国外某污水处理厂现有桥梁升级改建的设计与施工.pdf

水电站设计 第 卷第 期年 月修回日期：第一作者简介：焦小亮（），男，河南焦作人，硕士，工程师，从事国际工程项目管理。国外某污水处理厂现有桥梁升级改建的设计与施工焦小亮，刘质，吴政（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 ；中国电建集团国际工程有限公司，北京 ）摘要：介绍了孟加拉达舍尔甘地污水处理厂主路上现有桥梁升级改建的设计和施工工作，包括桥梁改建设计采用的设计准则、材料标准等技术要求，概述了桥梁支座设计、桥梁荷载设计和桥梁桩基础设计成果，阐述了该桥梁设计的重点和难点以及施工质量控制等工作。关键词：旧桥升级改造；桥梁设计；抗力系数法；国际标准；施工质量控制中图分类号：文献标志码：文章编号：（）前言孟加拉达舍尔甘地污水处理厂为 总承包项目，工程包括厂外提升泵站、长大管径双 沿线输水管线、污水处理主厂区以及污泥焚烧处理系统。项目位于孟加拉首都达卡东郊，业主为孟加拉国达卡市水务局，设计污水日处理能力为 万 ，是目前南亚地区在建的最大污水处理厂，也是“孟中印缅经济走廊”和“一带一路”重点项目，项目的顺利良好履约对中国电建集团在国际水务市场的开拓具有重要意义。在项目进场主干道上有当地房地产开发商（）在 年修建的 座贝雷桥，两座桥为单行道，桥面宽度仅为 。该桥是前往到孟加拉达舍尔甘地污水处理厂的必经之路，按 主合同规定承包商需对该桥进行改建。在此背景下，承包商对此进行了升级改建，并通过了项目咨询工程师和当地房地产开发商（）聘请的孟加拉知名 大学桥梁专家的双重审核，同时施工质量控制措施在现场施工中起到了良好的作用。本次桥梁升级改建工程设计以 抗力系数法为基础，采用不同国家标准，如设计的风荷载采用孟加拉标准，其他的荷载和详细设计采用美标。由于缺乏类似采用不同标准进行设计的经验，因此本次桥梁升级改造设计先后进行了多次计算，最终经反复校核调整确定满足项目要求的设计参数，并在实际中得到有效验证。在本次设计中虽桥的横梁和主梁的刚度不同，但要求两者变形在荷载作用下需保持一致，这给桥梁上部结构的计算带来一定难度。同时，为充分利用现有条件降低工程经济成本，本次升级改造工程设计利用原桥台采用美标对原有桥台桩基承载力的校核，对原有承台受力钢筋进行校核，进而对整个桥梁进行计算，这对整个设计提出更高要求。现有桥梁设计基本资料及改建升级设计准则 现有桥梁基本资料现有 座贝雷桥的基本情况如下：（）上部结构。总跨度 ，桥面行车道宽度 ，内侧总宽度 ；桥外侧总宽度为 。主梁有 根，高度为 ，次梁高度为 ，每个横断面有 根。（）贝雷架。单个贝雷架长度为 ，高度为 ，共有 个贝雷架，桥面每一侧各有 个。（）桩基础。每个桥台有个钢筋混凝土桩，桩基直径为 ，桩基础深度为 。（）桩基础承台。桩上部的承台厚 ，宽度 ，垂直河道方向为 。（）贝雷桥用材料。钢材屈服强度为 ，抗拉设计强度为 ，抗剪强度为 。桩身和桥台分别采用 和 混凝土。（）贝雷桥安全性评价。由于使用过程中过载，根据 条款 规定，两座贝雷桥中部的变形都大于规范允许值，属于欠安全的贝雷桥 。桥梁设计准则 年 月份承包商与项目业主以及桥梁所有者（）召开了该桥设计联系会，对该桥升级改建达成如下设计准则：（）采用 荷载和抗力系数法进行设计；（）风荷载设计采用美标，但风速采用孟加拉标准 中的规定；（）考虑地震荷载；（）交通设计荷载采用美标 和 ；（）桥梁为钢筋混凝土桥梁；（）行车道的宽度为 ；（）总桥梁宽度为 （包括人行道和扶手的宽度）；（）每座桥设计 个桥墩和 个 形主梁；（）原有桥台保持不变，但需设计校核；（）考虑主干管需从两桥中部通过，人行道设置在远离两桥中心的两侧。桥梁设计参照孟加拉当地的设计标准，桥梁纵横断面的设计如下：设计的难点该桥梁改造在设计上的难点是需要对美标和孟加拉国标准有全面的了解，基于项目要求将两者进行充分的融合。另外，需采用美标对原有桥台桩基承载力的校核，对原有承台受力钢筋进行校核，进而整个桥梁进行结构计算。横断面设计北侧桥梁标准横断面设计结果见图 。图中人行道的宽度为 ，路缘石高度为 ，主梁宽度为 ，共 根主梁，桥梁总宽度为 ，设计满足孟加拉桥梁设计标准。同时为便于桥面排水，设计了 的横坡，磨耗层的厚度为 。所有混凝土的设计标号为 （圆柱体试件），钢筋 的 抗 拉 强 度 为 （），钢筋的屈强比大于 ，延伸率大于 。每座桥设计考虑了 个橡胶桥梁支座。?图 桥梁标准横断面示意（单位：）桥梁纵断面设计原桥总长度为 ，为方便和快速施工，考虑利用原有两侧的桥台改建的桥设计为双跨简支桥梁，每单跨桥长为 。桥梁纵断面见图 。设计荷载 自重荷载采用孟加拉国 标准，材料密度设计值见表 。表 材料密度材料密度（）说明素混凝土 钢筋混凝土 磨耗层 回填砂土 饱和土 松散砂土 交通荷载交通荷载分为卡车荷载和双轴荷载。卡车荷载前轴重为 ，后轴重为 ，后轴之间的距离为 。双轴荷载为两个集中荷载组成，大小为 ，荷载间距为 。设计时取均布荷载 卡车荷载以及均布荷载 双轴荷载组合中最大值作为设计荷载。设计车道按 条款 车道数为 ，为路缘石到路缘石之间的净距离，经计算，该桥的设计车道为单车道。图 桥梁纵断面示意（单位：）车道荷载设计车道荷载为 ，该车道荷载沿车辆前进方向均匀布置，横向宽度为 ，车道荷载不考虑冲击系数。人行道荷载人行道设计荷载为 ，该荷载与交通活荷载同时作用在桥上。活荷载 作用在距离桥栏杆 处。栏杆荷载作用在每一个桥栏杆顶部的水平荷载为 ，式中 为桥栏杆水平间距。路缘石荷载在路缘石上抵抗侧向荷载的设计值为 ，该荷载作用在路缘石的顶部。刹车荷载按 标准，刹车荷载的计算结果为：（）；（）；（）。刹车荷载 取大值，则 （，）。风荷载孟加拉首都达卡基本设计风速 ，风荷载为。（）式中：风速风压转换系数 ；结构重要系数 ；结构物暴露系数 。设计风压力为。（）式中：飓风系数 ；压力系数 ；最大风压为 。地震荷载地震烈度为度，地震加速度按 考虑，设计按美标 条款和孟加拉标准设计，按 （）进行荷载组合设计，荷载冲击系数按 设计。上部结构设计桥梁上部结构包括桥面板设计、梁设计、栏杆设计等。桥面板设计桥面板设计是采用 近似分析法，主要进行了抗弯和抗裂计算，在正常荷载作用下，桥面板的裂缝宽度为 小于美国标准规定的 。所提供的钢筋设计满足温度和干缩设计要求。桥面板上下面分布筋的设计满足美标要求。对人行道板进行了悬臂梁设计，在极端交通事故荷载作用，其最大的裂缝宽度为 ，满足要求。型梁最小厚度校核按美标简支梁包括面板最小高度 ，设计 梁的最小高度为 （大于 ），满足要求。内、外侧梁弯矩和剪力分布系数根据分析，设计简支梁内侧梁的弯矩和剪力分布系数分别为 和 ，外侧梁弯矩和剪力的分布系数分别为 和 。内侧梁的弯矩大于外侧梁，采用内测梁的计算结果。型梁裂缝宽度在正常荷载作用下，所设计的 梁的裂缝宽度为 （小于 ），满足要求。栏杆设计按美标 即车速为 所对应的横向、纵向和垂直栏杆的方向进行了防撞设计。另外考虑了事故荷载即车辆作用在路缘石或悬挂在桥面板边缘位置时设计。横梁设计考虑横梁和主梁的刚度不同，但在荷载作用下两者变形一致的条件计算。横梁的刚度是横梁加主梁刚度和的 。增加横梁减少了主梁在荷载作用下的挠度。桥梁支座设计采用 板式橡胶支座即可满足要求。橡胶支座加筋钢板厚度为 ，共有 层，钢板总厚度为 。上下保护胶层的厚度为 。橡胶层厚共 层，橡胶层总厚度为 ，橡胶支座的硬度值为 。盖梁设计盖梁高度为 ，宽度为 ，盖梁承受自重荷载、两个方向的风荷载，另外还要承载地震荷载的作用。在不同荷载组合下计算了弯矩和剪力，设计满足规范要求。伸缩缝设计按当地标准采用伸缩缝具有在 之间变形能力的伸缩缝设计。下部结构设计根据当地的地质情况，需采用桩基础进行基础处理。根据计算采用直径为 的钻孔灌注桩，桩间距为 满足大于 的要求。桥墩桩基础设计桥墩桩基设计深度为 ，在正常荷载作用下单桩最大反力为 ，水平反力为 ，所有的桩只承受压力 。根据计算单桩极限承载力为 ，单桩承载力的安全系数为 ，大于 （满足要求）。单桩在正常荷载作用下的沉降为 ，小于 （满足要求）。对 桩 帽 单 向 和 双 向 剪 切 应 力 按 标准进行了校核，均满足要求。根据群桩设计结果有：单桩竖向承载力 ，群桩竖向承载力为 ，大于最大竖向荷载为 ，群桩效率系数为 。群桩在正常荷载作用下的沉降为 ，小于 （满足要求）。桥台桩基础设计桥台桩基础稳定性校核：按当地规范，有桩基础的桥台可不必进行稳定性校核。桥台主动和被动土压力均按美标计算。桥台设计校核桥台为原有结构物，按孟加拉标准有桩基的桥台其抗滑稳定性不用校核。原有桥台设计采用 个支座，新设计采用 个支座。虽然钢筋混凝土桥的总重大于原贝雷桥，但分摊到每个支座上的荷载新设计小于原设计。根据 提供的原桥设计图，按不同的荷载组合进行了校核，结果发现其桥台、桥基础和桩基础其钢筋用量均满足要求。原桥台可继续使用，这与 聘请的 桥梁专家做出的评判一致。经校核，原桥台群桩的承载力为 ，大于极限荷载 。群桩在正常使用荷载作用下最大为沉降为 。经校核单桩极限承载力为 ，远大于单桩荷载 ，原设计满足新荷载设计要求。按 标准对原桩基在单向和双向剪切力作用下进行设计校核，其结果均满足规范要求。按设计，桥台桩基采用 根 的钢筋就满足要求，应 大学桥梁专家的要求改为 根 的钢筋。原有的桩基设计满足现有的荷载设计要求。地震荷载设计校核按孟加拉标准和 标准，对地震荷载进行了校核计算，设计满足要求。另外按 条款计算出支座中心到盖梁边缘的最小距离为 ，而设计为 ，满足构造要求。施工设计对桥梁的预拱度进行了设计，以抵消或减少自重等荷载作用下桥梁的变形。设计采用 厚沥青混凝土磨耗层进行桥面防护处理。桥面两侧采用直径为 的 管进行桥面排水。桥梁施工质量控制 桩基施工和承载力校核采用当地的泥浆护壁钻孔混凝土灌注桩施工，按 大学桥梁专家的要求，桩长由最初设计的 长加长到 。在 倍工作荷载作用下实测桩基沉降只有 ，桩基施工质量满足要求且有富裕 。预拱度施工按设计要求提供了预拱度。控制脚手架预压桥面板和主梁采用现浇施工，施工前对桥面板和主梁支架进行了预压，以消除施工荷载对桥面变形的影响。混凝土抗压强度试验对桥梁混凝土进行了抗压强度试验，其平均值为 ，标准偏差为 ，设计保证率为 。无损检测对北侧的桥开展了回弹无损检测，试验强度试验结果为 。混凝土抗压强度满足设计要求。脚手架拆除时间控制严格要求在主梁和桥面板的抗压强度达到设计强度后拆除脚手架和模板。结语孟加拉达舍尔甘地污水处理厂进场路其主干道原桥梁的升级改建设计同时采用了 抗力系数法和孟加拉 标准来进行的设计，桥梁由原来的两座贝雷桥改建为双跨简支钢筋混凝土桥，桥梁总长度与原桥梁设计保持一致为 。桥梁的升级改建设计充分利用了原有桥台的设计，并提供了满足业主要求且最为经济的设计。桥梁混凝土的设计标号为 （圆柱体强度），在正常荷载作用下混凝土裂缝宽度控制在 以下，倍正常使用荷载作用下桩基沉降在控制在 以下。经检验，桥梁的桩基承载力试验和混凝土抗压强度试验结果均满足设计要求，施工质量良好。本次桥梁升级改建工程设计在各项参数未知的前提下，通过充分利用 抗力系数法，将美标和孟加拉 标准进行融合，经过反复设计校核确定设计参数，同时对施工质量进行了控制，最终成果得到实践验证，为今后类似国际桥梁设计和施工提供借鉴。参考文献：，吴政，刘巧林，张攀威，等 国外某贝雷桥安全通行能力分析 建筑技术研究，（）：任瑞柯，孙美，焦小亮，等 达舍尔甘地项目进场道路与桥梁基础两种桩型设计的比较与分析 四川水力发电，（增 ）：杨涛，张佳 引孔锤击沉管混凝土灌注桩在孟加拉吹填场地基中的应用 四川水力发电，（增 ）：，（）：（编辑：惠方方）