科威特跨海大桥 开创性的设计与施工

编者按

科威特海湾大桥(SJSC)是一个横跨科威特海湾的大型桥梁项目。它由两个部分组成:主线和多哈联络线。建成后的多哈联络线将减少从科威特城到多哈半岛的时间，约从30分钟减少到7分钟，并提供在两个方向上自由流动的交通。该项目预计于2018年12月底完工。

科威特海湾大桥项目是科威特2035年国家发展计划的一部分，2013年主线开始建设，2014 年多哈联络线也随之开工，目前仍处于建设过程中，并计划在2018年底完成。这座桥以科威特第13位埃米尔的名字命名，以纪念他对科威特发展的贡献。科威特公共工程部带头开展该项目，不仅主导该项目，还在建设过程中投入了极大的热情和持续的关注。

科威特公共工程部签署的这份为期48个月的合同，合同金额总计165,708,000KD，约合5.5亿美元。2014年10月，与韩国GS工程建设公司签署合同，进行多哈联络线项目的设计和建设，以及建设后5年的维修期。

多哈联络线项目由娱乐城互通、多哈半岛公路、多哈互通及跨海大桥组成。跨海大桥的西引桥长度为5.22km，主桥长度为600m，东引桥为1.90km。桥梁横断面布置与主线一致，采用6车道，单幅宽度达17m。

开创性的桥梁设计

最初，跨海大桥项目被设想为一个项目，即主线和多哈联络线，但是为了加快工程的完成，该项目被分成两份合同：主线（36.14km）和多哈联络线（12.4km）。

图1 多哈联络线项目

该项目由来自世界各地的主要工程、设计和工程项目公司参与和合作，包括美国、法国、中国香港、韩国、德国、意大利和奥地利，当然还有贝鲁特和开罗的Dar办公室。

其他如现代工程建筑、G.S.工程建设公司、Systra、AECOM、Tony Gee & Partners、Trevi、Fugro等欧美大公司， 以及现代钢铁、Jenoptik、Swarco和Solari等供应商也参与其中。

该跨海大桥是世界上建造在海上的最长的桥梁之一。目前，主线跨海大桥是世界上的第四长桥。主线和多哈联络线构成了世界上最长的桥梁。

桥梁的结构设计是基于AASHTO荷载抗力系数的LRFD 桥梁设计标准，并辅以科威特道路和桥梁工程设计标准手册，以及Eurocodes EN1991-1-4:2005欧洲标准。

造型奇特的桥塔设计

主线工程中的标志性桥梁是一座斜拉桥，其桥塔受到传统帆船的启发，并结合科威特的传统和历史主题设计而成。塔高约151m，与著名的科威特塔高度差不多。桥梁总长340m，跨径布置为60+177+40+63m，共4跨。桥下通航净空为120×23m，便于船舶进出多哈港。

图2 帆船造型的桥塔

主桥上部结构由2×2个长度60m预制混凝土梁、2个工厂制造长度82m的钢梁、2×2长度2×64m和2×74m的钢混叠合梁组成。主梁与塔在P3-M、P3'-M墩通过连接横梁刚接，在 P1-M, P2-M 墩P4-M可纵向自由滑动，采用了3*4 个滑动盆式支座。8对斜拉索锚固于主梁东西主梁之间的横梁和塔身混凝土腿上。

桥塔不同以往斜拉桥，采用无背索斜拉桥而非常奇特。桥塔采用桁架结构，可以省去传统的背索。最长一根斜拉索由72根7丝钢绞线组成，最大承载能力为2000t，长度248m，外径250mm。最短一根由55根钢绞线组成，最大承载能力1500t，长度为38m，外径200mm。混凝土梁分别在Subiyah/科威特制造，钢梁在韩国制造，组合梁的钢梁在韩国制造，混凝土部分在Subiyah预制，也在Subiyah完成组装。

桥塔采用混合结构桁架，混凝土腿在现场施工，另一侧为2根圆形钢管。混凝土腿尺寸变化，最大为半径7.2m半圆形，另一侧钢管直径为1.5m。钢腿与混凝土腿之间采用竖杆与斜杆连接，直径0.50m～1.10m。混凝土腿采用爬模施工，分为43节段施工，所有桥塔钢构件均在韩国制造。桥塔钢构件、混凝土梁、复合结构梁和钢梁均采用2200t浮吊安装。

图3 主塔施工

南岛与北岛之间的1 3 . 8 5 5 k m 海上桥梁标高为+14.0mPWD，主桥两侧标高抬高至+32.0m,以保证23m的通航净高。

东西引桥上部结构采用跨径40m的预应力混凝土箱梁， 高度为2.5m，每片箱梁重量约950t。在底板纵向和顶板横向分别设置了先张法预应力筋，并将体系由简支梁转变为连续梁，联长320m。

单桩独柱的下部结构基础

主桥基础为38根3m直径钻孔灌注桩，桩长在33m至60m 之间。承台位于海平面之下，采用圆形和方形预制钢筋混凝土外壳模板（PC houses）进行浇筑，两个圆形预制混凝土外模重达1800t，直径23m，高度为13m，其中7m为混凝土结构，6m为临时钢围堰。圆形预制混凝土外模用于浇筑151m高的塔基础，具体为2×7根钻孔桩。另外三个尺寸为14×14m的方形预制混凝土外模用于浇筑P1-M、P2-M、P3-M墩，基础为每墩8根桩，外模重量为1800t，永久混凝土高度为3.5m，临时钢围堰高度为6m。

采用2200t浮吊将上述5个预制外模安装到位；外模在Subiyah预制与组装。承台施工完毕之后，进行主桥锥形墩身施工，墩身直径5.0m到3.0m变化。

主桥与引桥基础均采用单桩独柱，40m跨径和60m跨径分别对应的桩基直径为2.5m和3.0m，桩长为20m～40m。之所以采用单桩独柱这种方案，有以下几个优点：施工速度更快，避免了承台施工，能把对当地敏感的动植物生态系统影响降到最小。

主梁采用逐孔预制的安装方案，每天可以架设两片箱梁，并采用世界上最大吨位的架桥机，该架桥机可适用于30m～60m的跨径，最大重量可达1700t。

放弃传统的施工工法

不像传统的斜拉桥施工方法，主桥没有采用悬臂拼装工法，而是利用海上引桥标准梁段的安装装备来施工主桥。主桥的设计、制造及长度、重量都是按照2200t浮吊的能力来定向设计的。

图4 四台425吨轮胎式运梁车联合搬运箱梁

主桥一共采用了3个临时钢墩身，两个安装在P3-M、P3'-M的承台上。另一个钢墩身安装在P2-M和P3-M墩之间的临时基础上，以承担82m长钢梁的重量，这样2200t浮吊也能够吊得起该段钢梁。

同时，还建立了一个数值计算机模型，分析了各阶段的施工过程，保证了桥梁在各阶段的完整性。因此，对桥梁构件的结构几何进行定期的测量，在每个施工阶段对斜拉索力进行监测，并与从计算机模型中得到的相应的设计几何参数和斜拉索力进行比较。

大桥大部分处于潮间带，只有中间部分处于Suleibihat湾的深水区中，水深在0.5m～13.5m（高潮位）。

沿着路线方向，布设了栈桥，提供了扎实的施工平台，与陆地施工基本相同，避免了水中施工，这使得海洋气候环境下可以持续施工，栈桥使得钻机、吊机等施工装备进入工地非常方便。钻机采用 Soilmec SA40，最高施工速度可达到每周5根桩基。40m制梁达到每月14片，共含两个台座，一个用于钢筋绑扎，一个用于混凝土浇筑与养护。

图5 两部850吨轮胎式龙门吊（搬运机）

为了建立适宜的蒸养曲线，在梁的不同位置埋入了热电偶温度，测得水合作用及强度增长阶段的温度分布。并得到了适用于科威特气候的蒸汽养护曲线，用于所有40m梁的预制。蒸汽养护时间为13小时，最高温度维持在55℃， 需要注意的是，冬季大气温度比较低时，温度冷却时间最长需要4小时。

60m梁及过渡梁在室外预制；分两阶段预制，先是底板与腹板，第二阶段施工顶板。纵向与横向采用后张预应力法。

软体动物的攻击使下部结构处于危险之中，其中一个主要的危险是当地的软体动物，也被称为“穿石贝”或“海洋钻子”。这些钻岩的生物在阿拉伯海湾很常见，附着在地下结构上的大量生物,可能对混凝土的结构完整性构成严重威胁。这些软体动物能够在石灰岩和某些类型的混凝土中挖掘，方法是用它们产生的酸来溶解石灰石。生物导致的缺陷可以破坏混凝土，使桩的钢筋浸到腐蚀性海水中。然而，由于软体动物的酸作用于石灰岩上，因此决定在混凝土混合物中使用非钙质花岗岩和辉长岩骨料，在开始之前堵住这些洞。此外，桩基础还采用了不会被锈蚀的钢筋。

图6 钢筋笼架设

1800吨/60米架桥机的挑战

进入21世纪以来，桥梁装备不断大型化，在巨型工程中发挥越来越重要的作用。2005年前后，杭州湾大桥和韩国仁川大桥采用了50m跨径、重量1400t的整孔预制箱梁技术，研发了相应的架桥机。在科威特海湾大桥，需要研究适应60m跨径1800t重的混凝土箱梁的架桥机及相应装备， 这是一项全新的挑战。

图7 桥墩混凝土施工现场

科威特海湾大桥的主线采用两种架设方案，其中， 中段13855m采用浮吊整体安装，两端4040m+7820m采用架桥机架设。该项目架桥机的新挑战是：要适应箱梁跨径35m～60m的变化、1200m的最小曲线半径、有桥面板加宽段箱梁，以及要适应其他小曲线半径运梁、多次海面上安装架桥机、改造运梁车等。

图8 混凝土施工

而1800t架桥机SDI1800 LG 的主要技术参数——可以适用的梁长范围在35m、40m、45m、60m；最小平面半径在1200m；最大纵坡为1%；起重能力为1800吨；全程加载提升速度在0～0.5m/min，卸载在0～1m/min；移动速度为0～10m/min。

图9 混凝土蒸养曲线

科威特海湾大桥架桥机及运梁车对设计荷载控制有特殊的影响，表现在——

1.架桥机自重大，相当于一片箱梁的重量；

2.架设荷载须直接传递到墩身；

3.满足60m梁的同时，还要满足40m梁的架设要求；

4.要考虑架桥机、运梁车安装、拆除阶段的荷载；

5.受到桥面加宽箱梁架设影响。

其主要技术特点为：架桥机（LG）的2#、3#腿能够适应500mm的横向变位，以实现曲线段架梁；架桥机2#、3#、4#腿能够实现纵向移动，以适应跨径变化；采用浮吊组装和拆除桥面上的架桥机和运梁车；架桥机可以通过运梁车运输移位；架桥机和运梁车的主要部件采用驳船转运。

图10 1800t架桥机模型图

南岛与北岛的最后一孔是变宽箱梁，箱梁中心至梁板翼缘的距离从8.5m逐步变化到11.8m，架桥机4号腿需要适应这个变化。架桥机通过运梁车，经过半径仅仅为200m的南岛匝道，运梁车需要适应桥梁宽度的变化。

积极互动的项目管理经验

从一开始，为了完成这样一个大型项目的设计阶段， 包括准备无数设计报告、计算书，成千上万的图纸，进行独立设计检查，顾问审核团队的审查和评论等，要求参与各方必须密切协作和合作。设计质询和问题虽然出现了， 但通过会议、电子邮件、电话、会议、视频电话，以及承包商的设计师多次访问Dar和TYLIN审阅人员办公室，来得到解决。还在科威特举行了进一步的专题会议，以供设计人员清除所有遗留的主要设计问题。在进行项目工作时，所有各方都奔着“双赢”的结果，齐心协力，这种健康的、积极和互补协作的精神非常少见。

在交通管制、运营和维修过程中，分别在Shuwaikh和Subiyah两处面积35万平方米和60万平方米的区域，填筑了两个人工岛屿，海湾岛南部和北部，每个岛屿面积30万平方米。并在其中运用了不同的土壤改良方法，如分层压实、动态压实、动态置换、振动位移，以及利用垂直排水管进行土壤固结，进行填海工程。在填海区域内，建造了31座行政和服务大楼和两个游船码头，以控制和管理交通，并对桥梁结构进行操作和维护。

该项目的交通监控、操作和维修方面由Shuwaikh地区的主控制楼，和位于两个人工岛屿的三个二级控制建筑物管理。智能交通系统(ITS)是一种先进的结构健康监测系统,包括视频监控、抓拍相机、电子情报板、SCADA系统，一个光纤网络，一个封闭的无线电通信系统，安装在四个控制建筑物之间，以保证高效的交通管理、操作和维护项目的结构元素。

通过这样一个项目，参与其中的客户、顾问和承包商相互尊重彼此的角色和职责，保持非常透明的关系，友好和专业地讨论所有问题，共同解决技术和合同问题。

作者 / 王昌将

作者单位 / 浙江省交通规划设计研究院

编辑 / 裴小吟

美编 / 赵雯

责编 / 周洋

审校 / 盛超 廖玲

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