基于巴基斯坦东湾快速路特殊条件下的桥梁设计关键问题分析

陈珂 汤耀

摘 要：近年来，国内外桥梁设计技术日趋成熟，面临各种特殊的复杂环境条件，需要对应有特殊的设计理念和设计标准来满足桥梁结构的经济适用和耐久性要求。本文以巴基斯坦东湾快速路项目中桥梁所处特殊环境条件下的设计为例，对其结构形式，荷载组合（考虑抗震工况），桩基容许承载力（考虑砂土液化），防腐措施和设计风格等几个特殊关键问题进行阐述，为以后国内外项目相类似环境下的设计工作提供参考。

关键词：桥梁设计;设计原则;复杂环境

1 工程背景

巴基斯坦东湾快速路项目起点位于新建的瓜达尔港进港道路，向北沿东湾海滩前行后转向内陆与现有机场路平行，终点与已经建成的滨海高速路连接，项目全长约18.9公里。项目分为近海部分和陆地段，桥位紧邻受潮汐影响的东湾海滩，附近大部分路段存在软土地基及可能液化的地基。项目处于高烈度地震区，地震动峰值加速度为0.24-0.32g，桥梁设计以国内道路桥梁设计规范为主，巴基斯坦规范为辅的方式进行。

2 桥梁结构形式和计算模型

本项目桥梁为1×30m预应力混凝土简支I梁桥，全长37m，桥宽2×15.75m（分左右幅）。上部结构共16片I梁，梁间距1.95m，梁高1.8m。下部结构由台帽，70cm厚扶壁式前墙，扶壁台身，承台和直径1.5m钻孔灌注桩（摩擦桩）组成，桥梁主要供当地渔民通航用。由于受到通航净宽限制，采用此扶壁桥台形式，一方面能够减少地震力作用，一方面又能够利用自身的前墙的挡土功能，避免台前溜坡，提高通航宽度。

此桥梁设计计算采用midas2010进行建模分析，共建立节点628个，单元842个，其3D有限元计算模型如下所示：

3 荷载组合

3.1 承载能力极限状态组合

组合1：1.2×恒荷载 +1.4×土压力+1.8×（国标车辆荷载+巴基斯坦规范规定的坦克荷载）+0.75×1.4×制动力。

3.2 正常使用极限状态组合

组合2：1.0×恒荷载 +1.0×土压力+0.7×国标车辆荷载+1.0×（制动力+巴基斯坦规范规定的坦克荷载）。

组合3：1.0×恒荷载 +1.0×土压力+1.0×巴基斯坦规范规定的坦克荷载。

组合4：1.0×恒荷载 +1.0×土压力+0.4×国标车辆荷载+1.0×（制动力+巴基斯坦规范规定的坦克荷载）。

3.3 地震荷载参与的承载能力极限状态组合

组合5：1.0×恒荷载 +1.0×（土压力+地震水平力作用荷载。

与国内许多桥梁设计不同的是本桥设计加入了巴基斯坦规范规定的坦克荷载。此规范为《巴基斯坦高速公路桥梁规范》。规范规定此荷载由70吨重量的坦克加载到桥梁结构上，连续两个车辆之间的间距不应小于300英尺，且当桥梁上有该类型车辆通过时，其它车辆类型产生的活荷载不再作用于桥上。巴基斯坦坦克荷载图示如下所示：

4 桩基容许承载力（考虑砂土液化）

桥位处的桩基容许承载力采用国内公路桥涵设计规范进行桩基计算，所用桩基容许承载力计算公式如下所示：

上述公式中Ra就是本桥设计的桩基容许承载力，其它参数值可由国内相关路桥设计规范结合本项目桥位处的地勘报告得到，在这里不作详细阐述。本项目桥位处的钻孔柱状图如下所示：

由于本项目桥位处地质以粉质黏土，砂土和强风化泥岩为主，且桥梁处于强震区域，考虑到地震作用下粉土或砂土容易发生突然破坏而使其从固态变化成液态，致使其丧失摩阻力，因此本桥桩基的计算安全系数取的较高（1.5的安全系数），这样即使出现砂土液化现象，也能保证桥梁结构的安全。

根据柱状图和相关参数计算，初步拟定桩长为39m，得到桩基容许承载力为7950KN。通过对该桥的有限元模型计算，得出在上述不同的荷载工况下传到桩顶的荷载，取其最不利值，为5300KN。桩基容许承载力小于等于1.5倍的实际桩顶荷载，因此此桩长能满足结构受力要求。

5 防腐措施

由于本项目桥梁处于海洋环境，氯盐对钢筋混凝土结构的侵蚀作用明显。干湿循环作用对混凝土的耐久性能具有强烈的破坏作用，特别是在浪溅区和水位变动区。因此本项目桥梁设计需要考虑一些防腐措施来提高结构的耐久性。

参照公路工程和海港工程相关防腐蚀技术规范，对本项目桥梁的混凝土等级和最小保护层厚度做了一些规定，并在结构外表面涂覆硅烷和渗钢筋阻锈剂。桥梁关键部位的信息如下表所示：

一般涂覆硅烷前，应针对性的对使用结构部位的混凝土进行现场模拟试验，从而确定出硅烷的涂覆量，最佳的涂覆时间和养护条件等参数，并检测吸水率、硅烷浸渍深度和氯化物吸收量的降低效果等技术指标。如果测试的结果符合规定的标准时，方可使用。具体使用事项可参考海港工程相关防腐规范进行。

钢筋阻锈剂宜选用与混凝土适应性好且安全的复合氨基醇类阻銹剂，其掺量也应该根据试验进行确定。

6 设计风格

针对巴基斯坦当地形成的固有的设计理念，其设计图纸风格也和国内的桥梁设计有区别。国内的桥梁构造图，每个部位都是单独给出各自的尺寸，而当地的图纸是把每个部位的构造信息都画在一张放大比例的图上，这样不同部位之间的相对位置关系就展现的更明显。

在钢筋图上，国内通常采用a×b（a表示钢筋数量，b表示钢筋间距）的钢筋表达方式，后面以钢筋大样和钢筋数量表的形式给出。而当地钢筋画法表达方法为：a-b-@-c-c/c-d，其中a表示钢筋个数，b表示钢筋直径，c表示钢筋间距，d表示钢筋类型。图中每个钢筋都要标示出这些数字来反映出钢筋直径，间距等信息。每张钢筋图都放大比例，钢筋布置细节（包括搭接信息）全部在断面图中表示出来。

当地这种图纸画法被称为Shop Drawing，虽然图纸信息量展现很丰富，但画起来比国内的图要繁琐许多，每张图上反映的信息量较大，且一旦后期设计参数有变动，每个相关的标示数据都全部需要一一进行修改，这样难免造成人力和时间的浪费。在各项设计参数都能正确表达的前提下，应尽量采取最简便最有效的方式进行表达。

7 结语

本文以巴基斯坦东湾快速路项目的桥梁设计为例，系统介绍了在当地特殊环境条件下，桥梁设计存在的几点关键问题。从上面的介绍可以看出当地桥梁设计的理念和标准和国内的有些区别，特别是其采用的活荷载标准和图纸画法风格与国内的差异较大。随着海外工程项目的日益增多，建议以后在同一海外工程项目上，桥梁设计能采用一个统一的设计标准，这样的话设计成果更容易被认可，工程项目运作起来也会更顺利。

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作者简介：陈珂，男，1986年12月24日，汉族，硕士研究生，路桥工程师，从事桥梁设计工作。