中國(guó) 美國(guó) 巴基斯坦橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)比分析

趙胤儒 尤嶺 周濤

摘要： 為了在涉外水電工程的設(shè)計(jì)中，更好地把握和運(yùn)用國(guó)外工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，從各技術(shù)環(huán)節(jié)分析研究中外規(guī)范的異同十分必要。以巴基斯坦卡洛特水電站的壩下橋和庫(kù)區(qū)淹沒(méi)復(fù)建橋設(shè)計(jì)為工程背景，分析了卡洛特水電站工程橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，在規(guī)范選取、荷載選取、材料選取、荷載組合、樁基承載力和抗震設(shè)計(jì)等方面與中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的異同。在卡洛特水電站橋梁設(shè)計(jì)中，場(chǎng)區(qū)內(nèi)橋梁建設(shè)采用中國(guó)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，場(chǎng)區(qū)外公共使用的橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO LRFD 2012）和巴基斯坦公路橋梁實(shí)踐規(guī)范（1967）進(jìn)行最不利組合控制設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì);美國(guó)標(biāo)準(zhǔn);中國(guó)規(guī)范;巴基斯坦規(guī)范;對(duì)比分析;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類(lèi)號(hào)：U442.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.013

隨著“一帶一路”倡議的逐步推進(jìn)，中國(guó)的設(shè)計(jì)方案輸出日益增多，要求參與項(xiàng)目的工程技術(shù)人員把握好國(guó)外的工程技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)在巴基斯坦承建的卡洛特水電站是“一帶一路”倡議和“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”在國(guó)外的首座大型水電投資建設(shè)項(xiàng)目。介紹了該電站場(chǎng)內(nèi)、場(chǎng)外復(fù)建橋梁和庫(kù)區(qū)復(fù)建橋梁的設(shè)計(jì)，可供從事橋梁設(shè)計(jì)施工的同行參考。

1項(xiàng)目概況及工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

卡洛特水電站是巴基斯坦境內(nèi)吉拉姆河規(guī)劃的5個(gè)梯級(jí)電站的第四級(jí)，上一級(jí)為阿扎德帕坦（Azad Pattan）水電站，下一級(jí)為已建成的曼格拉（Mangla）水電站。壩址位于巴基斯坦旁遮普省境內(nèi)卡洛特橋上游1 km，下距曼格拉大壩74 km。該項(xiàng)目共涉及8座橋梁的建設(shè)，壩址場(chǎng)區(qū)內(nèi)1座，壩址場(chǎng)區(qū)外1座復(fù)建橋，其余6座復(fù)建橋梁位于庫(kù)區(qū)淹沒(méi)區(qū)。工程建設(shè)模式采用EC+P總承包合同模式。結(jié)合EPC合同要求和巴基斯坦公路行政部門(mén)意見(jiàn)，電站場(chǎng)區(qū)內(nèi)橋梁采用中國(guó)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，場(chǎng)區(qū)外公共使用的橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO LRFD 2012）[1]和巴基斯坦公路橋梁實(shí)踐規(guī)范（1967）[2]進(jìn)行最不利組合控制設(shè)計(jì)。

2建筑材料

2.1 混凝土

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[3]150 mm×150 mm×150 mm的立方體試件在溫度20.3℃、相對(duì)濕度95%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28 d，以在規(guī)定的加載速度下測(cè)得的立方體強(qiáng)度[fcu，k]作為混凝土的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級(jí)。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圓柱體φ150 mm×300 mm，在21.1℃條件下養(yǎng)護(hù)28 d，以在規(guī)定的加載速度下測(cè)得的強(qiáng)度[fc′] 作為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度指標(biāo)。

根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)院給出的圓柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度關(guān)系，即[fc′=（0.79～0.81）fcu，k]，一般取[fc′=0.80fcu，k]。

中國(guó)混凝土受壓彈性模量是對(duì)棱柱體試件由0加載到[0.5fc]重復(fù)加載5～10次，應(yīng)力-應(yīng)變曲線接近直線，直線的斜率即為混凝土的彈性模量，其經(jīng)驗(yàn)公式為[Ec=1052.2+34.74fcu，kMPa]。美國(guó)規(guī)范規(guī)定受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線上從0加載到[0.45fc]割線的斜率為混凝土的彈性模量，其經(jīng)驗(yàn)公式為[Ec=0.0427ω1.5cf′cMPa]。中美混凝土強(qiáng)度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見(jiàn)表1。

巴基斯坦當(dāng)?shù)匾?guī)范沿用美國(guó)混凝土類(lèi)別A、B、C、D和Y類(lèi)和素混凝土。A1類(lèi)混凝土用于各類(lèi)非鋼筋和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，A2類(lèi)用于水下混凝土中，A3類(lèi)用于樁柱混凝土中，B類(lèi)僅用于有明確規(guī)定的地方，C類(lèi)用于水槽，D類(lèi)用于預(yù)應(yīng)力混凝土，Y類(lèi)用于鋼格柵橋面的填料和加強(qiáng)部位，素混凝土僅應(yīng)用于地基下墊層中。

2.2 普通鋼筋

由于巴基斯坦國(guó)內(nèi)鋼材廠家均按照美國(guó)配方進(jìn)行鋼材加工，因此普通鋼材均為美標(biāo)鋼材。推薦采用較為經(jīng)濟(jì)的高強(qiáng)度鋼筋，大部分鋼材采用屈服強(qiáng)度為Grade 60級(jí)別（60 000PSI=420 MPa）的鋼筋。這類(lèi)鋼筋一般是逐漸屈服而沒(méi)有屈服臺(tái)階，要求在規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度時(shí)，總應(yīng)變不超過(guò)0.35 %，其可焊性和塑性較差。鋼材產(chǎn)品主要有2種：用于非地震區(qū)的碳鋼帶肋與光圓鋼筋標(biāo)準(zhǔn)ASTM A615和用于地震區(qū)的低合金帶肋鋼筋與光圓鋼筋標(biāo)準(zhǔn)ASTM A706。

ASTMA615-2012只包含4個(gè)等級(jí)的鋼筋：40級(jí)、60級(jí)、75級(jí)和80級(jí)。由于高于75級(jí)的鋼筋延性低，按照美國(guó)規(guī)定，在地震區(qū)禁止使用，在地震區(qū)推薦使用60級(jí)A706鋼筋或40級(jí)和60級(jí)A615鋼筋，但A615鋼筋必須符合超強(qiáng)比和強(qiáng)屈比要求，因此在地震區(qū)廣泛使用60級(jí)A706鋼筋。

美國(guó)規(guī)范的鋼筋不以直徑表示，而是對(duì)應(yīng)的直徑（1/8 in）的倍數(shù)，比如6號(hào)鋼筋的直徑為6/8×25.4=19.05 mm。而中國(guó)的鋼筋采用毫米直徑表示，如d16鋼筋的公稱(chēng)直徑為16 mm。

該項(xiàng)目場(chǎng)內(nèi)工程采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，材料體系也均采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，由于巴基斯坦生產(chǎn)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼材的大型煉鋼廠較少且距離工程地均較遠(yuǎn)，從中國(guó)進(jìn)口鋼材的采購(gòu)、運(yùn)輸和清關(guān)極為困難。同時(shí)巴基斯坦為發(fā)展本國(guó)鋼材，進(jìn)口鋼材征稅較高。通過(guò)業(yè)主溝通努力，分別對(duì)采購(gòu)來(lái)源和周期、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、可焊性和冷彎性能進(jìn)行對(duì)比，將中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼筋調(diào)整為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼筋，同時(shí)將中國(guó)慣用的焊接或套筒機(jī)械連接調(diào)整為綁扎接頭。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線

美國(guó)規(guī)范規(guī)定直接采用鋼筋的屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)值。由于巴基斯坦國(guó)內(nèi)的鋼絞線生產(chǎn)設(shè)備無(wú)法生產(chǎn)出合格的低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，如果設(shè)計(jì)采用低松弛的高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，須進(jìn)口采購(gòu)。如果采用巴基斯坦普通松弛的高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮更多材料松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失。

中國(guó)規(guī)范規(guī)定預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值由抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料的分項(xiàng)系數(shù)得到，熱軋鋼筋、精軋螺紋鋼分項(xiàng)系數(shù)為1.20，鋼絞線、鋼絲分項(xiàng)系數(shù)為1.47。

依據(jù)巴基斯坦規(guī)范，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼絞線須符合ASTM 416 Grade 270 要求，極限拉應(yīng)力為1 860 MPa，常用型號(hào)見(jiàn)表2。實(shí)際中以單束公稱(chēng)直徑為15.24 mm的產(chǎn)量最多，因此設(shè)計(jì)時(shí)宜選用常規(guī)預(yù)應(yīng)力型號(hào)，以減少采購(gòu)成本。

3 橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3.1 中國(guó)規(guī)范采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

中國(guó)規(guī)范采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，利用隱函數(shù)[γoSR=R（fd，ad）]設(shè)計(jì)，式中，[γo]為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)安全等級(jí)一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)分別取1.1，1.0和0.9; S為作用組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值;R為構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值;[R（fd，ad）]為構(gòu)件承載力函數(shù)。同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的重要性、材料分項(xiàng)系數(shù)、不同荷載的組合系數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，JTG D60-2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》第3.1.3條要求設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下2種極限狀態(tài)。

（1）承載能力極限狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，具體對(duì)應(yīng)4種設(shè)計(jì)狀況：持久狀況、短暫狀況、偶然狀況和地震狀況。

（2）正常使用極限狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)，具體對(duì)應(yīng)2種設(shè)計(jì)狀況：持久狀況和短暫狀況。

3.2 美國(guó)規(guī)范采用荷載-抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法

美國(guó)AASHTO橋規(guī)（LRFD 2012第1.3.2條）采用荷載-抗力系數(shù)法設(shè)計(jì)，在考慮延性系數(shù)、超靜定系數(shù)和運(yùn)營(yíng)重要性系數(shù)后，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)公式[ηiγiQi？Rn=Rr]（其中[ηi=ηDηRηI0.95]）設(shè)計(jì)，式中，[ηi]為關(guān)于延性、超靜定性和運(yùn)營(yíng)重要性的綜合荷載修正值系數(shù);[ηD]為延性系數(shù)，對(duì)應(yīng)非延性構(gòu)件、常規(guī)設(shè)計(jì)和延性構(gòu)件分別取1.05、1.0和0.95;[ηR]為超靜定系數(shù)，對(duì)應(yīng)靜定結(jié)構(gòu)、常規(guī)超靜定和特殊超靜定結(jié)構(gòu)分別取1.05、1.0和0.95;[ηI]運(yùn)營(yíng)重要性系數(shù)，對(duì)應(yīng)重要橋梁、一般橋梁和不夠重要橋梁分別取1.05、1.0和0.95;[γi]為荷載系數(shù);[Qi]為作用的效應(yīng)值;[？]為抗力系數(shù);[Rn]為抗力標(biāo)準(zhǔn)值;[Rr]為抗力。結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足以下4種極限狀態(tài)。

（1）使用極限狀態(tài)（Service Limit State）。為在正常使用條件下對(duì)應(yīng)力、變形和裂縫寬度的限制， 具體對(duì)應(yīng)4種設(shè)計(jì)狀況。

（2）疲勞與脆裂極限狀態(tài)（Fatigue and Fracture Limit State）。為對(duì)產(chǎn)生預(yù)期的應(yīng)力作用次數(shù)的單輛設(shè)計(jì)貨車(chē)所引起的應(yīng)力限制，具體對(duì)應(yīng)1種設(shè)計(jì)狀況。

（3）強(qiáng)度極限狀態(tài)（Strength Limit State）。在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，橋梁能承受特定的最不利靜力組合下，確保橋梁具有局部及整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，具體對(duì)應(yīng)5種設(shè)計(jì)狀況。

（4）極端事件狀態(tài)（Extreme Event Limit State）。在經(jīng)歷較大的地震、洪水、船撞、車(chē)撞、流冰撞擊和沖刷下保證結(jié)構(gòu)不毀壞，橋梁結(jié)構(gòu)仍能保持完好，具體對(duì)應(yīng)2種設(shè)計(jì)狀況。

3.3 巴基斯坦采用容許應(yīng)力法

巴基斯坦公路橋梁實(shí)踐規(guī)范（1967第7.3條）是基于傳統(tǒng)彈性理論基本假設(shè)下的容許應(yīng)力法，規(guī)范規(guī)定：預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)在設(shè)計(jì)荷載下運(yùn)用彈性理論計(jì)算工作應(yīng)力，并通過(guò)極限強(qiáng)度理論檢查構(gòu)件是否符合規(guī)定的荷載系數(shù)。

美國(guó)規(guī)范中荷載組合中僅有荷載系數(shù)，中國(guó)規(guī)范荷載組合中包含了組合系數(shù)和荷載系數(shù)兩項(xiàng);美國(guó)規(guī)范荷載修正系數(shù)考慮了延性系數(shù)、超靜定系數(shù)和運(yùn)營(yíng)重要性系數(shù)，中國(guó)規(guī)范僅考慮了橋梁結(jié)構(gòu)安全等級(jí)。巴基斯坦的容許應(yīng)力法在局部行業(yè)使用。

4橋梁設(shè)計(jì)的汽車(chē)荷載模型

4.1 汽車(chē)荷載模型

JTG D60-2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[4]第4.3條規(guī)定汽車(chē)荷載由車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載組成，見(jiàn)圖1～2。橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車(chē)道荷載;其局部加載計(jì)算采用車(chē)輛荷載。車(chē)道荷載與車(chē)輛荷載的作用不得疊加。中國(guó)汽車(chē)荷載分為公路Ⅰ級(jí)和公路Ⅱ級(jí)，并規(guī)定公路Ⅱ級(jí)為公路Ⅰ級(jí)的75%，在計(jì)算剪力時(shí)還需要放大1.2倍。

美國(guó)AASHTO橋規(guī)（LRFD 2012第3.6條）規(guī)定中汽車(chē)荷載定義為HL-93，由車(chē)道荷載分別與一輛貨車(chē)或雙軸同時(shí)作用組成（見(jiàn)圖3），即：設(shè)計(jì)貨車(chē)與車(chē)道荷載組合，設(shè)計(jì)雙軸與車(chē)道荷載組合，橋梁計(jì)算時(shí)取其大值。車(chē)道荷載為9.3 kN/m的均布荷載，設(shè)計(jì)雙軸為1對(duì)110 kN的軸，軸距1.2m 。設(shè)計(jì)雙軸荷載作用約為設(shè)計(jì)貨車(chē)的75%。

巴基斯坦公路橋梁實(shí)踐規(guī)范（1967）中汽車(chē)荷載采用車(chē)隊(duì)荷載模型：分為A級(jí)（卡車(chē)荷載）和AA級(jí)（70 t軍用坦克車(chē)荷載）。中美汽車(chē)橫向車(chē)道折減系數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

美國(guó)橋梁規(guī)范沖擊系數(shù)[μ]為常數(shù)（0.33）。中國(guó)橋梁沖擊系數(shù)與自振基頻相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)基頻[f<1.5Hz]時(shí)，[μ=0.05];當(dāng)結(jié)構(gòu)基頻[1.5Hzf14Hz]時(shí)，[μ=0.1767lnf-0.0157];當(dāng)結(jié)構(gòu)基頻[f>14Hz]時(shí)，[μ=0.45]。

中美汽車(chē)荷載區(qū)別包括：①美國(guó)規(guī)范的車(chē)道荷載無(wú)集中荷載，靠車(chē)輛荷載提供集中力以獲得橋梁荷載最不利布置。②在進(jìn)行整體計(jì)算時(shí)，美國(guó)規(guī)范是將車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載按一定規(guī)則進(jìn)行加載，中國(guó)規(guī)范的車(chē)道荷載適用于整體承載力計(jì)算，車(chē)輛荷載適用于局部承載力計(jì)算，且規(guī)定車(chē)道荷載與車(chē)輛荷載的作用不得疊加。

4.2 人群荷載模型

美國(guó)規(guī)范規(guī)定所有寬度大于600 mm的人行道應(yīng)該施加3.6×10-3 MPa的人群荷載，且應(yīng)同時(shí)考慮汽車(chē)設(shè)計(jì)活載，專(zhuān)供行人和自行車(chē)交通使用的橋梁，應(yīng)該按照活載4.1×10-3MPa進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)需要考慮橋梁維修車(chē)輛的活荷載（不計(jì)沖擊）。

我國(guó)橋梁規(guī)范規(guī)定當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑不大于50 m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.0 kN/m2;當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑大于或等于150 m時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5 kN/m2;計(jì)算跨徑介于50～150 m之間時(shí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值采用線性插值獲得，對(duì)于跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu)，以最大計(jì)算跨徑為準(zhǔn)。城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)的公路橋梁，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值取上述規(guī)定值的1.15倍，專(zhuān)用人行橋梁人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5 kN/m2。

5樁基承載力

中美規(guī)范在樁基承載力確認(rèn)上存在諸多共識(shí)，如樁基礎(chǔ)的承載力均由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力組成。但樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算有所區(qū)別，主要在于樁土之間摩擦力和樁端阻力取值。在確定樁側(cè)摩阻力和樁端阻力上，中美規(guī)范中采用的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式存在較大差異。

5.1 樁基靜載荷試驗(yàn)確定樁基承載力

靜載荷試驗(yàn)是確定樁基承載力最可靠的試驗(yàn)方法，中美規(guī)范都選擇靜載試驗(yàn)，這是確定樁基承載力的直接方法，同時(shí)也是對(duì)樁基設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。

中國(guó)規(guī)范通過(guò)樁基靜載荷試驗(yàn)確定承載力，當(dāng)樁基靜載試驗(yàn)出現(xiàn)破壞（極限）狀態(tài)時(shí)，則以前一級(jí)施加荷載作為最大承載力，破壞狀態(tài)則可以通過(guò)繪制[Q-s]曲線、[s-lgt]曲線來(lái)確定;當(dāng)不存在明顯破壞狀態(tài)時(shí)，按規(guī)定的5%樁徑沉降量對(duì)應(yīng)的荷載作為極限荷載。

美國(guó)AASHTO規(guī)范規(guī)定：①樁徑為61cm（24in）及以下的樁承載力按 Davisson方法確定。②樁徑為910 mm（36 in）及以上的樁承載力。計(jì)算公式為[sf=QL/AE+D/30]。式中，[sf]為樁基沉降量，[Q]為荷載，[L]為樁長(zhǎng)，[A]為樁截面面積，[E]為樁體壓縮彈性模量，[D]為樁徑;③直徑為61～910 mm，極限承載力在兩者之間按線性插值得到。不論樁直徑大小，美國(guó)AASHTO規(guī)范都要通過(guò)樁的彈性變形模量確定樁的極限承載力。

5.2 靜力觸探試驗(yàn)（CPT）確定樁基承載力

靜力觸探試驗(yàn)適用于各類(lèi)土體，其運(yùn)用最為廣泛，對(duì)土體的測(cè)試研究?jī)?nèi)容更為全面、詳細(xì)。在各國(guó)規(guī)范中，靜力觸探試驗(yàn)在樁基設(shè)計(jì)方面都有重要作用，都為通過(guò)靜力觸探試驗(yàn)建立樁端阻力和樁側(cè)摩阻力與樁基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式。靜力觸探試驗(yàn)分為單橋和雙橋靜力觸探，目前應(yīng)用比較廣泛的是雙橋靜力觸探試驗(yàn)，能夠提供樁端阻力和樁側(cè)摩阻力。

中國(guó)的樁基承載力根據(jù)樁端巖質(zhì)的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值可分為嵌巖樁和摩擦樁[5]，但均由樁端阻力和樁側(cè)摩阻力組成，樁基承載力經(jīng)驗(yàn)公式分別為

嵌巖樁：

[Ra=c1Apfrk+ui=1mc2ihifrki+12ζsui=1mliqik]

摩擦樁：[Ra=12ui=1nqikli+Apqr]，

其中[qr=moλfao+k2γ2h-3]

式中， [c1]為樁底端阻發(fā)揮系數(shù);[Ap]為樁端截面面積;[frk]為樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;[c2i]為第[i]層巖層側(cè)阻發(fā)揮系數(shù);[ζs]為覆蓋土層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù);[λ]為樁長(zhǎng)細(xì)比修正系數(shù);[frki]為第i層的[frk];[u]為樁身周長(zhǎng);[hi]為樁嵌入各巖層部分的厚度;[li]為土層厚度;[qik]為[li]對(duì)應(yīng)的各土層與樁側(cè)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;[qr]修正后的樁端土承載力特征值;[mo]為樁底清底系數(shù); [fao]樁端土的承載力特征值，[k2]承載力特征值的深度修正系數(shù);[γ2]樁端以上各土層的加權(quán)平均重度;[h]為基礎(chǔ)埋置深度。

美國(guó)AASHTO規(guī)范樁基礎(chǔ)直接由樁端阻力和樁側(cè)摩阻力組成，其樁周摩阻力經(jīng)驗(yàn)公式如下：

[Rs=Ks，ci=1N1Li8Difsiasihi+i=1N2fsiasihi]

式中，[Ks，c]為砂性土和黏性土的折減系數(shù);[Ks]為砂性土，[Kc]為黏性土;[fsi]為側(cè)壁摩阻力;[asi]為周長(zhǎng);[h]為土層厚度;[Li]為土層所在深度;[Di]為樁直徑。

按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，在深度小于8倍樁徑的地層，需要進(jìn)行一定的折減，折減系數(shù)為土層所在深度與8倍樁徑的比值。樁端阻力與中國(guó)計(jì)算公式基本相同。

5.3 樁基長(zhǎng)度取值

由于AASHTO規(guī)范中荷載組合考慮了極端事件狀態(tài)Ⅰ荷載組合下的地震作用，因此巴基斯坦工程界采取兩種控制選取樁基長(zhǎng)度。①通過(guò)地震作用力下的極端事件狀態(tài)Ⅰ荷載組合與利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的單樁承載力容許值比較確定樁長(zhǎng);②不考慮地震作用下的標(biāo)準(zhǔn)組合與利用公式計(jì)算的單樁承載力容許值比較確定樁長(zhǎng)，最終取兩者中較大值作為樁長(zhǎng)。同時(shí)，荷載組合值須除以群樁折減系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)值放大。群樁承載能力折減系數(shù)見(jiàn)表4。

6橋梁抗震設(shè)計(jì)

中巴美3國(guó)均利用基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

中國(guó)橋梁抗震規(guī)范根據(jù)不同設(shè)防目標(biāo)的程度對(duì)橋梁進(jìn)行了A、B、C和D類(lèi)設(shè)防類(lèi)別[6]，分別進(jìn)行E1和E2兩階段水準(zhǔn)設(shè)計(jì)，見(jiàn)表5。在E1水平地震作用下，結(jié)構(gòu)在工作在彈性范圍內(nèi)，基本不損傷;在E2水平地震作用下，延性構(gòu)件可發(fā)生損傷，產(chǎn)生彈塑性變形，但延性構(gòu)件的塑性鉸區(qū)域應(yīng)具有足夠的塑性變形能力。A、B和C類(lèi)須進(jìn)行E1和E2作用下的抗震設(shè)計(jì)，D類(lèi)只進(jìn)行E1地震作用下的抗震設(shè)計(jì)，位于地震烈度6度地區(qū)的B、C和D類(lèi)橋梁只進(jìn)行抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)。荷載效應(yīng)組合為永久作用+地震作用效應(yīng)，地震作用與偶然作用不同時(shí)參與組合。當(dāng)采用加速度反應(yīng)譜計(jì)算時(shí)，振型階數(shù)在計(jì)算方向給出的有效振型參與質(zhì)量不應(yīng)低于該方向結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%;當(dāng)采用3組地震加速度時(shí)程波時(shí)，應(yīng)取各組計(jì)算結(jié)果的最大值;當(dāng)采用7組及以上地震加速度時(shí)程波計(jì)算時(shí)，可取結(jié)果的平均值。同時(shí)，規(guī)定在E1地震作用下時(shí)程分析的計(jì)算結(jié)果不應(yīng)小于反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的80%。E1地震作用為50 a內(nèi)超越概率為10%的地震烈度（設(shè)防地震，地震動(dòng)加速度的重現(xiàn)期為475 a），E2地震作用為50 a內(nèi)超越概率為2%的地震烈度（罕遇地震，地震動(dòng)加速度的重現(xiàn)期為2 475 a）。

巴基斯坦沿用類(lèi)似美國(guó)的地震區(qū)劃分，根據(jù)地震危險(xiǎn)性的統(tǒng)一風(fēng)險(xiǎn)模型對(duì)全國(guó)進(jìn)行地震區(qū)劃分，以75 a內(nèi)7%超越概率為標(biāo)準(zhǔn)制定（地震動(dòng)加速度的重現(xiàn)期為1 000 a）。區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。地震力的效應(yīng)不再分2個(gè)階段水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)，而是按照縱橫向地震作用效應(yīng)最不利組合的一階段水準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，即取100%縱橋向水平地震作用效應(yīng)與30%橫橋向水平地震作用效應(yīng)和30%縱橋向水平地震作用效應(yīng)與100%橫橋向水平地震作用效應(yīng)兩種工況下最不利組合進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析控制計(jì)算。計(jì)算方法與我國(guó)E1水準(zhǔn)接近，在計(jì)算地震效應(yīng)時(shí)，地震動(dòng)加速度的重現(xiàn)期為1 000 a，同時(shí)對(duì)正交于一個(gè)方向的地震效應(yīng)進(jìn)行了約1/3的折減。

7 橋梁運(yùn)營(yíng)維護(hù)

根據(jù)JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》，中國(guó)公路橋涵檢查分3類(lèi)。

（1）經(jīng)常性檢查。一般每月不少于1次，對(duì)人員資質(zhì)沒(méi)有要求。主要采用目測(cè)方法配以簡(jiǎn)單工具測(cè)量。通過(guò)填寫(xiě)“橋梁經(jīng)常性檢查記錄表”記錄所檢查項(xiàng)目的缺損情況，并提出小修保養(yǎng)措施。

（2）定期檢查。根據(jù)橋梁技術(shù)狀況確定，一般不超過(guò)3 a。在經(jīng)常檢查中發(fā)現(xiàn)重要部件的缺陷明顯達(dá)到3，4，5類(lèi)時(shí)，應(yīng)立即安排1次定期檢查。定期檢查以目測(cè)觀測(cè)結(jié)合儀器觀測(cè)進(jìn)行，必須接近各部件仔細(xì)檢查其缺損情況。

（3）特殊檢查。應(yīng)委托有相應(yīng)資質(zhì)和能力的單位承擔(dān)。應(yīng)根據(jù)橋梁的缺損狀況和性質(zhì)，采用儀器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、荷載試驗(yàn)及其他輔助試驗(yàn)。針對(duì)橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行檢算分析，形成橋梁結(jié)構(gòu)材料缺損情況、橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和橋梁防災(zāi)能力3方面的鑒定結(jié)論。

美國(guó)橋梁檢查以“國(guó)家橋梁檢測(cè)計(jì)劃”（National Bridge Inspection Plans）為中心，不斷從大型橋梁損毀倒塌事故中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，豐富檢測(cè)手冊(cè)和指南，共分以下5類(lèi)。

（1）初始檢查。橋梁竣工后的第一次檢查。橋梁構(gòu)造發(fā)生改變（改建或加固后）或權(quán)屬發(fā)生變更后的第一次檢查也屬于第一次檢查。初始檢查的主要目的是收集和提供政府部門(mén)要求的結(jié)構(gòu)調(diào)查和評(píng)估資料，并對(duì)橋梁初始狀態(tài)及病害情況進(jìn)行記錄。

（2）常規(guī)檢查。檢查周期一般不超過(guò)2 a，其目的是確保結(jié)構(gòu)物能夠滿足現(xiàn)有的服務(wù)要求，必須滿足行業(yè)要求的檢測(cè)頻率、數(shù)據(jù)更新以及人員資質(zhì)。不要求開(kāi)展近距離接觸式檢查。

（3）損害檢查。一種不定期檢查，主要針對(duì)人為或環(huán)境影響導(dǎo)致的橋梁損害進(jìn)行檢查，檢查范圍根據(jù)損害范圍確定，如果發(fā)生重大損害，需要進(jìn)行必要的計(jì)算，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行斷裂評(píng)估，通過(guò)損害評(píng)估結(jié)果來(lái)確定緊急限載的程度。

（4）深入檢查。根據(jù)初始檢查結(jié)果決定是否開(kāi)展深入檢查。要求對(duì)構(gòu)件進(jìn)行近距離接觸檢查，同時(shí)包括使用無(wú)損檢測(cè)手段以及其他材料試驗(yàn)手段，有可能需要通過(guò)荷載試驗(yàn)來(lái)確定橋梁承載力。

（5）特殊檢查。根據(jù)業(yè)主要求開(kāi)展的檢查，針對(duì)已知或存疑的特定缺陷開(kāi)展特殊檢查，如可能的斷裂構(gòu)件、地基沉降或沖刷、構(gòu)件損傷等情況。需要對(duì)已有病害進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)，同時(shí)檢查人員需要具備相應(yīng)資質(zhì)，特殊檢查的周期為2 a/次，也可以根據(jù)檢查確定具體的檢查頻率。

8結(jié) 語(yǔ)

以巴基斯坦卡洛特水電站工程中的橋梁為工程背景，從建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)選取、材料選用、橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)荷載、樁基設(shè)計(jì)、橋梁抗震設(shè)計(jì)和橋梁運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面介紹了在巴基斯坦橋梁設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。該經(jīng)驗(yàn)可為實(shí)施中國(guó)橋梁標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)和中國(guó)橋梁智慧“走出去”戰(zhàn)略提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[6] JTG/T B02-1-2008 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

（編輯：李 慧）

Comparative analysis of Chinese， American and Pakistani standard and regulations in bridge design： case of Karot Hydropower Station in Pakistan

ZHAO Yinru， YOU Ling， ZHOU Tao

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

Abstract： In the design of oversea hydropower projects， it is necessary to study the similarities and differences of the standards and regulations of China and other countries in all technological stages， so as to better master and apply the technological standard and regulations of other countries. Taking the reconstruction bridges in downstream of Karot Dam and in its impoundment area as example， the similarities and differences between Pakistan and China in the bridge design was analyzed in terms of the selection of bridge design specifications， vehicular load and materials， load combinations， bearing capacity of pile foundation and seismic design etc.. Chinese Standard was adopted in the design of the bridges within the project construction area， and the bridges outside the construction area were designed by following the American Standard（AASHTO LRFD 2012） and Pakistani Standard（1967） according to the most unfavorable combination condition.

Keywords： ?bridge design; American standard; Chinese standard; Pakistani standard; comparative analysis ; Karot Hydropower Station; Pakistan