巴基斯坦卡洛特復(fù)建大橋設(shè)計(jì)與施工

周濤 趙胤儒 李世平

摘要：巴基斯坦卡洛特復(fù)建大橋作為卡洛特水電站過(guò)壩交通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，也是水電站建成后連接旁遮普省和巴控克什米爾地區(qū)的重要橋梁。通過(guò)研究該橋的連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工方法及控制措施，設(shè)計(jì)該橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，跨徑組成為（85+150+85）m，橋梁設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為330 m;采用美國(guó)AASHTO規(guī)范及巴基斯坦國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)，箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工。該成果可為同類橋梁設(shè)計(jì)與施工提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);AASHTO規(guī)范;高烈度;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號(hào)：U442.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.013

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）11 - 0057 - 04

隨著中國(guó)“一帶一路”倡議的逐步推進(jìn)，一大批具有國(guó)際影響力的項(xiàng)目在異國(guó)他鄉(xiāng)落地、實(shí)施，其中不乏橋梁工程。國(guó)內(nèi)企業(yè)在參與國(guó)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中普遍遇到了設(shè)計(jì)規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)項(xiàng)目差異較大的問(wèn)題。巴基斯坦卡洛特復(fù)建大橋采用美國(guó)AASHTO規(guī)范和巴基斯坦國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)，取得了地方管理部門的認(rèn)可，項(xiàng)目得以順利實(shí)施。該成果對(duì)類似橋梁的設(shè)計(jì)、施工具有較好的借鑒意義。

1 項(xiàng)目概述

1.1 工程概況

卡洛特復(fù)建大橋位于巴基斯坦旁遮普省境內(nèi)原卡洛特大橋下游650 m處，橫跨吉拉姆（Jhelum）河，橋軸線與水流正交。該橋是連接旁遮普省和巴控克什米爾地區(qū)道路上的重要橋梁，橋梁設(shè)計(jì)總長(zhǎng)330 m。大橋已于2019年11月16日建成通車，滿足了卡洛特水電站建設(shè)需求，保障了水電站溢洪道下游土石方的順利開挖，提高了吉拉姆河兩岸通行的便捷性，極大地改善了當(dāng)?shù)爻鲂械慕煌l件。

1.2 水文及地質(zhì)條件

卡洛特復(fù)建大橋橋址100 a一遇的洪水流量為14 700 m3/s，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位為412.40 m，平均設(shè)計(jì)流速為4.81 m/s。

橋位區(qū)吉拉姆河的河谷形態(tài)總體為不對(duì)稱“V”形谷。兩岸岸坡總體較為順直，左岸岸坡為上陡下緩的斜坡地形，局部砂巖形成陡崖，地面高程387～490 m;右岸岸坡總體上為陡崖與緩坡相間地形，下游側(cè)為順直斜坡地形，地面高程387～520 m。

橋位區(qū)覆蓋層下基巖主要為中砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度不大于3.5 m，弱風(fēng)帶厚度一般為3.5～15.5 m，弱風(fēng)化帶底板埋深一般為15～20 m。

1.3 設(shè)計(jì)規(guī)范選用

國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，不斷完善，形成了整套設(shè)計(jì)體系。按持久狀況、短暫狀況、偶然狀況、地震狀況4種設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。

美國(guó)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范基于荷載與抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法，采用荷載系數(shù)與抗力系數(shù)設(shè)計(jì)原理。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)一表達(dá)。

巴基斯坦橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要規(guī)定了荷載等級(jí)、計(jì)算要求等基本內(nèi)容，需結(jié)合美國(guó)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

卡洛特復(fù)建大橋作為“一帶一路”示范項(xiàng)目卡洛特水電站的重要交通設(shè)施，最初以中國(guó)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，后期經(jīng)與各級(jí)地方交通主管部門多輪對(duì)接、溝通，為便于運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)管理，最后采用了美國(guó)AASHTO橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范。

1.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)。三級(jí)公路，雙向兩車道。

（2）設(shè)計(jì)行車速度為30 km/h。

（3）設(shè)計(jì)荷載等級(jí) 。汽車荷載1：HL-93（《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》）[1];汽車荷載2：“A”級(jí) （《Code of Practice Highway Bridge 1976》）;汽車荷載3：70 t軍用裝載車（《Code of Practice Highway Bridges 1967》）[2];人群荷載：3.6 kN/m2。

（4）橋面路幅總寬10.0 m。橋面路幅組成：1.25 m（人行道、欄桿）+7.50 m（行車道）+1.25 m（人行道、欄桿）。

（5）地震烈度。50 a超越概率10%的基巖地震動(dòng)峰值加速度為0.26 g。

2 連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體布置

根據(jù)卡洛特水電站總布置規(guī)劃，設(shè)計(jì)人員在遵循安全、耐久、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和有利環(huán)保原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程所在地特點(diǎn)，確定了大橋總體布置方案。

大橋橋型設(shè)計(jì)為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，跨徑組成為（85+150+85）m，橋梁設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為330 m。大橋橋面中心高程為481.152 m，左右岸起、終點(diǎn)高程分別為480.657，481.647? m。橋型立面圖見(jiàn)圖1。

2.2 主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 截面形式及主要尺寸

（1）跨徑組成。主梁跨徑組成為（85+150+85）m，邊跨與中跨比值為0.567。2個(gè)邊跨各通過(guò)2個(gè)7 000 kN的減振鋼支座支承于橋臺(tái)上。主梁與橋臺(tái)間設(shè)置伸縮量為240 mm的伸縮縫。

（2）梁高。1，2號(hào)墩頂處梁高為9.0 m，為主跨長(zhǎng)度的1/16.67;跨中和邊跨端部梁高3.5 m，為主跨長(zhǎng)度的1/42.86。

（3）梁底曲線。箱梁底緣由曲線和直線段組成。曲線采用1.65次拋物線，拋物線方程為：y= 0.00504839x1.65+3.5?？缰信c邊跨直線段長(zhǎng)分別為2.00 m和8.85 m。

（4）主梁采用單箱單室雙懸臂變截面箱梁，箱梁頂板寬10.0 m，底板寬6.0 m，箱梁底板水平，頂板設(shè)置2.0%雙向橫坡，箱梁兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)度均為2.0 m，懸臂板根部厚60 cm，懸臂板板端部厚20 cm。箱梁頂板厚30 cm，底板厚度35～100 cm，腹板厚度50～100 cm，截面轉(zhuǎn)角處均設(shè)倒角過(guò)渡。橫隔板僅在梁端支座處設(shè)置，厚1.8 m。箱梁混凝土標(biāo)號(hào)為Grade C6000[3]。

2.2.2 箱梁分段及施工順序

全橋共分為2個(gè)單T構(gòu)，每個(gè)單T構(gòu)以橋墩對(duì)稱布置，每邊分成17個(gè)節(jié)段。墩頂上部0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)13 m，1～9號(hào)節(jié)段各長(zhǎng)3.5 m，10～17號(hào)節(jié)段各長(zhǎng)4.5 m。除0號(hào)節(jié)段外，其他懸臂節(jié)段最大自重2 125 kN;3個(gè)合攏段（18號(hào)）的長(zhǎng)均為2.0 m，自重450 kN。

0號(hào)梁段采用在墩旁托架上現(xiàn)澆施工，1～17號(hào)節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑，兩邊跨的8.85 m梁段（19號(hào)）采用支架現(xiàn)澆。邊、中跨合攏段為在懸臂吊架上澆筑。根據(jù)施工進(jìn)度和結(jié)構(gòu)受力條件，先合攏邊跨，后合攏中跨[4]。

2.2.3 后張法預(yù)應(yīng)力體系

箱梁采用縱、豎雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中縱向預(yù)應(yīng)力束按全預(yù)應(yīng)力理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。縱向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線（抗拉強(qiáng)度f(wàn)pu =1 860 MPa，彈性模量Ep =1.95×105? ?MPa），預(yù)應(yīng)力孔道采用塑料波紋管成孔，真空輔助壓漿，夾片式圓錨，鋼束張拉錨下控制應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的75%。豎向預(yù)應(yīng)力材料采用#10高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，采用鐵皮管制孔，軋絲錨具，單根錨下控制力為568 kN。縱向預(yù)應(yīng)力束均采用兩端同時(shí)張拉，豎向預(yù)應(yīng)力筋為單端張拉，并采用以張拉力控制為主、張拉力與伸長(zhǎng)量同時(shí)控制的雙控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 墩臺(tái)與基礎(chǔ)

1，2號(hào)橋墩高分別為58 m和62 m，采用雙薄壁矩形實(shí)體墩，墩頂與箱梁、墩底與承臺(tái)均為剛性連接，橋墩為矩形等截面實(shí)體墩，尺寸為2×（6.0 m×2.2 m），雙壁凈間距5.0 m。橋墩混凝土標(biāo)號(hào)為Grade C5000。

1，2號(hào)橋墩承臺(tái)頂面標(biāo)高分別為414.277 m和409.827 m，承臺(tái)高4.0 m，其平面尺寸為13.7 m×13.2 m;各承臺(tái)均下連6根?2.2 m的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)分別為30 m和40 m。承臺(tái)混凝土標(biāo)號(hào)為Grade C4500，樁基混凝土標(biāo)號(hào)為Grade C3500。

橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 靜力計(jì)算分析

大橋采用MIDAS/Civil 2015進(jìn)行計(jì)算。該程序全面模擬了大橋基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)及箱梁梁體施工各階段的受力特征，并考慮了不同齡期混凝土收縮徐變影響。全橋共劃分了184個(gè)單元，203個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置了14個(gè)臨時(shí)和永久邊界支承，考慮了94個(gè)施工階段及3 650 d混凝土收縮徐變影響。大橋計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

大橋按AASHTO規(guī)范和巴基斯坦國(guó)家規(guī)范進(jìn)行了驗(yàn)算，所得主要荷載承載能力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3.2 抗震計(jì)算分析

大橋處工程場(chǎng)址區(qū)50 a超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.26 g，地震基本烈度按Ⅷ度考慮。全橋抗震受力分析采用MIDAS/Civil 2015程序進(jìn)行計(jì)算，樁基礎(chǔ)土彈簧剛度采用m法進(jìn)行計(jì)算模擬，橋墩及主梁混凝土容重均按ASTM標(biāo)準(zhǔn)取值，橋面鋪裝以附加質(zhì)量考慮。

抗震驗(yàn)算按AASHTO規(guī)范進(jìn)行，主梁與橋臺(tái)間設(shè)置減振球形鋼支座，主梁梁底設(shè)置抗震擋塊。

4 連續(xù)剛構(gòu)施工

4.1 箱梁混凝土施工

箱梁施工分為懸澆和現(xiàn)澆兩種，其中0號(hào)梁段及邊跨（19號(hào)）梁段為現(xiàn)澆施工，1～17號(hào)梁段采用掛籃懸臂澆筑施工。懸臂施工過(guò)程中嚴(yán)格控制外加荷載與偏載，懸臂兩端混凝土澆筑需同步進(jìn)行，差值不能超過(guò)2 m3，混凝土澆筑過(guò)程中橋墩偏移量不能超過(guò)4 cm。

該橋共用2對(duì)4套菱形掛籃，掛籃重669 kN，采用液壓千斤頂頂推行走，掛籃設(shè)置有倒退裝置。懸澆段箱梁混凝土采用泵送澆筑，一次成型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，每套掛籃7～10 d可完成1個(gè)懸臂節(jié)段施工。

邊、中跨合攏段在懸臂吊架上施工，于1 d之中溫度最低時(shí)澆筑混凝土，可有效控制因溫度變化產(chǎn)生的不利拉應(yīng)力。

4.2 預(yù)應(yīng)力施工

預(yù)應(yīng)力張拉在混凝土強(qiáng)度達(dá)到95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度以上、彈性模量達(dá)到90%以上且滿足不小于7 d齡期要求后方可進(jìn)行。在每一懸澆節(jié)段施工中，先張拉縱向預(yù)應(yīng)力束，后張拉豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。縱向預(yù)應(yīng)力束按先長(zhǎng)束、后短束，先邊束、后中束，對(duì)稱間隔分批張拉。預(yù)應(yīng)力張拉后，孔道應(yīng)盡早壓漿，壓漿的水泥漿等級(jí)為M50。

國(guó)內(nèi)橋梁普遍要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%即可張拉預(yù)應(yīng)力，考慮到該項(xiàng)目特點(diǎn)，為控制主梁后期下擾，對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求提高至95%。

4.3 下部結(jié)構(gòu)施工

橋墩樁基礎(chǔ)及承臺(tái)采用筑島施工，橋臺(tái)旱地施工。墩臺(tái)樁基礎(chǔ)采用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工，橋墩采用翻模施工。

5 成橋試驗(yàn)

試驗(yàn)中控制截面撓度、應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論值，且最大相對(duì)殘余撓度15.15%、最大相對(duì)殘余應(yīng)變9.68%，均小于規(guī)范規(guī)定的20%。結(jié)構(gòu)自振頻率實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比見(jiàn)表2[5]。

沖擊系數(shù)實(shí)測(cè)值1.010～1.042，小于計(jì)算值1.050。成橋試驗(yàn)各項(xiàng)結(jié)果表明，橋梁狀況良好，滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

6 結(jié) 論

（1）高烈度地區(qū)橋梁抗震計(jì)算和設(shè)計(jì)是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響橋梁方案的成立，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別是設(shè)計(jì)初期，需格外重視。

（2）良好的設(shè)計(jì)需要精細(xì)的施工來(lái)實(shí)現(xiàn)，施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)跟蹤意義重大。通過(guò)跟蹤施工過(guò)程中掛籃重量、施工荷載、預(yù)應(yīng)力孔道相關(guān)參數(shù)等，及時(shí)更新計(jì)算模型，調(diào)整了箱梁預(yù)拱度及預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力。

（3）大橋采用美國(guó)AASHTO規(guī)范及巴基斯坦國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)及施工遵循了當(dāng)?shù)亓?xí)慣，可為類似橋梁工程提供參考。

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（編輯：高小雲(yún)）

Design and construction of Karot bridge reconstruction in Pakistan

ZHOU Tao， ZHAO Yinru， LI Shiping

（Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.，Ltd.， Wuhan 430010，China）

Abstract：Pakistan's Karot bridge reconstruction is a key node of the dam crossing project for Karot Hydropower Station and also an important bridge connecting Punjab province and AJK state after the hydropower station completed. Through the study of design details， simulations， construction methods and control measures of the bridge， the bridge is designed as a three span prestressed concrete continuous rigid frame with variable cross-section， and with the span group of （85+150+85） m and the total bridge design length of 330 m. The bridge is designed according to American AASHTO code and Pakistan National Code， and the box girder is constructed by cantilever casting with hanging basket. This bridge design can be as a reference for designs and constructions of similar bridges.

Key words：continuous rigid frame bridge; structure design; AASHTO; high earthquake intensity;Karot Hydropower Station; Pakistan