科威特海灣大橋(SJSC)是一個橫跨科威特海灣的大型橋樑項目。它由兩個部分組成:主線和多哈聯絡線。建成後的多哈聯絡線將減少從科威特城到多哈半島的時間，約從30分鐘減少到7分鐘，並提供在兩個方向上自由流動的交通。該項目預計於2018年12月底完工。
科威特海灣大橋項目是科威特2035年國家發展計劃的一部分，2013年主線開始建設，2014 年多哈聯絡線也隨之開工，目前仍處於建設過程中，並計劃在2018年底完成。這座橋以科威特第13位埃米爾的名字命名，以紀念他對科威特發展的貢獻。科威特公共工程部帶頭開展該項目，不僅主導該項目，還在建設過程中投入了極大的熱情和持續的關注。
科威特公共工程部簽署的這份為期48個月的合同，合同金額總計165,708,000KD，約合5.5億美元。2014年10月，與韓國GS工程建設公司簽署合同，進行多哈聯絡線項目的設計和建設，以及建設後5年的維修期。
多哈聯絡線項目由娛樂城互通、多哈半島公路、多哈互通及跨海大橋組成。跨海大橋的西引橋長度為5.22km，主橋長度為600m，東引橋為1.90km。橋樑橫斷面佈置與主線一致，採用6車道，單幅寬度達17m。
開創性的橋樑設計
最初，跨海大橋項目被設想為一個項目，即主線和多哈聯絡線，但是為了加快工程的完成，該項目被分成兩份合同：主線（36.14km）和多哈聯絡線（12.4km）。
圖1 多哈聯絡線項目
該項目由來自世界各地的主要工程、設計和工程項目公司參與和合作，包括美國、法國、中國香港、韓國、德國、意大利和奧地利，當然還有貝魯特和開羅的Dar辦公室。
其他如現代工程建築、G.S.工程建設公司、Systra、AECOM、Tony Gee & Partners、Trevi、Fugro等歐美大公司， 以及現代鋼鐵、Jenoptik、Swarco和Solari等供應商也參與其中。
該跨海大橋是世界上建造在海上的最長的橋樑之一。目前，主線跨海大橋是世界上的第四長橋。主線和多哈聯絡線構成了世界上最長的橋樑。
橋樑的結構設計是基於AASHTO荷載抗力系數的LRFD 橋樑設計標準，並輔以科威特道路和橋樑工程設計標準手冊，以及Eurocodes EN1991-1-4:2005歐洲標準。
造型奇特的橋塔設計
主線工程中的標誌性橋樑是一座斜拉橋，其橋塔受到傳統帆船的啟發，並結合科威特的傳統和歷史主題設計而成。塔高約151m，與著名的科威特塔高度差不多。橋樑總長340m，跨徑佈置為60+177+40+63m，共4跨。橋下通航淨空為120×23m，便於船舶進出多哈港。
圖2 帆船造型的橋塔
主橋上部結構由2×2個長度60m預製混凝土梁、2個工廠製造長度82m的鋼樑、2×2長度2×64m和2×74m的鋼混疊合梁組成。主樑與塔在P3-M、P3'-M墩通過連接橫樑剛接，在 P1-M, P2-M 墩P4-M可縱向自由滑動，採用了3*4 個滑動盆式支座。8對斜拉索錨固於主樑東西主樑之間的橫樑和塔身混凝土腿上。
橋塔不同以往斜拉橋，採用無背索斜拉橋而非常奇特。橋塔採用桁架結構，可以省去傳統的背索。最長一根斜拉索由72根7絲鋼絞線組成，最大承載能力為2000t，長度248m，外徑250mm。最短一根由55根鋼絞線組成，最大承載能力1500t，長度為38m，外徑200mm。混凝土梁分別在Subiyah/科威特製造，鋼樑在韓國製造，組合梁的鋼樑在韓國製造，混凝土部分在Subiyah預製，也在Subiyah完成組裝。
橋塔採用混合結構桁架，混凝土腿在現場施工，另一側為2根圓形鋼管。混凝土腿尺寸變化，最大為半徑7.2m半圓形，另一側鋼管直徑為1.5m。鋼腿與混凝土腿之間採用豎杆與斜杆連接，直徑0.50m～1.10m。混凝土腿採用爬模施工，分為43節段施工，所有橋塔鋼構件均在韓國製造。橋塔鋼構件、混凝土梁、複合結構梁和鋼樑均採用2200t浮吊安裝。
圖3 主塔施工
南島與北島之間的1 3 . 8 5 5 k m 海上橋樑標高為+14.0mPWD，主橋兩側標高抬高至+32.0m,以保證23m的通航淨高。
東西引橋上部結構採用跨徑40m的預應力混凝土箱梁， 高度為2.5m，每片箱梁重量約950t。在底板縱向和頂板橫向分別設置了先張法預應力筋，並將體系由簡支梁轉變為連續梁，聯長320m。
單樁獨柱的下部結構基礎
主橋基礎為38根3m直徑鑽孔灌注樁，樁長在33m至60m 之間。承臺位於海平面之下，採用圓形和方形預製鋼筋混凝土外殼模板（PC houses）進行澆築，兩個圓形預製混凝土外模重達1800t，直徑23m，高度為13m，其中7m為混凝土結構，6m為臨時鋼圍堰。圓形預製混凝土外模用於澆築151m高的塔基礎，具體為2×7根鑽孔樁。另外三個尺寸為14×14m的方形預製混凝土外模用於澆築P1-M、P2-M、P3-M墩，基礎為每墩8根樁，外模重量為1800t，永久混凝土高度為3.5m，臨時鋼圍堰高度為6m。
採用2200t浮吊將上述5個預製外模安裝到位；外模在Subiyah預製與組裝。承臺施工完畢之後，進行主橋錐形墩身施工，墩身直徑5.0m到3.0m變化。
主橋與引橋基礎均採用單樁獨柱，40m跨徑和60m跨徑分別對應的樁基直徑為2.5m和3.0m，樁長為20m～40m。之所以採用單樁獨柱這種方案，有以下幾個優點：施工速度更快，避免了承臺施工，能把對當地敏感的動植物生態系統影響降到最小。
主樑採用逐孔預製的安裝方案，每天可以架設兩片箱梁，並採用世界上最大噸位的架橋機，該架橋機可適用於30m～60m的跨徑，最大重量可達1700t。
放棄傳統的施工工法
不像傳統的斜拉橋施工方法，主橋沒有采用懸臂拼裝工法，而是利用海上引橋標準梁段的安裝裝備來施工主橋。主橋的設計、製造及長度、重量都是按照2200t浮吊的能力來定向設計的。
圖4 四臺425噸輪胎式運梁車聯合搬運箱梁
主橋一共採用了3個臨時鋼墩身，兩個安裝在P3-M、P3'-M的承臺上。另一個鋼墩身安裝在P2-M和P3-M墩之間的臨時基礎上，以承擔82m長鋼樑的重量，這樣2200t浮吊也能夠吊得起該段鋼樑。
同時，還建立了一個數值計算機模型，分析了各階段的施工過程，保證了橋樑在各階段的完整性。因此，對橋樑構件的結構幾何進行定期的測量，在每個施工階段對斜拉索力進行監測，並與從計算機模型中得到的相應的設計幾何參數和斜拉索力進行比較。
大橋大部分處於潮間帶，只有中間部分處於Suleibihat灣的深水區中，水深在0.5m～13.5m（高潮位）。
沿著路線方向，佈設了棧橋，提供了紮實的施工平臺，與陸地施工基本相同，避免了水中施工，這使得海洋氣候環境下可以持續施工，棧橋使得鑽機、吊機等施工裝備進入工地非常方便。鑽機採用 Soilmec SA40，最高施工速度可達到每週5根樁基。40m制梁達到每月14片，共含兩個臺座，一個用於鋼筋綁紮，一個用於混凝土澆築與養護。
圖5 兩部850噸輪胎式龍門吊（搬運機）
為了建立適宜的蒸養曲線，在梁的不同位置埋入了熱電偶溫度，測得水合作用及強度增長階段的溫度分佈。並得到了適用於科威特氣候的蒸汽養護曲線，用於所有40m梁的預製。蒸汽養護時間為13小時，最高溫度維持在55℃， 需要注意的是，冬季大氣溫度比較低時，溫度冷卻時間最長需要4小時。
60m梁及過渡梁在室外預製；分兩階段預製，先是底板與腹板，第二階段施工頂板。縱向與橫向採用後張預應力法。
軟體動物的攻擊使下部結構處於危險之中，其中一個主要的危險是當地的軟體動物，也被稱為“穿石貝”或“海洋鑽子”。這些鑽巖的生物在阿拉伯海灣很常見，附著在地下結構上的大量生物,可能對混凝土的結構完整性構成嚴重威脅。這些軟體動物能夠在石灰岩和某些類型的混凝土中挖掘，方法是用它們產生的酸來溶解石灰石。生物導致的缺陷可以破壞混凝土，使樁的鋼筋浸到腐蝕性海水中。然而，由於軟體動物的酸作用於石灰岩上，因此決定在混凝土混合物中使用非鈣質花崗岩和輝長岩骨料，在開始之前堵住這些洞。此外，樁基礎還採用了不會被鏽蝕的鋼筋。
圖6 鋼筋籠架設
1800噸/60米架橋機的挑戰
進入21世紀以來，橋樑裝備不斷大型化，在巨型工程中發揮越來越重要的作用。2005年前後，杭州灣大橋和韓國仁川大橋採用了50m跨徑、重量1400t的整孔預製箱梁技術，研發了相應的架橋機。在科威特海灣大橋，需要研究適應60m跨徑1800t重的混凝土箱梁的架橋機及相應裝備， 這是一項全新的挑戰。
圖7 橋墩混凝土施工現場
科威特海灣大橋的主線採用兩種架設方案，其中， 中段13855m採用浮吊整體安裝，兩端4040m+7820m採用架橋機架設。該項目架橋機的新挑戰是：要適應箱梁跨徑35m～60m的變化、1200m的最小曲線半徑、有橋面板加寬段箱梁，以及要適應其他小曲線半徑運梁、多次海面上安裝架橋機、改造運梁車等。
圖8 混凝土施工
而1800t架橋機SDI1800 LG 的主要技術參數——可以適用的梁長範圍在35m、40m、45m、60m；最小平面半徑在1200m；最大縱坡為1%；起重能力為1800噸；全程加載提升速度在0～0.5m/min，卸載在0～1m/min；移動速度為0～10m/min。
圖9 混凝土蒸養曲線
科威特海灣大橋架橋機及運梁車對設計荷載控制有特殊的影響，表現在——
1.架橋機自重大，相當於一片箱梁的重量；
2.架設荷載須直接傳遞到墩身；
3.滿足60m梁的同時，還要滿足40m梁的架設要求；
4.要考慮架橋機、運梁車安裝、拆除階段的荷載；
5.受到橋面加寬箱梁架設影響。
其主要技術特點為：架橋機（LG）的2#、3#腿能夠適應500mm的橫向變位，以實現曲線段架樑；架橋機2#、3#、4#腿能夠實現縱向移動，以適應跨徑變化；採用浮吊組裝和拆除橋面上的架橋機和運梁車；架橋機可以通過運梁車運輸移位；架橋機和運梁車的主要部件採用駁船轉運。
圖10 1800t架橋機模型圖
南島與北島的最後一孔是變寬箱梁，箱梁中心至梁板翼緣的距離從8.5m逐步變化到11.8m，架橋機4號腿需要適應這個變化。架橋機通過運梁車，經過半徑僅僅為200m的南島匝道，運梁車需要適應橋樑寬度的變化。
積極互動的項目管理經驗
從一開始，為了完成這樣一個大型項目的設計階段， 包括準備無數設計報告、計算書，成千上萬的圖紙，進行獨立設計檢查，顧問審核團隊的審查和評論等，要求參與各方必須密切協作和合作。設計質詢和問題雖然出現了， 但通過會議、電子郵件、電話、會議、視頻電話，以及承包商的設計師多次訪問Dar和TYLIN審閱人員辦公室，來得到解決。還在科威特舉行了進一步的專題會議，以供設計人員清除所有遺留的主要設計問題。在進行項目工作時，所有各方都奔著“雙贏”的結果，齊心協力，這種健康的、積極和互補協作的精神非常少見。
在交通管制、運營和維修過程中，分別在Shuwaikh和Subiyah兩處面積35萬平方米和60萬平方米的區域，填築了兩個人工島嶼，海灣島南部和北部，每個島嶼面積30萬平方米。並在其中運用了不同的土壤改良方法，如分層壓實、動態壓實、動態置換、振動位移，以及利用垂直排水管進行土壤固結，進行填海工程。在填海區域內，建造了31座行政和服務大樓和兩個遊船碼頭，以控制和管理交通，並對橋樑結構進行操作和維護。
該項目的交通監控、操作和維修方面由Shuwaikh地區的主控制樓，和位於兩個人工島嶼的三個二級控制建築物管理。智能交通系統(ITS)是一種先進的結構健康監測系統,包括視頻監控、抓拍相機、電子情報板、SCADA系統，一個光纖網絡，一個封閉的無線電通信系統，安裝在四個控制建築物之間，以保證高效的交通管理、操作和維護項目的結構元素。
通過這樣一個項目，參與其中的客戶、顧問和承包商相互尊重彼此的角色和職責，保持非常透明的關係，友好和專業地討論所有問題，共同解決技術和合同問題。
作者 / 王昌將
作者單位 / 浙江省交通規劃設計研究院
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