基于巴基斯坦東灣快速路特殊條件下的橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題分析

陳珂 湯耀

摘?要：近年來，國(guó)內(nèi)外橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)日趨成熟，面臨各種特殊的復(fù)雜環(huán)境條件，需要對(duì)應(yīng)有特殊的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來滿足橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)適用和耐久性要求。本文以巴基斯坦東灣快速路項(xiàng)目中橋梁所處特殊環(huán)境條件下的設(shè)計(jì)為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式，荷載組合（考慮抗震工況），樁基容許承載力（考慮砂土液化），防腐措施和設(shè)計(jì)風(fēng)格等幾個(gè)特殊關(guān)鍵問題進(jìn)行闡述，為以后國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目相類似環(huán)境下的設(shè)計(jì)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)原則;復(fù)雜環(huán)境

1 工程背景

巴基斯坦東灣快速路項(xiàng)目起點(diǎn)位于新建的瓜達(dá)爾港進(jìn)港道路，向北沿東灣海灘前行后轉(zhuǎn)向內(nèi)陸與現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)路平行，終點(diǎn)與已經(jīng)建成的濱海高速路連接，項(xiàng)目全長(zhǎng)約18.9公里。項(xiàng)目分為近海部分和陸地段，橋位緊鄰受潮汐影響的東灣海灘，附近大部分路段存在軟土地基及可能液化的地基。項(xiàng)目處于高烈度地震區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度為0.24-0.32g，橋梁設(shè)計(jì)以國(guó)內(nèi)道路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范為主，巴基斯坦規(guī)范為輔的方式進(jìn)行。

2 橋梁結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算模型

本項(xiàng)目橋梁為1×30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支I梁橋，全長(zhǎng)37m，橋?qū)?×15.75m（分左右幅）。上部結(jié)構(gòu)共16片I梁，梁間距1.95m，梁高1.8m。下部結(jié)構(gòu)由臺(tái)帽，70cm厚扶壁式前墻，扶壁臺(tái)身，承臺(tái)和直徑1.5m鉆孔灌注樁（摩擦樁）組成，橋梁主要供當(dāng)?shù)貪O民通航用。由于受到通航凈寬限制，采用此扶壁橋臺(tái)形式，一方面能夠減少地震力作用，一方面又能夠利用自身的前墻的擋土功能，避免臺(tái)前溜坡，提高通航寬度。

此橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算采用midas2010進(jìn)行建模分析，共建立節(jié)點(diǎn)628個(gè)，單元842個(gè)，其3D有限元計(jì)算模型如下所示：

3?荷載組合

3.1 承載能力極限狀態(tài)組合

組合1：1.2×恒荷載 +1.4×土壓力+1.8×（國(guó)標(biāo)車輛荷載+巴基斯坦規(guī)范規(guī)定的坦克荷載）+0.75×1.4×制動(dòng)力。

3.2 正常使用極限狀態(tài)組合

組合2：1.0×恒荷載 +1.0×土壓力+0.7×國(guó)標(biāo)車輛荷載+1.0×（制動(dòng)力+巴基斯坦規(guī)范規(guī)定的坦克荷載）。

組合3：1.0×恒荷載 +1.0×土壓力+1.0×巴基斯坦規(guī)范規(guī)定的坦克荷載。

組合4：1.0×恒荷載 +1.0×土壓力+0.4×國(guó)標(biāo)車輛荷載+1.0×（制動(dòng)力+巴基斯坦規(guī)范規(guī)定的坦克荷載）。

3.3 地震荷載參與的承載能力極限狀態(tài)組合

組合5：1.0×恒荷載 +1.0×（土壓力+地震水平力作用荷載。

與國(guó)內(nèi)許多橋梁設(shè)計(jì)不同的是本橋設(shè)計(jì)加入了巴基斯坦規(guī)范規(guī)定的坦克荷載。此規(guī)范為《巴基斯坦高速公路橋梁規(guī)范》。規(guī)范規(guī)定此荷載由70噸重量的坦克加載到橋梁結(jié)構(gòu)上，連續(xù)兩個(gè)車輛之間的間距不應(yīng)小于300英尺，且當(dāng)橋梁上有該類型車輛通過時(shí)，其它車輛類型產(chǎn)生的活荷載不再作用于橋上。巴基斯坦坦克荷載圖示如下所示：

4?樁基容許承載力（考慮砂土液化）

橋位處的樁基容許承載力采用國(guó)內(nèi)公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行樁基計(jì)算，所用樁基容許承載力計(jì)算公式如下所示：

上述公式中Ra就是本橋設(shè)計(jì)的樁基容許承載力，其它參數(shù)值可由國(guó)內(nèi)相關(guān)路橋設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)合本項(xiàng)目橋位處的地勘報(bào)告得到，在這里不作詳細(xì)闡述。本項(xiàng)目橋位處的鉆孔柱狀圖如下所示：

由于本項(xiàng)目橋位處地質(zhì)以粉質(zhì)黏土，砂土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖為主，且橋梁處于強(qiáng)震區(qū)域，考慮到地震作用下粉土或砂土容易發(fā)生突然破壞而使其從固態(tài)變化成液態(tài)，致使其喪失摩阻力，因此本橋樁基的計(jì)算安全系數(shù)取的較高（1.5的安全系數(shù)），這樣即使出現(xiàn)砂土液化現(xiàn)象，也能保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

根據(jù)柱狀圖和相關(guān)參數(shù)計(jì)算，初步擬定樁長(zhǎng)為39m，得到樁基容許承載力為7950KN。通過對(duì)該橋的有限元模型計(jì)算，得出在上述不同的荷載工況下傳到樁頂?shù)暮奢d，取其最不利值，為5300KN。樁基容許承載力小于等于1.5倍的實(shí)際樁頂荷載，因此此樁長(zhǎng)能滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

5?防腐措施

由于本項(xiàng)目橋梁處于海洋環(huán)境，氯鹽對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用明顯。干濕循環(huán)作用對(duì)混凝土的耐久性能具有強(qiáng)烈的破壞作用，特別是在浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)。因此本項(xiàng)目橋梁設(shè)計(jì)需要考慮一些防腐措施來提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

參照公路工程和海港工程相關(guān)防腐蝕技術(shù)規(guī)范，對(duì)本項(xiàng)目橋梁的混凝土等級(jí)和最小保護(hù)層厚度做了一些規(guī)定，并在結(jié)構(gòu)外表面涂覆硅烷和滲鋼筋阻銹劑。橋梁關(guān)鍵部位的信息如下表所示：

一般涂覆硅烷前，應(yīng)針對(duì)性的對(duì)使用結(jié)構(gòu)部位的混凝土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，從而確定出硅烷的涂覆量，最佳的涂覆時(shí)間和養(yǎng)護(hù)條件等參數(shù)，并檢測(cè)吸水率、硅烷浸漬深度和氯化物吸收量的降低效果等技術(shù)指標(biāo)。如果測(cè)試的結(jié)果符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，方可使用。具體使用事項(xiàng)可參考海港工程相關(guān)防腐規(guī)范進(jìn)行。

鋼筋阻銹劑宜選用與混凝土適應(yīng)性好且安全的復(fù)合氨基醇類阻銹劑，其摻量也應(yīng)該根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行確定。

6 設(shè)計(jì)風(fēng)格

針對(duì)巴基斯坦當(dāng)?shù)匦纬傻墓逃械脑O(shè)計(jì)理念，其設(shè)計(jì)圖紙風(fēng)格也和國(guó)內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì)有區(qū)別。國(guó)內(nèi)的橋梁構(gòu)造圖，每個(gè)部位都是單獨(dú)給出各自的尺寸，而當(dāng)?shù)氐膱D紙是把每個(gè)部位的構(gòu)造信息都畫在一張放大比例的圖上，這樣不同部位之間的相對(duì)位置關(guān)系就展現(xiàn)的更明顯。

在鋼筋圖上，國(guó)內(nèi)通常采用a×b（a表示鋼筋數(shù)量，b表示鋼筋間距）的鋼筋表達(dá)方式，后面以鋼筋大樣和鋼筋數(shù)量表的形式給出。而當(dāng)?shù)劁摻町嫹ū磉_(dá)方法為：a-b-@-c-c/c-d，其中a表示鋼筋個(gè)數(shù)，b表示鋼筋直徑，c表示鋼筋間距，d表示鋼筋類型。圖中每個(gè)鋼筋都要標(biāo)示出這些數(shù)字來反映出鋼筋直徑，間距等信息。每張鋼筋圖都放大比例，鋼筋布置細(xì)節(jié)（包括搭接信息）全部在斷面圖中表示出來。

當(dāng)?shù)剡@種圖紙畫法被稱為Shop Drawing，雖然圖紙信息量展現(xiàn)很豐富，但畫起來比國(guó)內(nèi)的圖要繁瑣許多，每張圖上反映的信息量較大，且一旦后期設(shè)計(jì)參數(shù)有變動(dòng)，每個(gè)相關(guān)的標(biāo)示數(shù)據(jù)都全部需要一一進(jìn)行修改，這樣難免造成人力和時(shí)間的浪費(fèi)。在各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都能正確表達(dá)的前提下，應(yīng)盡量采取最簡(jiǎn)便最有效的方式進(jìn)行表達(dá)。

7 結(jié)語(yǔ)

本文以巴基斯坦東灣快速路項(xiàng)目的橋梁設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)介紹了在當(dāng)?shù)靥厥猸h(huán)境條件下，橋梁設(shè)計(jì)存在的幾點(diǎn)關(guān)鍵問題。從上面的介紹可以看出當(dāng)?shù)貥蛄涸O(shè)計(jì)的理念和標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)的有些區(qū)別，特別是其采用的活荷載標(biāo)準(zhǔn)和圖紙畫法風(fēng)格與國(guó)內(nèi)的差異較大。隨著海外工程項(xiàng)目的日益增多，建議以后在同一海外工程項(xiàng)目上，橋梁設(shè)計(jì)能采用一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這樣的話設(shè)計(jì)成果更容易被認(rèn)可，工程項(xiàng)目運(yùn)作起來也會(huì)更順利。

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作者簡(jiǎn)介：陳珂，男，1986年12月24日，漢族，碩士研究生，路橋工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。