对于临界强度，各国规定取值不等，我国规定为不低于设计标号的30%，也不得低于35千克每平方厘米。62混凝土冬季施工方法的选择从上述分析可以知道，在冬季混凝土施工中，主要解决三个问题：一是如何确定混凝土最短的养护龄期，二是如何防止混凝土早期冻害，三是如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。在实际工程中，要根据施工时的气温情况，工程结构状况（工程量、结构厚大程度与外露情况），工期紧迫程度，水泥的品种及价格，早强剂、减水剂、抗冻剂的性能及价格，保温材料的性能及价格，热源的条件等，来选择合理的施工方法。一般来说，对于同一个工程，可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案，应当用最短的工期、最低的施工费用，来获得最优良的工程质量，也就是工期、费用、质量最佳化。目前，基本上采用以下4种方法。 1、调整配合比方法主要适用于在0左右的混凝土施工。具体做法：选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明，应使用早强硅酸盐水泥。该水泥水化热较大，且在早期放出强度最高，一般3天抗压强度大约相当于普通硅水泥7天的强度，效果较明显。尽量降低水灰比，稍增水泥用量，从而增加水化热量，缩短达到龄期强度的时间。掺用引气剂。在保持混凝土配合比不变的情况下，加入引气剂后生成的气泡，相应增加了水泥浆的体积，提高拌和物的流动性，改善其粘聚性及保水性，缓冲混凝土内水结冰所产生的水压力，提高混凝土的抗冻性。掺加早强外加剂，缩短混凝土的凝结时间，提高早期强度。选择颗粒硬度高和缝隙少的集料，使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。 2、蓄热法主要用于气温10左右，结构比较厚大的工程。做法是：对原材料（水、砂、石）进行加热，使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强对混凝土的保温，以保证在温度降到0以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部保温，避免角部与外露表面受冻，且要延长养护龄期。 3、外部加热法 主要用于气温10以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热，使混凝土处于正温条件下能正常硬化。火炉加热。一般在较小的工地使用，方法简单，但室内温度不高，比较干燥，且放出的二氧化碳会使新浇混凝土表面碳化，影响质量。蒸气加热。用蒸气使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制，加热温度均匀。但因其需专门的锅炉设备，费用较高。且热损失较大，劳动条件亦不理想。电加热。将钢筋作为电极，或将电热器贴在混凝土表面，来电能变为热能，以提高混凝土的温度。此法简单方便，热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。红外线加热。以高温电加热器或气体红外线发生器，对混凝土进行密封辐射加热。七、通航孔桥钢箱梁安装满堂支架施工风险分析青岛海湾大桥有三座通航孔桥，沧口航道桥为双塔钢箱梁斜拉桥（80m+90 m +260 m +90 m +80 m）；红岛航道桥为独塔钢箱梁斜拉桥（60 m+ 120 m +120 m+ 60 m）；大沽河航道桥为独塔钢箱悬索桥（80 m+190 m+260 m+80 m），三座桥梁钢箱梁安装均采用满堂支架施工法，先插打钢管桩基础，在钢管桩上拼装主梁支撑平台，在其上逐个运送梁段至设计位置，然后焊接各梁段。两座斜拉桥待斜拉索张拉完成后拆除钢管桩支架，然后主梁满架成桥；悬索桥是将钢梁以成桥形焊拼与支架上，并在梁上施加压重（保证压重不小于二期恒载），按照从索塔向两个锚固端的方向分批分次张拉吊索至梁上的锚固位置并锚固，然后拆除支架和压重，在梁上安装铺装等附属设施至全桥体系形成。三座航道桥钢箱梁安装支架高度大，均在40 m以上，支架搭设面积大，而且处于海上施工，支架的搭设、拆卸难度大，而且支架系统的承载力、弹性及非弹性变形、稳定性是否满足要求，直接决定三座通航孔桥梁上部结构施工成败，风险很大。71 支架系统设计钢箱梁满堂支架体系由Q235钢管桩（80）、砂箱、分配梁、贝雷桁片组成，钢管间采用法兰连接。立柱间有型钢平联和剪刀撑，平联与钢管间及钢管节段间全部采用销接。为了方便卸落支架，每根钢管顶设卸落砂箱，砂箱顶部设分配梁，纵向设贝雷桁片，型钢横桥向铺设在贝雷桁片上。钢管桩搭设采用打桩船或大型浮吊，根据计算确定基桩入土深度，并要参照栈桥施工经验。设计荷载分析：1、钢箱梁自重；2、施工人员及机具荷载；3、支架系统自重；4、风荷载；为确保安全与稳定，对支架系统进行空间有限元静力计算和屈曲分析。支架在自重和风荷载作用下的抗倾覆稳定系数不小于1.5。72 支架的预压及预拱度设计预压是检验支架设置和理性、安全性的重要手段，可以达到以下目的：1、消除支架的非弹性变形；2、检验支架是否稳定可靠；3、检验基础沉降，预留合理拱度。现场采用沙袋或混凝土预制块静预压法，按120%设计荷载预压。每天观测支架的标高，并按预压后实测的弹性变形量确定跨中预拱度值，然后按抛物线整孔布置。八、海上混凝土的耐久性质量控制分析青岛海湾桥一期工程非通航孔桥全长约23.601km，分为李村河互通主线非通航孔桥、青岛侧沧口航道桥非通航孔桥、沧口航道桥红岛互通非通航孔桥、红岛互通主线非通航孔桥、红岛互通红岛航道桥非通航孔桥、红岛航道桥大沽河航道桥非通航孔桥、黄岛侧非通航孔桥，共为七部分，全部为混凝土结构。三座主通航孔桥下部结构也都为混凝土结构，因此研究混凝土的耐久性极其重要。所谓混凝土的耐久性,是指在使用过程中,在内部的或外部的,人为的或自然的因素作用下,混凝土保持自身工作能力的一种性能。或者说结构在设计使用年限内抵抗外界环境或内部本身所产生的侵蚀破坏作用的能力。钢筋混凝土结构的耐久性研究,分为材料的耐久性研究、构件的耐久性研究和结构耐久性研究三个层次。自19世纪20年代波特兰水泥问世以来,混凝土材料及其应用技术得到了迅速发展。然而在许多国家中,混凝土都面临着耐久性不良的严重问题,尤其是处于海洋或恶劣环境下,混凝土结构耐久性不良的问题更加突出。我国正处于经济高速发展时期,许多耗资巨大的重要建筑(构筑) 物,如跨海大桥等,这些处于海洋或恶劣环境条件下混凝土结构的耐久性自然成为土木工程界关注的焦点。众所周知,混凝土在海洋环境中会发生侵蚀破坏,这种破坏的主要原因是混凝土遭受环境中氯离子、镁离子和硫酸根的侵蚀,这些有害离子通过混凝土孔隙进入到内部,并与混凝土中的氢氧化钙及水化铝酸钙作用生成新的盐类物质,生成的难溶盐类物质往往产生较大的体积膨胀,在孔隙的内部产生很大的内应力,长期的积累会使混凝土开裂;一些可溶性的盐在海水的反复冲刷下溶解析出,使混凝土孔隙率增加,增大了氯离子渗入混凝土内部的孔道,加剧了钢筋锈蚀,并使混凝土涨裂剥落。另外,如果水灰比控制不严,施工质量较差,混凝土振捣不密实,甚至出现蜂窝麻面等现象,这些都会加剧盐溶液环境对混凝土的侵蚀,使结构变得松软,强度降低,耐久性下降。海水对混凝土结构有巨大的腐蚀性,由于海水与混凝土接触部位的不同,产生的腐蚀性也不尽相同,其中在水位变化区,即潮汐潮落区,混凝土受到的腐蚀最为严重。在这一区域,潮汐时,混凝土直接受到海水的冲刷、浸泡;潮落时,混凝土要经历干湿循环、冻融循环等物理化学综合作用。81 耐久性问题的特点耐久性问题具有以下特点:1、引起结构耐久性问题的因素往往有多个。事故调查分析表明,很少有单个因素引起耐久性问题的情况。2、耐久性问题往往由结构的表层开始,一般都有明显的外观特征,如裂缝、锈渍、剥落等。3、耐久性对抗力和使用功能的影响有一个漫长的发展过程,一般几十年的损伤累积才会造成严重的后果。4、耐久性问题一般开始时表现为对外观和使用功能的影响,往往不存在安全问题。但长期积累以后可能发生承载能力方面问题,有时甚至是脆性破坏。82 影响耐久性的因素混凝土结构是由多种材料组成的复合人工材料，由于结构本身的组成成分及承载力特点，其抗力有初期增长和强盛阶段，在外界环境和各种因素的作用下也存在逐渐削弱和衰落的时期；经过一定年代以后，甚至会不能满足设计应有的功能而“失效”。因此，混凝土结构也是有使用年限(寿命)的。（一） 混凝土的缺陷对耐久性的影响混凝土结构中的钢筋，作为金属材料在酸性介质作用下会受到锈蚀而被削弱；而作为结构主体材料的混凝土也存在缺陷。混凝土中作为骨料的砂、石体积基本是稳定的；而水泥胶体在凝固硬化的过程中体积缩小，在界面上形成许多裂缝。这些并不连续的裂缝在受力或收缩、并在温度作用下会互相贯通，形成裂纹并延伸到结构混凝土的表面。混凝土在浇筑后会发生离析、泌水现象，多余水分溢出而形成毛细孔道并在钢筋或粗骨料下窝水而形成疏松层，伴随产生混凝土沉陷，受到钢筋阻拦后还会发生沿钢筋的纵向裂缝。此外，搅拌、浇筑和振捣时混凝土中还会加入气体而形成气泡、孔穴。所以说混凝土天生就存在着许多孔道、裂缝，这些缺陷都可以成为有害介质入侵的通道，并且随着时间的推移而显示出混凝土缺陷的严重性这就是影响混凝土结构耐久性的根源。由于混凝土中的这些缺陷，环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土的内部，产生碳化、冻融、锈蚀等作用而影响结构的受力性能,并且建筑物在使用年限内结构还会受到各种机械物理损伤(磨损、撞击等)及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。（二）裂缝对混凝土耐久性的影响混凝土结构中的裂缝,一般有七种成因:1、构造处理不当造成的混凝土裂缝；2、混凝土的干缩引起的裂缝；3、由于碱-骨料反应(AAR)引起的裂缝；4、由于外界温度变化引起的裂缝；5、由于钢筋锈蚀引起的裂缝；6、由于荷载作用引起的裂缝；7、太阳辐射、混凝土老化、徐变及疲劳作用引起的裂缝。由于其成因不同，对结构的耐久性影响是不同的。第(1)种裂缝，由于其深度较浅，对耐久性的影响是可以忽略的；第(3)种裂缝，在正常结构中是不允许的，属于特殊问题，在此暂不讨论；第(5)种裂缝的出现就意味着结构耐久性失效，也失去进一步讨论的意义；一般情况下，仅讨论(2)、(4)、(6)和(7)类裂缝对结构耐久性的影响。混凝土裂缝对结构耐久性产生影响，主要是因为裂缝增大了混凝土的渗透性，使空气中的有害气体或物质容易渗入混凝土内，致使钢筋钝化膜较早破坏，钢筋产生锈蚀。除裂缝的宽度外，裂缝的深度、长度、走向、搭接和发展趋势都会对混凝土耐久性产生不同的影响。而目前恰恰又缺少这方面的研究，因此加强裂缝(宏观或微观)特征的研究将对解决混凝土结构耐久性发挥重要作用，也将成为一个新的研究发展方向。混凝土结构裂缝控制与耐久性是目前结构工程界和材料界的研究前沿,它是一个涉及材料、设计、施工、使用维护等多学科、多领域的综合性课题。我们必须认识到，除非找一种各方合作的方法，否则很难使混凝土达到良好的耐久性。这也是目前各国普通存在的问题。要使混凝土结构裂缝得到有效控制,最大限度地提高混凝土工程的耐久性,就必须加强科研,利用新技术、新方法,加强材料工程师、结构设计者、施工人员等之间的合作关系,甚至通过宣传教育使用户对建筑物进行合理地使用和维护。（三）钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响在实际应用中,混凝土绝大部分是以钢筋混凝土组合结构使用，其中钢筋对混凝土起增强作用，混凝土因呈高碱性对钢筋起防止锈蚀的保护作用。当混凝土不够致密或存在某些宏观缺陷时,往往引起外部有害介质的侵入，使钢筋发生锈蚀膨胀，导致混凝土剥落和进一步开裂，最终引起结构的劣化和失效。因此怎样有效地保证钢筋不产生锈蚀是结构耐久性和安全性研究中的一项重大课题。使混凝土中钢筋锈蚀的首要条件是炭化和脱钝,只有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏,钢筋的锈蚀才成为可能。其次是水和氧,这是钢筋锈蚀化学反应所必需的物质。当然,侵蚀性的酸性介质也是必须的,污染引起酸雨及其他有害物质溶于水而通过孔道,缝隙进入混凝土,到达钢筋表面引起锈蚀。钢筋锈蚀后体积膨胀将保护层混凝土胀裂,反过来又加速腐蚀的速度,最后导致保护层剥落。氯离子有很强的活性,极易破坏钢筋表面的钝化膜而引发钢筋的锈蚀。使用以氯化钙为主要成分的促凝剂会造成钢筋腐蚀,此外搅拌混凝土若混入海砂、海水也是重要原因。除掺入氯盐以外,外界环境中也存在氯离子入侵的可能性。钢筋在应力状态下会发生电位变化,使由于电化学作用产生的锈蚀加速发展。尤其是处于预应力状态下的预应力钢筋、钢绞线截面面积不大,加上应力腐蚀对截面的削弱,有可能发生脆性破坏。除了对混凝土中有害杂质含量的控制和钢筋表面