蘇丹青尼羅河大橋的設計與施工

□□

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012)

引言

尼羅河是世界第一大河，由青尼羅河和白尼羅河這兩條河流交匯而成。蘇丹共和國首都喀土穆位于大河的交匯處，尼羅河、青尼羅河和白尼羅河將首都分為喀土穆、恩圖曼和北喀土穆三部分?？ν聊绿柗Q世界火爐，是世界上最熱的城市。

青尼羅河大橋是連接喀土穆曼西爾區(qū)和北喀土穆吉列夫東區(qū)的一座城市橋梁，該橋由蘇丹達爾公司(DAR Company)提供可行性研究報告，喀土穆大學建筑和道路研究院提供地質(zhì)調(diào)研報告。由中國吉林國際經(jīng)濟技術合作公司工程總承包，山西省交通規(guī)劃勘察設計院完成施工圖設計。監(jiān)理單位為蘇丹達爾公司。

1 工程場地及自然條件

青尼羅河大橋橋址位于青、白尼羅河交匯處上游約3 km，河段順直，岸線穩(wěn)定，橋位處河床斷面呈U型。該河為季節(jié)性河流，枯水期最低水位372.41 m，最大水深約6 m。每年7月至9月為汛期，河水暴漲，水深可達16 m以上。

喀土穆地區(qū)屬于熱帶沙漠氣候，干旱少雨、炎熱干燥，年最高氣溫45.2 ℃，最低氣溫6 ℃，全年平均氣溫28 ℃。年平均降雨量僅160 mm。

根據(jù)喀土穆大學建筑和道路研究院提供的《吉列夫東區(qū)-曼西爾大橋地質(zhì)調(diào)研報告》，河床表層3～5 m為松散至中密的淤泥砂，然后是7～10 m中密至密實的沙礫，樁基持力層為努比爾巖。

2 技術標準

根據(jù)《蘇丹青尼羅河大橋施工圖設計委托書》，設計規(guī)范以中華人民共和國交通部部頒標準為主，英國的BS-5400橋梁規(guī)范作為參考。

設計荷載：汽車-超20級、掛車-120，人群荷載3.5 kN/m2；最高設計水位RL=381.789 m；最低水位RL=372.410 m。

根據(jù)蘇丹達爾公司的可行性研究報告，該橋沒有通航要求，全橋只考慮3號和4號墩承受船泊撞擊力，船泊撞擊力為5 000 kN；地震荷載：按7度設防。

3 橋梁總體設計

青尼羅河大橋全長355 m，雙向4車道，全橋寬20.5 m，兩側人行道寬1.3 m。主橋為55.5 m+85 m+55.5 m預應力混凝土連續(xù)鋼構，兩側引橋均為2 m×36 m預應力混凝土簡支T梁結構。橋梁總體布置與截面如圖1所示。

圖1 橋梁總體布置與截面圖

3.1 主橋上部結構

主橋上部構造采用單箱雙室截面，箱底板寬為13 m，箱梁懸臂長度為3.65 m，考慮到主橋端部箱梁與36 m跨徑T梁(梁高2.2 m)之間的平順銜接，箱梁跨中高度取2.2 m，為主跨的1/38.6；0號塊根部梁高取5 m，為主跨的1/17?？v向預應力采用國產(chǎn)大噸位群錨體系，將頂板預應力集中于腹板頂部承托中，使頂?shù)装宄叽缤耆墒芰μ匦钥刂?。箱梁根部底板?0 cm，跨中底板厚度取30 cm。箱梁梁高、底板厚度均按1.65次拋物線變化，以滿足受力及橋梁線形的需要。與2次拋物線相比，增加了1/4橋寬位置箱梁的有效高度，有利于防止箱梁斜向裂縫。箱梁腹板厚度在距根部9 m范圍內(nèi)采用60 cm，跨中部分采用40 cm。頂板箱室內(nèi)厚度30 cm，懸臂端厚20 cm。由于箱梁頂板厚度全橋保持一致，腹板厚度僅有一次變化，內(nèi)模構造簡單，便于施工。上部采用掛籃分段懸臂澆筑施工，每個懸臂端共分12個梁段，梁段劃分為3 m、3.5 m、4 m等3種，梁段最大質(zhì)量160 t。

在進行預應力體系設計時，吸取了國內(nèi)同類橋梁的設計和施工經(jīng)驗。箱梁采用三向預應力體系，鋼絞線采用ASTM A416-97(270級)技術標準?？v向預應力束采用Φ15.24 mm鋼絞線，OVM15-15型和OVM15-12型錨具；頂板橫向束采用Φ12.7 mm鋼絞線，OVMBM13-3型扁錨，間距50 cm；豎向預應力采用Φ32 mm精軋螺紋粗鋼筋，YGM錨具。為了防止過去同類結構在運營過程中出現(xiàn)的跨中撓度過大的現(xiàn)象，設計中在跨中底板預留了4根備用束，一旦出現(xiàn)跨中下?lián)线^大，可以通過張拉備用束來恢復。在跨中設置了5 cm的預拱度，全垮范圍內(nèi)預拱度按2次拋物線設置。

3.2 墩身及基礎

主墩墩身為鋼筋混凝土實體墩。主墩長度等于箱梁底寬，取13 m，上下游各設分水尖，以防止船只及汛期上游漂浮物的撞擊。加上分水尖后的橋墩總長度為18 m，寬度為2.5 m，墩高22 m?；A采用20根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁，樁基嵌入努比亞砂巖≮3 m，承臺厚度2.5 m。

4 施工特點

4.1 基礎施工

主墩是控制工期的關鍵工程，為了搶在汛期前完成主墩的施工，對該橋制定了依托鋼板樁圍堰搭建鉆孔平臺，進行主墩樁基礎施工的方案。承臺尺寸為18.5 m×13.75 m×2.5 m，四周各留出1 m以上的工作寬度，鋼板樁圍堰設計尺寸為21 m×16.2 m。單根鋼板樁長14 m，寬60 cm。首先，完成上游及橫橋向兩側的鋼板樁，留出下游側不完全封閉，以便施工船只出入以及鉆孔鋼護筒的運輸和定位。然后，完成圍堰的第一層圍檁，在圍堰內(nèi)的適當位置打入鋼管樁，利用圍堰和鋼管樁基礎搭建鉆孔施工平臺。平臺工作面寬敞，可以有多臺鉆機同時施工，大大加快了施工進度。

該橋基坑底施工最大水深約6 m，圍堰共設3層支撐。鉆孔完成后，拆除施工平臺多余部分，剩余部分作為圍堰的第一層支撐，封閉鋼板樁圍堰，澆筑封底混凝土?；炷吝_到強度后，開始逐步降水，完成第2層、第3層圍檁和支撐，然后進行承臺的施工。

4.2 上部主梁施工

上部箱梁采用掛籃分段懸臂澆筑施工。該橋采用的斜拉式掛籃具有構造簡單、移動靈活、結構安全、穩(wěn)定性好的特點，掛籃自重700 kN，設計荷載2 000 kN。在0號梁段澆筑完畢，進行掛籃現(xiàn)場拼裝及加載試驗，測定掛籃的變形，為大橋的順利合龍?zhí)峁┝艘罁?jù)。為保證箱梁理論軸線高程的施工精度，選派有經(jīng)驗的測量工程師對每一個梁段混凝土澆筑前后、預應力束長拉前后、掛籃移動前后的高程進行精確測量，并報監(jiān)理工程師復測。根據(jù)測量結果，對立模標高進行動態(tài)控制，確保了合龍精度。

4.3 混凝土裂縫的控制

由于喀土穆地區(qū)氣候異常干燥、炎熱，混凝土早期強度提高非常快，但也很容易產(chǎn)生干燥收縮裂縫。施工中采取的主要措施是：首先，選擇合理的混凝土配合比，特別是高強度混凝土，不能只靠增加水泥用量來提高混凝土強度。由于蘇丹惟一的一家水泥廠只能生產(chǎn)42.5 MPa以下的低強度等級水泥，且水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，若從中國國內(nèi)海運至施工現(xiàn)場，運輸周期至少在60 d以上，而水泥的保質(zhì)期只有2～3個月，而且海上運輸容易受潮，不能保證水泥的質(zhì)量。因此，在該項目中采用了鄰國埃及生產(chǎn)的強度等級為52.5 MPa的水泥。粗骨料采用5～25 mm連續(xù)級配的碎石。由于當?shù)氐幕炷劣蒙昂嗔刻撸诠さ貙ｉT設洗砂池，對混凝土用砂進行清洗。另外，控制合理的水灰比是防止收縮裂縫的有效措施，該橋采用的是泵送混凝土，如果用水量過少，混凝土和易性差；用水量太大又對裂縫控制不利，因此，在施工中嚴格按提前設定的用水量控制，并添加了適量的減水劑，用以改善泵送混凝土的和易性，坍落度一般控制在16～18 cm。當?shù)匕滋斓臍鉁禺惓８撸柟庵鄙湎伦罡邷囟瓤蛇_60 ℃以上，且晝夜溫差較大，最大溫差可達20 ℃以上，所以，混凝土澆筑一般選擇在氣溫較低的夜間進行。最后，是加強對混凝土的早期養(yǎng)護。由于采取了以上措施，使混凝土的干縮裂縫得到了有效控制。

4.4 大體積混凝土水化熱的控制

主墩承臺尺寸為18.5 m×13.75 m×2.5 m，共需澆筑混凝土約636 m3。為了有效控制大體積混凝土在凝固過程中產(chǎn)生的水化熱，防止因內(nèi)外溫差過大導致混凝土產(chǎn)生裂縫，在承臺內(nèi)設置了3層冷卻管，直徑為60 mm，縱橫向分層交錯布置，間距為1 m。每層管道設兩個獨立的進水口和出水口，以縮短冷卻管的路徑，使混凝土降溫均勻。承臺澆筑完成后，立刻開始通水冷卻，以降低水泥水化產(chǎn)生的水化熱，確保承臺混凝土的質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場對3號墩承臺的監(jiān)測，第3天混凝土內(nèi)部溫度最高達到56.5 ℃，然后逐步下降，與外界的溫差始終控制在25 ℃以內(nèi)，第8天基本上停止了通水降溫。

5 結語

筆者參與了蘇丹青尼羅河大橋的施工圖設計及施工階段的現(xiàn)場后續(xù)服務的全過程，這也是山西省交通規(guī)劃勘察設計院走出國門的一次嘗試。該橋于2003年11月開工，2005年1月建成通車。由于在設計和施工中對容易出現(xiàn)質(zhì)量問題之處采取了針對性的控制措施，保證了該橋的施工質(zhì)量，得到了蘇丹方監(jiān)理和業(yè)主的充分肯定。我國駐蘇丹大使、蘇丹共和國建設部部長等出席了大橋的竣工儀式。青尼羅河大橋的建成，大大緩解了喀土穆青尼羅河兩岸交通緊張的局面，也為中蘇友誼譜寫了新的篇章。

參考文獻：

[1] 馬保林.高墩大跨徑連續(xù)剛構橋[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 王文濤.剛構-連續(xù)組合梁橋[M].北京：人民交通出版社，1997.