巴基斯坦卡洛特复建大桥设计与施工

周涛 赵胤儒 李世平

摘要：巴基斯坦卡洛特复建大桥作为卡洛特水电站过坝交通关键节点工程，也是水电站建成后连接旁遮普省和巴控克什米尔地区的重要桥梁。通过研究该桥的连续刚构设计方案、结构计算、施工方法及控制措施，设计该桥为三跨预应力混凝土变截面连续刚构，跨径组成为（85+150+85）m，桥梁设计总长为330 m;采用美国AASHTO规范及巴基斯坦国家规范设计，箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工。该成果可为同类桥梁设计与施工提供参考。

关键词：连续刚构桥;结构设计;AASHTO规范;高烈度;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：U442.5文獻标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.013

文章编号：1006 - 0081（2021）11 - 0057 - 04

随着中国“一带一路”倡议的逐步推进，一大批具有国际影响力的项目在异国他乡落地、实施，其中不乏桥梁工程。国内企业在参与国际项目设计、施工过程中普遍遇到了设计规范、验收标准与国内项目差异较大的问题。巴基斯坦卡洛特复建大桥采用美国AASHTO规范和巴基斯坦国家规范设计，取得了地方管理部门的认可，项目得以顺利实施。该成果对类似桥梁的设计、施工具有较好的借鉴意义。

1 项目概述

1.1 工程概况

卡洛特复建大桥位于巴基斯坦旁遮普省境内原卡洛特大桥下游650 m处，横跨吉拉姆（Jhelum）河，桥轴线与水流正交。该桥是连接旁遮普省和巴控克什米尔地区道路上的重要桥梁，桥梁设计总长330 m。大桥已于2019年11月16日建成通车，满足了卡洛特水电站建设需求，保障了水电站溢洪道下游土石方的顺利开挖，提高了吉拉姆河两岸通行的便捷性，极大地改善了当地出行的交通条件。

1.2 水文及地质条件

卡洛特复建大桥桥址100 a一遇的洪水流量为14 700 m3/s，对应的设计洪水位为412.40 m，平均设计流速为4.81 m/s。

桥位区吉拉姆河的河谷形态总体为不对称“V”形谷。两岸岸坡总体较为顺直，左岸岸坡为上陡下缓的斜坡地形，局部砂岩形成陡崖，地面高程387～490 m;右岸岸坡总体上为陡崖与缓坡相间地形，下游侧为顺直斜坡地形，地面高程387～520 m。

桥位区覆盖层下基岩主要为中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，强风化带厚度不大于3.5 m，弱风带厚度一般为3.5～15.5 m，弱风化带底板埋深一般为15～20 m。

1.3 设计规范选用

国内桥梁设计规范经过几十年的发展，不断完善，形成了整套设计体系。按持久状况、短暂状况、偶然状况、地震状况4种设计状况进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

美国桥梁设计规范基于荷载与抗力系数设计法，采用荷载系数与抗力系数设计原理。结构设计中将结构静力和动力计算内容进行了统一表达。

巴基斯坦桥梁设计标准相对简单，主要规定了荷载等级、计算要求等基本内容，需结合美国规范进行设计。

卡洛特复建大桥作为“一带一路”示范项目卡洛特水电站的重要交通设施，最初以中国规范为标准进行设计，后期经与各级地方交通主管部门多轮对接、沟通，为便于运营、养护管理，最后采用了美国AASHTO桥梁设计规范。

1.4技术标准

（1）道路等级。三级公路，双向两车道。

（2）设计行车速度为30 km/h。

（3）设计荷载等级 。汽车荷载1：HL-93（《AASHTO LRFD Bridge Design Specifications》）[1];汽车荷载2：“A”级 （《Code of Practice Highway Bridge 1976》）;汽车荷载3：70 t军用装载车（《Code of Practice Highway Bridges 1967》）[2];人群荷载：3.6 kN/m2。

（4）桥面路幅总宽10.0 m。桥面路幅组成：1.25 m（人行道、栏杆）+7.50 m（行车道）+1.25 m（人行道、栏杆）。

（5）地震烈度。50 a超越概率10%的基岩地震动峰值加速度为0.26 g。

2 连续刚构设计

2.1 总体布置

根据卡洛特水电站总布置规划，设计人员在遵循安全、耐久、适用、经济、美观和有利环保原则的基础上，结合工程所在地特点，确定了大桥总体布置方案。

大桥桥型设计为三跨预应力混凝土变截面连续刚构，跨径组成为（85+150+85）m，桥梁设计总长为330 m。大桥桥面中心高程为481.152 m，左右岸起、终点高程分别为480.657，481.647  m。桥型立面图见图1。

2.2 主梁结构设计

2.2.1 截面形式及主要尺寸

（1）跨径组成。主梁跨径组成为（85+150+85）m，边跨与中跨比值为0.567。2个边跨各通过2个7 000 kN的减振钢支座支承于桥台上。主梁与桥台间设置伸缩量为240 mm的伸缩缝。

（2）梁高。1，2号墩顶处梁高为9.0 m，为主跨长度的1/16.67;跨中和边跨端部梁高3.5 m，为主跨长度的1/42.86。

（3）梁底曲线。箱梁底缘由曲线和直线段组成。曲线采用1.65次抛物线，抛物线方程为：y= 0.00504839x1.65+3.5。跨中与边跨直线段长分别为2.00 m和8.85 m。

（4）主梁采用单箱单室双悬臂变截面箱梁，箱梁顶板宽10.0 m，底板宽6.0 m，箱梁底板水平，顶板设置2.0%双向横坡，箱梁两侧悬臂板长度均为2.0 m，悬臂板根部厚60 cm，悬臂板板端部厚20 cm。箱梁顶板厚30 cm，底板厚度35～100 cm，腹板厚度50～100 cm，截面转角处均设倒角过渡。横隔板仅在梁端支座处设置，厚1.8 m。箱梁混凝土标号为Grade C6000[3]。

2.2.2 箱梁分段及施工顺序

全桥共分为2个单T构，每个单T构以桥墩对称布置，每边分成17个节段。墩顶上部0号节段长13 m，1～9号节段各长3.5 m，10～17号节段各长4.5 m。除0号节段外，其他悬臂节段最大自重2 125 kN;3个合拢段（18号）的长均为2.0 m，自重450 kN。

0号梁段采用在墩旁托架上现浇施工，1～17号节段采用挂篮悬臂浇筑，两边跨的8.85 m梁段（19号）采用支架现浇。边、中跨合拢段为在悬臂吊架上浇筑。根据施工进度和结构受力条件，先合拢边跨，后合拢中跨[4]。

2.2.3 后张法预应力体系

箱梁采用纵、竖双向预应力结构设计，其中纵向预应力束按全预应力理论进行设计。纵向预应力采用高强度低松弛钢绞线（抗拉强度fpu =1 860 MPa，弹性模量Ep =1.95×105   MPa），预应力孔道采用塑料波纹管成孔，真空辅助压浆，夹片式圆锚，钢束张拉锚下控制应力为标准强度的75%。竖向预应力材料采用#10高强精轧螺纹粗钢筋，采用铁皮管制孔，轧丝锚具，单根锚下控制力为568 kN。纵向预应力束均采用两端同时张拉，竖向预应力筋为单端张拉，并采用以张拉力控制为主、张拉力与伸长量同时控制的双控制标准。

2.3 墩台与基础

1，2号桥墩高分别为58 m和62 m，采用双薄壁矩形实体墩，墩顶与箱梁、墩底与承台均为刚性连接，桥墩为矩形等截面实体墩，尺寸为2×（6.0 m×2.2 m），双壁净间距5.0 m。桥墩混凝土标号为Grade C5000。

1，2号桥墩承台顶面标高分别为414.277 m和409.827 m，承台高4.0 m，其平面尺寸为13.7 m×13.2 m;各承台均下连6根?2.2 m的钻孔灌注桩，桩长分别为30 m和40 m。承台混凝土标号为Grade C4500，桩基混凝土标号为Grade C3500。

桥台采用重力式桥台，扩大基础及桩基础。

3 结构计算分析

3.1 静力计算分析

大桥采用MIDAS/Civil 2015进行计算。该程序全面模拟了大桥基础、下部结构及箱梁梁体施工各阶段的受力特征，并考虑了不同龄期混凝土收缩徐变影响。全桥共划分了184个单元，203个节点，设置了14个临时和永久边界支承，考虑了94个施工阶段及3 650 d混凝土收缩徐变影响。大桥计算模型见图2。

大桥按AASHTO规范和巴基斯坦国家规范进行了验算，所得主要荷载承载能力验算结果见表1。

3.2 抗震计算分析

大桥处工程场址区50 a超越概率10%的地震动峰值加速度为0.26 g，地震基本烈度按Ⅷ度考虑。全桥抗震受力分析采用MIDAS/Civil 2015程序进行计算，桩基础土弹簧刚度采用m法进行计算模拟，桥墩及主梁混凝土容重均按ASTM标准取值，桥面铺装以附加质量考虑。

抗震验算按AASHTO规范进行，主梁与桥台间设置减振球形钢支座，主梁梁底设置抗震挡块。

4 连续刚构施工

4.1 箱梁混凝土施工

箱梁施工分为悬浇和现浇两种，其中0号梁段及边跨（19号）梁段为现浇施工，1～17号梁段采用挂篮悬臂浇筑施工。悬臂施工过程中严格控制外加荷载与偏载，悬臂两端混凝土浇筑需同步进行，差值不能超过2 m3，混凝土浇筑过程中桥墩偏移量不能超过4 cm。

该桥共用2对4套菱形挂篮，挂篮重669 kN，采用液压千斤顶顶推行走，挂篮设置有倒退装置。悬浇段箱梁混凝土采用泵送浇筑，一次成型。根据现场统计，每套挂篮7～10 d可完成1个悬臂节段施工。

边、中跨合拢段在悬臂吊架上施工，于1 d之中温度最低时浇筑混凝土，可有效控制因温度变化产生的不利拉应力。

4.2 预应力施工

预应力张拉在混凝土强度达到95%设计强度以上、彈性模量达到90%以上且满足不小于7 d龄期要求后方可进行。在每一悬浇节段施工中，先张拉纵向预应力束，后张拉竖向预应力粗钢筋。纵向预应力束按先长束、后短束，先边束、后中束，对称间隔分批张拉。预应力张拉后，孔道应尽早压浆，压浆的水泥浆等级为M50。

国内桥梁普遍要求混凝土强度达到90%即可张拉预应力，考虑到该项目特点，为控制主梁后期下扰，对混凝土强度的要求提高至95%。

4.3 下部结构施工

桥墩桩基础及承台采用筑岛施工，桥台旱地施工。墩台桩基础采用冲击反循环钻机施工，桥墩采用翻模施工。

5 成桥试验

试验中控制截面挠度、应变实测值均小于理论值，且最大相对残余挠度15.15%、最大相对残余应变9.68%，均小于规范规定的20%。结构自振频率实测值与理论值对比见表2[5]。

冲击系数实测值1.010～1.042，小于计算值1.050。成桥试验各项结果表明，桥梁状况良好，满足设计及相关规范要求。

6 结 论

（1）高烈度地区桥梁抗震计算和设计是桥梁结构设计的关键，直接影响桥梁方案的成立，在项目设计过程中，特别是设计初期，需格外重视。

（2）良好的设计需要精细的施工来实现，施工过程中的设计跟踪意义重大。通过跟踪施工过程中挂篮重量、施工荷载、预应力孔道相关参数等，及时更新计算模型，调整了箱梁预拱度及预应力张拉控制应力。

（3）大桥采用美国AASHTO规范及巴基斯坦国家规范设计，设计及施工遵循了当地习惯，可为类似桥梁工程提供参考。

参考文献：

[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，谢三鸿，张大勇. 三峡库区建峰乌江大桥设计与施工[J]. 人民长江，2011，42（20）：28-30.

[4] 申宏波，闫海青，赵飞虹. 构皮滩乌江大桥设计与施工[J]. 贵州水力发电，2004，18（6）：49-52.

[5] 葛洲坝集团试验检测有限公司.卡洛特复建大桥桥梁荷载试验检测报告[R].宜昌：葛洲坝集团试验检测有限公司，2019.

（编辑：高小雲）

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