1、翻译原文关 键 词 ： 桥 梁 ； 河 堤 ； 土 工 布 ； 膜 与 土 工 格 栅英 国 锁 城 大 桥一 、 引 言本 文 描 述 的 是 在 受 限 制 地 区 用 最 小 的 费 用 修 建 一 座 铁 路 桥 梁 使 之 成 为开 放 的 住 宅 发 展 区 。 锁 城 地 区 是 位 于 住 宅 发 展 十 分 紧 张 的 韦 斯 顿 超马 雷 的 东 部 。 监 督 桥 梁 建 设 的 客 户 是 城 堡 建 设 有 限 公 司 ， 它 由 二 大 房 建 者 组成 。 该 区 的 规 划 局 是 北 盛 捷 区 议 会 （ NSDC） 。 该 发 展 地 区 被 分 为 布
2、里 斯 托尔 和 埃 克 塞 特 。 规 划 条 件 规 定 ， 直 到 建 成 这 条 横 跨 的 铁 路 大 桥 为 止 ， 该 地 区南 部 区 域 不 可 能 适 应 居 住 。 可 见 锁 城 大 桥 的 建 成 对 该 地 区 发 展 的 重 要 性 。客 户 的 工 程 师 、 工 程 顾 问 、 一 般 设 计 原 则 和 初 步 认 同 原 则 下 (AIP)与 NSDC 发 出 投 标 文 件 。该 合 同 在 2000 年 7 月 1 授 予 安 迪 。 投 标 价 值 1.31 亿 美 元 ， 合 同 期 定为 34 周 ， 到 2001 年 4 月 完 成 。二 、
3、地 基在 招 标 阶 段 佩 尔 研 究 了 一 些 优 化 设 计 和 招 标 后 的 裁 决 计 划 进 行 了 充 分 的经 济 分 析 后 交 付 承 包 商 ， 院 长 及 安 迪 。 原 来 设 计 要 求 H 型钢 桩 柱 下 的 桥 台 地 区 与 相 邻 铁 路 线 之 间 必 须 是 垂 直 运 动 。 经 审 查 后 的 地 面条 件 和 根 据 以 往 的 经 验 判 断 ， 现 浇 位 移 桩 ， 使 用 其 他 类 似 地 方 的 河 堤 下 ，可 驱 动 更 接 近 轨 道 而 不 会 有 任 何 问 题 。 并 在 受 影 响 区 域 进 行 了 监 测 ， 打
4、桩 作 业 和 水 平 高 程 的 变 化 小 于 要 求 的 6 毫 米 。在 地 面 下 覆 盖 厚 达 19 米 的 软 冲 积 土 。 这 下 面 是 2 米 层 坚 定 /硬 粘 土泥 岩 或 砂 岩 基 石 。 两 种 类 型 的 驱 动 现 浇 桩 设 计 了 340 和 380 毫米 的 大 口 径 水 管 ， 以 应 付 不 同 载 入 条 件 所 造 成 的 桥 梁 和 堤 坝 的 不 同 荷 载 。这 些 有 利 于 桩 体 的 载 入 。 最 多 可 达 一 天 8 个 桩 的 记 录 。 总 长 度驱 动 介 于 22 和 24 米 之 间 。 试 验 证 实 了 完
5、 整 的 设 计 和 表 示 最 多 解 决 在 工 作负 荷 为 六 毫 米三 、 荷 载 传 递 ， 路 基桩 被 用 来 抑 制 端 口 的 负 载 转 移 ， 这 是 因 为 修 建 时 采 用 了 石 头 和 网 膜 。 在 招 标 图 纸 上 显 示 了 基 础 顶 部 扩 大 桩 ， 再 运 用 早 先 经 验 ， 佩 尔 指 出 这 个设 计 方 法 可 能 被 运 用 减 少 垫 层 的 深 度 ， 并 且 把 这 种 方 法 使 用 在 城 堡 大 桥 上 。 通 过 熔 铸 一 个 扩 大 的 部 分 1.1m 在 每 桩 上 面 ， 距 离 到 桩 下 减 少 了 1
6、m 直 径 ，并 且 薄 膜 的 间 距 在 垫 层 的 增 加 因 而 被 减 少 了 。 假 设 成 拱 形 的 作 用 在 承 台依 靠 角 度 458 从 堆 到 垫 层 的 上 面 ， 可 能 相 应 地 减 少 石 头 的 深 度 。 通 过 合 理 的设 计 ， 垫 层 的 整 体 深 度 从 1500 毫 米 减 少 了 到 900 毫 米 。 这 样 减 少 了 挖掘 深 度 并 保 留 了 原 始 的 底 层 。 .垫 层 路 堤 上 升 到 最 大 高 度 6.3 m 的 车 道 高 程 。 为 了 减 少 蔓 延 的 路 堤 ，招 标 设 计 最 初 面 临 混 凝 土
7、 预 制 板 垂 直 侧 壁 。 这 是 后 来 修 正 的 在 投 标 阶 段用 红 砖 砌 筑 的 垂 直 墙 壁 ， 迫 使 改 变 设 计 中 的 钢 筋 路 堤 。 路 基 被 分 包 两 个部 分 以 坦 萨 为 基 础 和 规 范 发 展 的 佩 尔 弗 里 斯 赫 曼 恩 路 段 。 其 系 统 组 成 的单 轴 土 工 格 栅 在 不 同 规 定 垂 直 间 隔 的 压 实 颗 粒 物 质 。 颗 粒 状 材 料 ， 符 合 高速 公 路 规 范 做 路 堤 材 料 的 相 关 规 定 。 该 网 格 ， 挂 靠 在 干 燥 的 混 凝 土 砌 块上 形 成 近 垂 直 的
8、路 堤 。 被 垂 直 排 水 层 分 开 。 在 两 者 之 间 安 装 了 隔 水 带 并且 在 前 面 修 建 了 砖 砌 饰 面 。 四 、 桥 梁 和 桥 墩桥 面 包 括 预 制 预 应 力 混 凝 土 梁 和 一 块 跨 度 20m 的 现 浇 钢 筋 混 凝 土 平 板 。图 4 和 5 显 示 桥 梁 的 长 度 和 横 断 面 。 在 加 强 的 桥 台 建 立 支 撑 梁 。 在 支 撑梁 区 域 凸 显 了 桥 台 狭 窄 的 特 点 ， 并 且 这 些 太 狭 窄 的 桥 台不 能 避 免 的 退 出 工 作 结 构 ， 并 对 混 凝 土 砌 块 侧 壁 的 河 堤
9、 产 生 压 力 。 为 了克 服 这 个 困 难 ， 把 河 堤 的 挡 土 墙 在 桥 台 附 近 扩 大 ， 并 使 之 成 为 完 全 挡 土 墙 (图 8)。 因 为 这 变 动 太 大 以 至 于 不 能 掩 藏 ， 在 砖 墙 的 上 面 放 置 的 砖 砌 和 预 制混 凝 土 做 了 加 宽 的 区 域 ， 并 在 桥 台 附 近 形 成 了 坝 肩 。 最 后 的 布 局 给 桥 梁带 来 了 增 值 效 应 并 丰 富 了 桥 梁 和 其 施 工 方 法 。一 旦 浇 注 了 混 凝 土 ， 整 个 桥 面 将 形 成 一 个 整 体 。 这 方 法 消 除 了 梁 与支
10、 撑 之 间 的 转 动 ， 因 此 ， 使 桥 面 形 成 了 一 个 统 一 的 更 加 陡 峭 坡 度 。 为 了 保 持桥 面 产 生 压 力 保 持 一 样 ， 使 桥 面 出 现 横 向 的 排 水 ， 这 是 招 标 图 纸 不 允 许 的 。 这 就 提 出 了 一 个 南 部 路 基 高 于 预 期 150 毫 米 。设 计 要 求 在 梁 和 桥 面 板 之 间 容 纳 一 些 复 杂 的 服 务 设 备 。 这 些 设 备 是 一 条250 毫 米 直 径 总 水 管 (通 过 一 条 350 毫 米 直 径 输 送 管 )， HV 电 缆 和 一 条 四种 方 式 的
11、BT 输 送 管 。 在 招 标 图 纸 上 看 这 些 服 务 设 备 是 在 桥 梁 之 间 缺 失 的 部分 通 过 ， 而 不 是 在 它 的 下 面 通 过 。 这 些 可 利 用 的 部 分 损 失 能 够 使 桥 梁 的 自 重更 小 、 结 构 减 轻 ， 而 且 桥 梁 的 截 面 尺 寸 更 大 ， 这 些 临 时 的 设 施 在 孔 中 通 过 。因 此 ， 要 求 作 出 详 细 的 安 装 说 明 ， 这 又 是 一 个 非 常 棘 手 的 工 作 。桥 梁 的 布 局 方 案 是 一 个 整 体 的 固 定 结 构 。 并 且 ， 重 新 设 计 成 了 垂 直 路
12、 线 ，以 适 应 桥 面 的 变 化 。 这 就 导 致 了 南 部 桥 台 的 升 高 ， 从 而 ， 桥 面 的 坡 度 增 加 。因 此 ， 对 上 面 的 桥 梁 产 生 了 连 锁 反 应 。 为 提 供 合 理 的 桥 面 跨 越 坡 度 ， 在 桥 南部 的 桩 相 应 的 增 长 ， 在 增 长 最 多 的 地 方 增 加 深 度 超 过 300 毫 米 。 这 要 求在 预 应 力 混 凝 土 中 增 加 更 大 预 应 力 。五 、 护 墙标 准 型 的 P2 护 墙 的 目 的 是 保 护 的 边 缘 河 堤 。 因 此 ， 对 该 小 组 提 出 了相 当 大 的 挑
13、 战 。 必 须 在 原 先 的 位 置 浇 注 钢 筋 混 凝 土 ， 承 包 商 对 这 种 解 决 方 案提 出 了 健 康 与 安 全 问 题 ， 因 为 在 地 面 上 浇 注 6m 的 边 缘 梁 是 十 分 危 险 的 ，必 须 要 用 到 更 多 的 脚 手 架 和 永 久 模 板 ， 并 且 ， 施 工 将 延 长 几 个 星 期 ， 工 期 将更 加 紧 张 。为 此 ， 承 包 商 建 议 使 用 预 制 混 凝 土 栏 杆 来 替 代 在 原 处 浇 注 混 凝 土 。 然 而 ，由 于 桥 梁 采 用 的 是 最 小 半 径 ， 所 以 每 个 混 凝 土 梁 的 长
14、 度 受 到 限 制 ， 以 避 免 出现 外 观 问 题 。 并 且 计 算 表 明 混 凝 土 栏 杆 会 受 到 使 用 限 制 。另 外 一 种 折 衷 的 解 决 办 法 包 括 一 个 预 制 件 和 边 缘 现 浇 的 行 人 /自 行 车道 建 设 ， 最 终 克 服 了 这 些 问 题 。 为 了 实 现 理 想 的 效 果 ， 边 梁 的 预 制 需 要 的 足够 的 大 小 和 形 状 的 砖 块 ， 以 确 保 边 缘 的 路 堤 稳 定 。 此 外 ， 双 方 每 个 单 位 将需 要 略 锥 形 ， 以 适 应 半 径 的 弯 道 ， 并 且 护 墙 后 螺 栓 支
15、 持 摇 篮 要 预 先 安 装 在正 确 的 间 距 上 。 由 于 设 计 师 和 承 包 商 通 力 合 作 ， 盘 区 类 型 的 数 量 从 30减 少 到 17， 排 列 在 长 度 从 最 多 3.65 m 减 少 到 最 小 限 度 1.98 m， 并 保 留栏 杆 位 置 恒 定 间 距 沿 堤 防 的 主 要 长 度 （ 如 图 9） 。预 制 的 构 件 通 过 现 场 浇 注 在 一 起 ， 形 成 了 一 个 整 体 。 同 时 连 栏 杆 和 扩 大的 路 堤 也 浇 注 在 一 起 。 把 桥 面 板 浇 注 在 一 起 ， 使 之 形 成 梁 。 并 且 桥 面
16、 板 做 了脚 趾 形 设 计 ， 利 用 其 摩 擦 力 来 抵 抗 栏 杆 的 偶 然 荷 载 ， 用 连 续 的 桥 面 板 和 悬 臂式 结 构 抵 抗 外 部 的 对 桥 面 的 扭 转 和 倾 覆 力 。P2 支 持 部 分 被 做 成 水 平 并 且 与 桥 梁 完 美 的 组 合 在 一 起 。 而 末 端 被 混 凝 土掩 盖 保 证 了 外 观 的 整 洁 。六 、 运 作在 整 个 计 划 中 最 值 得 欣 慰 的 是 能 够 很 好 的 维 护 各 个 方 面 的 关 系 。 大 家 在工 程 合 同 约 定 下 一 起 工 作 ， 在 出 现 矛 盾 之 前 ， 举
17、 行 定 期 会 议 时 告 知 承 包 商 、设 计 师 、 客 户 的 工 程 师 和 客 户 的 建 筑 师 工 程 之 间 相 互 通 告 事 情 的 最 新 事 态 发展 和 处 理 的 意 见 。 并 且 在 感 兴 趣 的 方 面 打 开 信 息 交 换 的 通 道 适 时 的 通 信 ， 例如 处 理 好 铁 路 轨 道 等 ， 并 按 要 求 保 证 资 金 适 时 到 位 。 在 遇 到 工 程 最 后 期 限 紧张 时 或 发 现 设 计 图 纸 有 小 遗 漏 时 要 以 专 业 的 方 式 进 行 沟 通 。 这 事 成 为 承 包 商在 整 个 合 同 期 间 维
18、护 信 用 的 关 键 。七 、 摘 要锁 城 大 桥 是 集 现 代 和 创 新 于 一 体 的 设 计 （ 图 9） 。 加 上 其 美 丽 的 外 观 ，不 仅 美 化 了 当 地 环 境 。 还 增 加 了 外 界 联 系 。 更 有 利 于 新 住 宅 的 发 展 。 并 且 在桥 的 南 部 还 建 立 了 一 个 公 园 ， 这 将 提 高 大 桥 的 地 位 和 整 体 的 外 观 。 在 今 后 几年 里 ， 锁 城 大 桥 将 是 所 有 参 与 建 造 者 的 自 豪 。参 考 文 献Nowak.A.S.（1995 年） 。 “桥梁设计方法的校准” 研究所硕士论文 121
19、（8） ，1245-1251；Nowak.A.S.（1999 年） 。 “桥梁设计规范中设计方法的校准” ， 运输研究会368 号 NCHRP 报告,华盛顿；Nowak.A.S.（1993 年） 。 “公路桥的活荷载模型” ， J. Struct.Safety,13（12）, 5366.dsen.B.和 Nielsen.P.C.（1978 年 a） 。 “横梁和纵梁的测试” ， 加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学土木工程系的汇总报告；Madsen.B.和 Nielsen.P.C.（1978 年 b） 。 “1977 年六月到 1978 年五月，在加拿大做了抗弯实验” ， 加拿大温哥华市不列颠哥伦比
20、亚大学土木工程系工程部门出版的 25 号结构研究丛书；Castle Bridge, Weston-Super-Mare, UK1. INTRODUCTIONThis paper describes a minimal-cost solution to a road bridgeover a railway, on a restricted site, to open up land for residential development. Locking Castle is an area under heavy residential development on the eastern s
21、ide of Weston-Super Mare. Overseeing the development and client for the bridge isLocking Castle Limited, a company owned in consortium by two major house builders. The planning authority is North Somerset District Council (NSDC). The development area is splitin half by the Bristol to Exeter main rai
22、lway line. Planning conditions for the area stipulated that the southern area couldnot be inhabited until a crossing of this railway line had beenbuilt. Fig. 1 shows the Locking Castle development and theimportance of the bridge to the area.The clients engineer, Arup, agreed general design principle
23、sand the preliminary Approval in Principle (AIP) with NSDCprior to the issue of tender documents.The contract was awarded to Dean & Dyball in July 2000 for atender value of 131 million and the contract period was set at34 weeks for a completion in April 2001. A simpliedprogramme is shown in Fig. 2.2
24、. GROUNDWORKSDuring the tender stage Pell Frischmann looked at a number ofrenements to the tender design and following the award of thescheme undertook a full value engineering exercise in conjunction with the contractor, Dean & Dyball. Theoriginaldesign called for steel H-piles under the bridge abu
25、tment areasadjacent to the railway line where limited vertical movement ofthe track was essential. Following a review of the groundconditions and based on previous experience, the team successfully argued that cast-in-situ displacement piles, usedelsewhere under the embankments, could be driven clos
26、er tothe tracks without any problem. The tracks were monitoredduring piling operations and level changes of less than 6 mmwere recorded along the affected section.The ground conditions at the site consist of made groundoverlying up to 19 m of soft alluvial clay. Below this either a2 m layer of rm/st
27、iff clay on mudstone or sandstone bedrockexists. Two types of driven cast-in-situ piles were designed byKeller, 340 and 380 mm in diameter, to cope with the differentloading conditions caused by the bridge and the embankment.These were driven to refusal from the existing ground level. Thepoor ground
28、 contributed to rapid pile installation and rates of up to eight piles a day were recorded. The total driven lengthranged between 22 and 24 m. Pile design information is shownin Table 1. Tests conrmed the integrity of the design andindicated a maximum settlement at working load of 6 mm.3. LOAD TRANS
29、FERMATTRESS AND EMBANKMENTSThe piles were used to support a load transfer mattress,which was constructed fromlayers of stone and geomembrane grids. Enlarged head piles had been shown on the tender drawing but, again drawing on previous experience, Pell Frischmann demonstrated that this design method
30、 could be utilised to reduce the depth of themattress and it was suggested that this approach be employed at Locking Castle. By casting an enlarged head of 11 m diameter at the top of each pile, the distance to the next pile was reduced and thus the span of the geomembranes in the mattress layers wa
31、s decreased. Given that the arching effect in the mattress relies on an angle of 458 from the pile to the top of the mattress, the depth of stone could be reduced accordingly.The overall depth of the mattress was reduced from 1500 mm to 900 mm by rationalising the design in this way. This also led t
32、o savings in reduced excavation to the original ground level (Fig.3).Above the mattress the embankment rises to a maximum height of 63 m to carriageway level. To reduce the spread of the embankment, the tender design originally indicated faced precast concrete panels to vertical sidewalls. This was
33、amended later in the tender stage to vertical walls of class A red brickwork, forcing a change in the design of the reinforced embankment. The design of the embankment was subcontracted to Tensar, based on a specication developed by Pell Frischmann. Their system comprised uniaxial geogrids laid at v
34、arying vertical spacing on compacted granular material. Class 6I/J granular material, in accordance with the Specication for Highway Works1was specied and this made up the bulk of the embankment. The grids were then anchored to dry-laid interlocking concrete blocks forming the near-vertical face of
35、the embankment. A vertical drainage layer separated the 6I/J material from the concrete blocks. Ties were installed between the joints in the concrete blocks and the class A brickwork facing was constructed in front. Fig. 4shows the embankment crosssection.4. BRIDGE AND ABUTMENTSThe bridge deck cons
36、isted of prestressed Y3 precast concrete beams and an in situ reinforced concrete slab spanning 20 mover the railway lines. Figs 5 and 6 show the long- and crosssection of the bridge. The beams were supported on bankseats founded on the reinforced embankments. The narrow nature of the embankments wa
37、s accentuated at the bankseat area sand it was soon obvious that these were too narrow to avoidresting the structure on the concrete block sidewalls of theembankments. To overcome this, the embankments werewidened locally in the vicinity of the abutments to enable thebankseat to sit wholly on the em
38、bankment (Fig. 7). As this change was too large to hide, a feature was made of the widened area by the use of strong right angles in the brickwork and pre-cast concrete (PCC) agstones laid around the top of the brick wall adjacent to the abutments. The nal layout gave added effect and accentuated th
39、e bridge and its approaches.Once placed, the PCC beams were cast into each bankseat by the addition of an integral endwall. This eliminated the need for bearings and movement joints, thus creating an integral and steeper gradients on the approach roads. Pressure to keep the deck construction as shal
40、low as possible came also from the discovery that the original tender drawings had not allowed for a deck crossfall to shed water. This raised the southernembankment 150 mm higher than anticipated.The design was further complicated by the requirement to accommodate services under the bridge deck, be
41、tween the beams, and through the integral end wall. These services were a 250 mm diameter water main (through a 350 mm diameter duct), an HV electric cable and a four-way BT duct. The loss of section was overcome by agreement to run the electric cable over the top of the deck, rather than below it,
42、as it was notphysically possible to bring it through the identied location on the tender drawings. The loss of available wall section led to the requirement for smaller numbers of, but larger diameter, bars tted around the holes through the endwalls. This is turn made the detailing and tting of thes
43、e bars one of the trickiest elements of the job.Although generally xed by the layout of the overall scheme, the vertical road alignment was redesigned to accommodate the change in alignment of the bridge deck. This led to an increased gradient on the southern embankment but also had a knock-on effec
44、t on the loading of the bridge. To provide a reasonable rollover across the deck from the steep gradients on either side, the depth of surfacing increased to over 300 mm at its deepest point. This greater loading increased the amount of prestressing in the PCC beams.5. APPROACH EMBANKMENT PARAPETSSt
45、andard parapets of type P2 were designed to protect the edges of the approach embankments and the support for these presented the team with a considerable challenge. Originally shown as in situ reinforced concrete, it soon became clear that this solution would provide the contractor with a signicant
46、 health and safety problem. Casting edge beams 6 m above the ground was potentially dangerous, required a lot of scaffolding mand permanent formwork, and would add weeks to the tight construction programme.To overcome this, the contractor proposed using precast concrete parapet supports in lieu of i
47、n situ. However, due to the tight centreline radii on the bridge approaches (50 m radius), the length of each PCC section would need to be limited to avoid a threepenny piece appearance. This created its ownproblems when design calculations showed that accidental loadings on the parapet would not be
48、 restrained by the use of small discrete PCC units.A compromise solution consisting of a precast edge piece and an in situ section under the footway/cycleway construction was eventually developed to overcome the problems. To achieve the desired effect, the precast edge beam would need to be of sufci
49、ent size and shape to rest on the brick/block edging of the embankment without being unstable. In addition, the sides of each unit would need to be slightly tapered to accommodate the radii of the bends, and the parapet support post bolt cradle would need to be pre-installed at the correct spacing. Team work between the designer and contractor led to a reduction in the number of panel types from 30 to 17, ranging in length from a maximum of 365 m to a minimum of 198 m, while keeping the parapet posts at a constant spacing along the main length
