基于巴基斯坦東灣快速路特殊條件下的橋梁設計關鍵問題分析

陳珂 湯耀

摘?要：近年來，國內外橋梁設計技術日趨成熟，面臨各種特殊的復雜環境條件，需要對應有特殊的設計理念和設計標準來滿足橋梁結構的經濟適用和耐久性要求。本文以巴基斯坦東灣快速路項目中橋梁所處特殊環境條件下的設計為例，對其結構形式，荷載組合（考慮抗震工況），樁基容許承載力（考慮砂土液化），防腐措施和設計風格等幾個特殊關鍵問題進行闡述，為以后國內外項目相類似環境下的設計工作提供參考。

關鍵詞：橋梁設計;設計原則;復雜環境

1 工程背景

巴基斯坦東灣快速路項目起點位于新建的瓜達爾港進港道路，向北沿東灣海灘前行后轉向內陸與現有機場路平行，終點與已經建成的濱海高速路連接，項目全長約18.9公里。項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。項目處于高烈度地震區，地震動峰值加速度為0.24-0.32g，橋梁設計以國內道路橋梁設計規范為主，巴基斯坦規范為輔的方式進行。

2 橋梁結構形式和計算模型

本項目橋梁為1×30m預應力混凝土簡支I梁橋，全長37m，橋寬2×15.75m（分左右幅）。上部結構共16片I梁，梁間距1.95m，梁高1.8m。下部結構由臺帽，70cm厚扶壁式前墻，扶壁臺身，承臺和直徑1.5m鉆孔灌注樁（摩擦樁）組成，橋梁主要供當地漁民通航用。由于受到通航凈寬限制，采用此扶壁橋臺形式，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，避免臺前溜坡，提高通航寬度。

此橋梁設計計算采用midas2010進行建模分析，共建立節點628個，單元842個，其3D有限元計算模型如下所示：

3?荷載組合

3.1 承載能力極限狀態組合

組合1：1.2×恒荷載 +1.4×土壓力+1.8×（國標車輛荷載+巴基斯坦規范規定的坦克荷載）+0.75×1.4×制動力。

3.2 正常使用極限狀態組合

組合2：1.0×恒荷載 +1.0×土壓力+0.7×國標車輛荷載+1.0×（制動力+巴基斯坦規范規定的坦克荷載）。

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

組合4：1.0×恒荷載 +1.0×土壓力+0.4×國標車輛荷載+1.0×（制動力+巴基斯坦規范規定的坦克荷載）。

3.3 地震荷載參與的承載能力極限狀態組合

組合5：1.0×恒荷載 +1.0×（土壓力+地震水平力作用荷載。

與國內許多橋梁設計不同的是本橋設計加入了巴基斯坦規范規定的坦克荷載。此規范為《巴基斯坦高速公路橋梁規范》。規范規定此荷載由70噸重量的坦克加載到橋梁結構上，連續兩個車輛之間的間距不應小于300英尺，且當橋梁上有該類型車輛通過時，其它車輛類型產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內公路橋涵設計規范進行樁基計算，所用樁基容許承載力計算公式如下所示：

上述公式中Ra就是本橋設計的樁基容許承載力，其它參數值可由國內相關路橋設計規范結合本項目橋位處的地勘報告得到，在這里不作詳細闡述。本項目橋位處的鉆孔柱狀圖如下所示：

由于本項目橋位處地質以粉質黏土，砂土和強風化泥巖為主，且橋梁處于強震區域，考慮到地震作用下粉土或砂土容易發生突然破壞而使其從固態變化成液態，致使其喪失摩阻力，因此本橋樁基的計算安全系數取的較高（1.5的安全系數），這樣即使出現砂土液化現象，也能保證橋梁結構的安全。

根據柱狀圖和相關參數計算，初步擬定樁長為39m，得到樁基容許承載力為7950KN。通過對該橋的有限元模型計算，得出在上述不同的荷載工況下傳到樁頂的荷載，取其最不利值，為5300KN。樁基容許承載力小于等于1.5倍的實際樁頂荷載，因此此樁長能滿足結構受力要求。

5?防腐措施

由于本項目橋梁處于海洋環境，氯鹽對鋼筋混凝土結構的侵蝕作用明顯。干濕循環作用對混凝土的耐久性能具有強烈的破壞作用，特別是在浪濺區和水位變動區。因此本項目橋梁設計需要考慮一些防腐措施來提高結構的耐久性。

參照公路工程和海港工程相關防腐蝕技術規范，對本項目橋梁的混凝土等級和最小保護層厚度做了一些規定，并在結構外表面涂覆硅烷和滲鋼筋阻銹劑。橋梁關鍵部位的信息如下表所示：

一般涂覆硅烷前，應針對性的對使用結構部位的混凝土進行現場模擬試驗，從而確定出硅烷的涂覆量，最佳的涂覆時間和養護條件等參數，并檢測吸水率、硅烷浸漬深度和氯化物吸收量的降低效果等技術指標。如果測試的結果符合規定的標準時，方可使用。具體使用事項可參考海港工程相關防腐規范進行。

鋼筋阻銹劑宜選用與混凝土適應性好且安全的復合氨基醇類阻銹劑，其摻量也應該根據試驗進行確定。

6 設計風格

針對巴基斯坦當地形成的固有的設計理念，其設計圖紙風格也和國內的橋梁設計有區別。國內的橋梁構造圖，每個部位都是單獨給出各自的尺寸，而當地的圖紙是把每個部位的構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位置關系就展現的更明顯。

在鋼筋圖上，國內通常采用a×b（a表示鋼筋數量，b表示鋼筋間距）的鋼筋表達方式，后面以鋼筋大樣和鋼筋數量表的形式給出。而當地鋼筋畫法表達方法為：a-b-@-c-c/c-d，其中a表示鋼筋個數，b表示鋼筋直徑，c表示鋼筋間距，d表示鋼筋類型。圖中每個鋼筋都要標示出這些數字來反映出鋼筋直徑，間距等信息。每張鋼筋圖都放大比例，鋼筋布置細節（包括搭接信息）全部在斷面圖中表示出來。

當地這種圖紙畫法被稱為Shop Drawing，雖然圖紙信息量展現很豐富，但畫起來比國內的圖要繁瑣許多，每張圖上反映的信息量較大，且一旦后期設計參數有變動，每個相關的標示數據都全部需要一一進行修改，這樣難免造成人力和時間的浪費。在各項設計參數都能正確表達的前提下，應盡量采取最簡便最有效的方式進行表達。

7 結語

本文以巴基斯坦東灣快速路項目的橋梁設計為例，系統介紹了在當地特殊環境條件下，橋梁設計存在的幾點關鍵問題。從上面的介紹可以看出當地橋梁設計的理念和標準和國內的有些區別，特別是其采用的活荷載標準和圖紙畫法風格與國內的差異較大。隨著海外工程項目的日益增多，建議以后在同一海外工程項目上，橋梁設計能采用一個統一的設計標準，這樣的話設計成果更容易被認可，工程項目運作起來也會更順利。

參考文獻：

[1] 張春華.中巴預應力混凝土橋梁上部構造設計異同分析[J].中外公路，2018（2）：148-155

[2] 趙燕.道路橋梁設計中的常見隱患及處理辦法[J].中國新技術新產品，2018（22）：21

[3] 任學彬.市政橋梁樁基設計要點分析[J].城鎮建設，2019（12）：94

[4]Abdul Hanan Mughal，Bridge over Railway Design Report[R].2015.

[5] 許誠.橋梁設計要點研究[J].交通世界，2019（10）：112-113

作者簡介：陳珂，男，1986年12月24日，漢族，碩士研究生，路橋工程師，從事橋梁設計工作。