苏丹青尼罗河大桥的设计与施工

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(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

引言

尼罗河是世界第一大河，由青尼罗河和白尼罗河这两条河流交汇而成。苏丹共和国首都喀土穆位于大河的交汇处，尼罗河、青尼罗河和白尼罗河将首都分为喀土穆、恩图曼和北喀土穆三部分。喀土穆号称世界火炉，是世界上最热的城市。

青尼罗河大桥是连接喀土穆曼西尔区和北喀土穆吉列夫东区的一座城市桥梁，该桥由苏丹达尔公司(DAR Company)提供可行性研究报告，喀土穆大学建筑和道路研究院提供地质调研报告。由中国吉林国际经济技术合作公司工程总承包，山西省交通规划勘察设计院完成施工图设计。监理单位为苏丹达尔公司。

1 工程场地及自然条件

青尼罗河大桥桥址位于青、白尼罗河交汇处上游约3 km，河段顺直，岸线稳定，桥位处河床断面呈U型。该河为季节性河流，枯水期最低水位372.41 m，最大水深约6 m。每年7月至9月为汛期，河水暴涨，水深可达16 m以上。

喀土穆地区属于热带沙漠气候，干旱少雨、炎热干燥，年最高气温45.2 ℃，最低气温6 ℃，全年平均气温28 ℃。年平均降雨量仅160 mm。

根据喀土穆大学建筑和道路研究院提供的《吉列夫东区-曼西尔大桥地质调研报告》，河床表层3～5 m为松散至中密的淤泥砂，然后是7～10 m中密至密实的沙砾，桩基持力层为努比尔岩。

2 技术标准

根据《苏丹青尼罗河大桥施工图设计委托书》，设计规范以中华人民共和国交通部部颁标准为主，英国的BS-5400桥梁规范作为参考。

设计荷载：汽车-超20级、挂车-120，人群荷载3.5 kN/m2；最高设计水位RL=381.789 m；最低水位RL=372.410 m。

根据苏丹达尔公司的可行性研究报告，该桥没有通航要求，全桥只考虑3号和4号墩承受船泊撞击力，船泊撞击力为5 000 kN；地震荷载：按7度设防。

3 桥梁总体设计

青尼罗河大桥全长355 m，双向4车道，全桥宽20.5 m，两侧人行道宽1.3 m。主桥为55.5 m+85 m+55.5 m预应力混凝土连续钢构，两侧引桥均为2 m×36 m预应力混凝土简支T梁结构。桥梁总体布置与截面如图1所示。

图1 桥梁总体布置与截面图

3.1 主桥上部结构

主桥上部构造采用单箱双室截面，箱底板宽为13 m，箱梁悬臂长度为3.65 m，考虑到主桥端部箱梁与36 m跨径T梁(梁高2.2 m)之间的平顺衔接，箱梁跨中高度取2.2 m，为主跨的1/38.6；0号块根部梁高取5 m，为主跨的1/17。纵向预应力采用国产大吨位群锚体系，将顶板预应力集中于腹板顶部承托中，使顶底板尺寸完全由受力特性控制。箱梁根部底板厚60 cm，跨中底板厚度取30 cm。箱梁梁高、底板厚度均按1.65次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形的需要。与2次抛物线相比，增加了1/4桥宽位置箱梁的有效高度，有利于防止箱梁斜向裂缝。箱梁腹板厚度在距根部9 m范围内采用60 cm，跨中部分采用40 cm。顶板箱室内厚度30 cm，悬臂端厚20 cm。由于箱梁顶板厚度全桥保持一致，腹板厚度仅有一次变化，内模构造简单，便于施工。上部采用挂篮分段悬臂浇筑施工，每个悬臂端共分12个梁段，梁段划分为3 m、3.5 m、4 m等3种，梁段最大质量160 t。

在进行预应力体系设计时，吸取了国内同类桥梁的设计和施工经验。箱梁采用三向预应力体系，钢绞线采用ASTM A416-97(270级)技术标准。纵向预应力束采用Φ15.24 mm钢绞线，OVM15-15型和OVM15-12型锚具；顶板横向束采用Φ12.7 mm钢绞线，OVMBM13-3型扁锚，间距50 cm；竖向预应力采用Φ32 mm精轧螺纹粗钢筋，YGM锚具。为了防止过去同类结构在运营过程中出现的跨中挠度过大的现象，设计中在跨中底板预留了4根备用束，一旦出现跨中下挠过大，可以通过张拉备用束来恢复。在跨中设置了5 cm的预拱度，全垮范围内预拱度按2次抛物线设置。

3.2 墩身及基础

主墩墩身为钢筋混凝土实体墩。主墩长度等于箱梁底宽，取13 m，上下游各设分水尖，以防止船只及汛期上游漂浮物的撞击。加上分水尖后的桥墩总长度为18 m，宽度为2.5 m，墩高22 m。基础采用20根直径1.5 m的钻孔灌注桩，桩基嵌入努比亚砂岩≮3 m，承台厚度2.5 m。

4 施工特点

4.1 基础施工

主墩是控制工期的关键工程，为了抢在汛期前完成主墩的施工，对该桥制定了依托钢板桩围堰搭建钻孔平台，进行主墩桩基础施工的方案。承台尺寸为18.5 m×13.75 m×2.5 m，四周各留出1 m以上的工作宽度，钢板桩围堰设计尺寸为21 m×16.2 m。单根钢板桩长14 m，宽60 cm。首先，完成上游及横桥向两侧的钢板桩，留出下游侧不完全封闭，以便施工船只出入以及钻孔钢护筒的运输和定位。然后，完成围堰的第一层围檩，在围堰内的适当位置打入钢管桩，利用围堰和钢管桩基础搭建钻孔施工平台。平台工作面宽敞，可以有多台钻机同时施工，大大加快了施工进度。

该桥基坑底施工最大水深约6 m，围堰共设3层支撑。钻孔完成后，拆除施工平台多余部分，剩余部分作为围堰的第一层支撑，封闭钢板桩围堰，浇筑封底混凝土。混凝土达到强度后，开始逐步降水，完成第2层、第3层围檩和支撑，然后进行承台的施工。

4.2 上部主梁施工

上部箱梁采用挂篮分段悬臂浇筑施工。该桥采用的斜拉式挂篮具有构造简单、移动灵活、结构安全、稳定性好的特点，挂篮自重700 kN，设计荷载2 000 kN。在0号梁段浇筑完毕，进行挂篮现场拼装及加载试验，测定挂篮的变形，为大桥的顺利合龙提供了依据。为保证箱梁理论轴线高程的施工精度，选派有经验的测量工程师对每一个梁段混凝土浇筑前后、预应力束长拉前后、挂篮移动前后的高程进行精确测量，并报监理工程师复测。根据测量结果，对立模标高进行动态控制，确保了合龙精度。

4.3 混凝土裂缝的控制

由于喀土穆地区气候异常干燥、炎热，混凝土早期强度提高非常快，但也很容易产生干燥收缩裂缝。施工中采取的主要措施是：首先，选择合理的混凝土配合比，特别是高强度混凝土，不能只靠增加水泥用量来提高混凝土强度。由于苏丹惟一的一家水泥厂只能生产42.5 MPa以下的低强度等级水泥，且水泥质量不稳定，若从中国国内海运至施工现场，运输周期至少在60 d以上，而水泥的保质期只有2～3个月，而且海上运输容易受潮，不能保证水泥的质量。因此，在该项目中采用了邻国埃及生产的强度等级为52.5 MPa的水泥。粗骨料采用5～25 mm连续级配的碎石。由于当地的混凝土用砂含泥量太高，在工地专门设洗砂池，对混凝土用砂进行清洗。另外，控制合理的水灰比是防止收缩裂缝的有效措施，该桥采用的是泵送混凝土，如果用水量过少，混凝土和易性差；用水量太大又对裂缝控制不利，因此，在施工中严格按提前设定的用水量控制，并添加了适量的减水剂，用以改善泵送混凝土的和易性，坍落度一般控制在16～18 cm。当地白天的气温异常高，阳光直射下最高温度可达60 ℃以上，且昼夜温差较大，最大温差可达20 ℃以上，所以，混凝土浇筑一般选择在气温较低的夜间进行。最后，是加强对混凝土的早期养护。由于采取了以上措施，使混凝土的干缩裂缝得到了有效控制。

4.4 大体积混凝土水化热的控制

主墩承台尺寸为18.5 m×13.75 m×2.5 m，共需浇筑混凝土约636 m3。为了有效控制大体积混凝土在凝固过程中产生的水化热，防止因内外温差过大导致混凝土产生裂缝，在承台内设置了3层冷却管，直径为60 mm，纵横向分层交错布置，间距为1 m。每层管道设两个独立的进水口和出水口，以缩短冷却管的路径，使混凝土降温均匀。承台浇筑完成后，立刻开始通水冷却，以降低水泥水化产生的水化热，确保承台混凝土的质量。根据现场对3号墩承台的监测，第3天混凝土内部温度最高达到56.5 ℃，然后逐步下降，与外界的温差始终控制在25 ℃以内，第8天基本上停止了通水降温。

5 结语

笔者参与了苏丹青尼罗河大桥的施工图设计及施工阶段的现场后续服务的全过程，这也是山西省交通规划勘察设计院走出国门的一次尝试。该桥于2003年11月开工，2005年1月建成通车。由于在设计和施工中对容易出现质量问题之处采取了针对性的控制措施，保证了该桥的施工质量，得到了苏丹方监理和业主的充分肯定。我国驻苏丹大使、苏丹共和国建设部部长等出席了大桥的竣工仪式。青尼罗河大桥的建成，大大缓解了喀土穆青尼罗河两岸交通紧张的局面，也为中苏友谊谱写了新的篇章。

参考文献：

[1] 马保林.高墩大跨径连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 王文涛.刚构-连续组合梁桥[M].北京：人民交通出版社，1997.