周濤 趙胤儒 李世平

摘要：巴基斯坦卡洛特復建大橋作為卡洛特水電站過壩交通關鍵節(jié)點工程，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。通過研究該橋的連續(xù)剛構設計方案、結構計算、施工方法及控制措施，設計該橋為三跨預應力混凝土變截面連續(xù)剛構，跨徑組成為（85+150+85）m，橋梁設計總長為330 m;采用美國AASHTO規(guī)范及巴基斯坦國家規(guī)范設計，箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工。該成果可為同類橋梁設計與施工提供參考。

關鍵詞：連續(xù)剛構橋;結構設計;AASHTO規(guī)范;高烈度;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：U442.5文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.013

文章編號：1006 - 0081（2021）11 - 0057 - 04

隨著中國“一帶一路”倡議的逐步推進，一大批具有國際影響力的項目在異國他鄉(xiāng)落地、實施，其中不乏橋梁工程。國內企業(yè)在參與國際項目設計、施工過程中普遍遇到了設計規(guī)范、驗收標準與國內項目差異較大的問題。巴基斯坦卡洛特復建大橋采用美國AASHTO規(guī)范和巴基斯坦國家規(guī)范設計，取得了地方管理部門的認可，項目得以順利實施。該成果對類似橋梁的設計、施工具有較好的借鑒意義。

1 項目概述

1.1 工程概況

卡洛特復建大橋位于巴基斯坦旁遮普省境內原卡洛特大橋下游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，橋梁設計總長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?shù)爻鲂械慕煌l件。

1.2 水文及地質條件

卡洛特復建大橋橋址100 a一遇的洪水流量為14 700 m3/s，對應的設計洪水位為412.40 m，平均設計流速為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、細砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖，強風化帶厚度不大于3.5 m，弱風帶厚度一般為3.5～15.5 m，弱風化帶底板埋深一般為15～20 m。

1.3 設計規(guī)范選用

國內橋梁設計規(guī)范經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不斷完善，形成了整套設計體系。按持久狀況、短暫狀況、偶然狀況、地震狀況4種設計狀況進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。

美國橋梁設計規(guī)范基于荷載與抗力系數(shù)設計法，采用荷載系數(shù)與抗力系數(shù)設計原理。結構設計中將結構靜力和動力計算內容進行了統(tǒng)一表達。

巴基斯坦橋梁設計標準相對簡單，主要規(guī)定了荷載等級、計算要求等基本內容，需結合美國規(guī)范進行設計。

卡洛特復建大橋作為“一帶一路”示范項目卡洛特水電站的重要交通設施，最初以中國規(guī)范為標準進行設計，后期經(jīng)與各級地方交通主管部門多輪對接、溝通，為便于運營、養(yǎng)護管理，最后采用了美國AASHTO橋梁設計規(guī)范。

1.4技術標準

（1）道路等級。三級公路，雙向兩車道。

（2）設計行車速度為30 km/h。

（3）設計荷載等級 。汽車荷載1：HL-93（《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》）[1];汽車荷載2：“A”級 （《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%的基巖地震動峰值加速度為0.26 g。

2 連續(xù)剛構設計

2.1 總體布置

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

大橋橋型設計為三跨預應力混凝土變截面連續(xù)剛構，跨徑組成為（85+150+85）m，橋梁設計總長為330 m。大橋橋面中心高程為481.152 m，左右岸起、終點高程分別為480.657，481.647? m。橋型立面圖見圖1。

2.2 主梁結構設計

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個邊跨各通過2個7 000 kN的減振鋼支座支承于橋臺上。主梁與橋臺間設置伸縮量為240 mm的伸縮縫。

（2）梁高。1，2號墩頂處梁高為9.0 m，為主跨長度的1/16.67;跨中和邊跨端部梁高3.5 m，為主跨長度的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，頂板設置2.0%雙向橫坡，箱梁兩側懸臂板長度均為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，截面轉角處均設倒角過渡。橫隔板僅在梁端支座處設置，厚1.8 m。箱梁混凝土標號為Grade C6000[3]。

2.2.2 箱梁分段及施工順序

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

0號梁段采用在墩旁托架上現(xiàn)澆施工，1～17號節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑，兩邊跨的8.85 m梁段（19號）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)施工進度和結構受力條件，先合攏邊跨，后合攏中跨[4]。

2.2.3 后張法預應力體系

箱梁采用縱、豎雙向預應力結構設計，其中縱向預應力束按全預應力理論進行設計?？v向預應力采用高強度低松弛鋼絞線（抗拉強度fpu =1 860 MPa，彈性模量Ep =1.95×105? ?MPa），預應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力為標準強度的75%。豎向預應力材料采用#10高強精軋螺紋粗鋼筋，采用鐵皮管制孔，軋絲錨具，單根錨下控制力為568 kN。縱向預應力束均采用兩端同時張拉，豎向預應力筋為單端張拉，并采用以張拉力控制為主、張拉力與伸長量同時控制的雙控制標準。

2.3 墩臺與基礎

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

1，2號橋墩承臺頂面標高分別為414.277 m和409.827 m，承臺高4.0 m，其平面尺寸為13.7 m×13.2 m;各承臺均下連6根?2.2 m的鉆孔灌注樁，樁長分別為30 m和40 m。承臺混凝土標號為Grade C4500，樁基混凝土標號為Grade C3500。

橋臺采用重力式橋臺，擴大基礎及樁基礎。

3 結構計算分析

3.1 靜力計算分析

大橋采用MIDAS/Civil 2015進行計算。該程序全面模擬了大橋基礎、下部結構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個單元，203個節(jié)點，設置了14個臨時和永久邊界支承，考慮了94個施工階段及3 650 d混凝土收縮徐變影響。大橋計算模型見圖2。

大橋按AASHTO規(guī)范和巴基斯坦國家規(guī)范進行了驗算，所得主要荷載承載能力驗算結果見表1。

3.2 抗震計算分析

大橋處工程場址區(qū)50 a超越概率10%的地震動峰值加速度為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程序進行計算，樁基礎土彈簧剛度采用m法進行計算模擬，橋墩及主梁混凝土容重均按ASTM標準取值，橋面鋪裝以附加質量考慮。

抗震驗算按AASHTO規(guī)范進行，主梁與橋臺間設置減振球形鋼支座，主梁梁底設置抗震擋塊。

4 連續(xù)剛構施工

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號梁段及邊跨（19號）梁段為現(xiàn)澆施工，1～17號梁段采用掛籃懸臂澆筑施工。懸臂施工過程中嚴格控制外加荷載與偏載，懸臂兩端混凝土澆筑需同步進行，差值不能超過2 m3，混凝土澆筑過程中橋墩偏移量不能超過4 cm。

該橋共用2對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)場統(tǒng)計，每套掛籃7～10 d可完成1個懸臂節(jié)段施工。

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

4.2 預應力施工

預應力張拉在混凝土強度達到95%設計強度以上、彈性模量達到90%以上且滿足不小于7 d齡期要求后方可進行。在每一懸澆節(jié)段施工中，先張拉縱向預應力束，后張拉豎向預應力粗鋼筋?？v向預應力束按先長束、后短束，先邊束、后中束，對稱間隔分批張拉。預應力張拉后，孔道應盡早壓漿，壓漿的水泥漿等級為M50。

國內橋梁普遍要求混凝土強度達到90%即可張拉預應力，考慮到該項目特點，為控制主梁后期下擾，對混凝土強度的要求提高至95%。

4.3 下部結構施工

橋墩樁基礎及承臺采用筑島施工，橋臺旱地施工。墩臺樁基礎采用沖擊反循環(huán)鉆機施工，橋墩采用翻模施工。

5 成橋試驗

試驗中控制截面撓度、應變實測值均小于理論值，且最大相對殘余撓度15.15%、最大相對殘余應變9.68%，均小于規(guī)范規(guī)定的20%。結構自振頻率實測值與理論值對比見表2[5]。

沖擊系數(shù)實測值1.010～1.042，小于計算值1.050。成橋試驗各項結果表明，橋梁狀況良好，滿足設計及相關規(guī)范要求。

6 結 論

（1）高烈度地區(qū)橋梁抗震計算和設計是橋梁結構設計的關鍵，直接影響橋梁方案的成立，在項目設計過程中，特別是設計初期，需格外重視。

（2）良好的設計需要精細的施工來實現(xiàn)，施工過程中的設計跟蹤意義重大。通過跟蹤施工過程中掛籃重量、施工荷載、預應力孔道相關參數(shù)等，及時更新計算模型，調整了箱梁預拱度及預應力張拉控制應力。

（3）大橋采用美國AASHTO規(guī)范及巴基斯坦國家規(guī)范設計，設計及施工遵循了當?shù)亓晳T，可為類似橋梁工程提供參考。

參考文獻：

[1] American Association of State Highway and Transportation Officials. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications （Customary U.S. Units·2012） [S]. Washington， DC， 2012.

[2] Government Of West Pakistan Highway Department. Code of Practice Highway Bridges 1967 [S].

[3] 周濤，謝三鴻，張大勇. 三峽庫區(qū)建峰烏江大橋設計與施工[J]. 人民長江，2011，42（20）：28-30.

[4] 申宏波，閆海青，趙飛虹. 構皮灘烏江大橋設計與施工[J]. 貴州水力發(fā)電，2004，18（6）：49-52.

[5] 葛洲壩集團試驗檢測有限公司.卡洛特復建大橋橋梁荷載試驗檢測報告[R].宜昌：葛洲壩集團試驗檢測有限公司，2019.

（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