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  摘要：沙特麥加-麥地那高速鐵路K2+854處采用超寬預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，橋梁為多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，該超寬箱梁采用單箱六室截面，最寬處達(dá)到67.3米。為了確保橋梁安全，對(duì)超寬箱梁自重作用下的應(yīng)力分布分別采用梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元進(jìn)行的分析，對(duì)超寬箱梁的剪力滯效應(yīng)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，正應(yīng)力最大值和最小值相差15%左右，在設(shè)計(jì)時(shí)不可忽略。施工時(shí)采用新型滿堂支架施工，滿堂支架為門式支架，立桿直徑為Φ60X4.0。因?yàn)闃蛄撼瑢?，在施工過程中采用分層分段施工的方法，腹板混凝土的約束作用，易在強(qiáng)度還未充分發(fā)展的頂板混凝土中產(chǎn)生裂縫。因拉應(yīng)力的存在,需合理配筋，限制裂縫的開展。因鋼筋布置密集，混凝土澆筑時(shí)采用自密實(shí)混凝土，避免了振搗，保證了混凝土箱梁的施工質(zhì)量。

  關(guān)鍵詞：高鐵超寬預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，單箱六室截面，新型門式支架，剪力滯效應(yīng)，自密實(shí)混凝土，溫度應(yīng)力，裂縫

  1 簡(jiǎn)介

  麥麥高鐵是沙特政府投資修建的沙特國(guó)內(nèi)的第一條設(shè)計(jì)最高時(shí)速360公里的鐵路客運(yùn)專線，連接圣城麥加和麥地那，全長(zhǎng)450.28公里。中鐵十八局集團(tuán)公司承擔(dān)K2-K183里程范圍內(nèi)的大部分鐵路橋、公路橋、駱駝通道、地下通道、涵洞等結(jié)構(gòu)物的施工,總投資金額約為10.87億里亞爾（折合約17.6億元）。其中2公里處（K2處）超大鐵路橋全長(zhǎng)1575米，共14聯(lián)40跨，各聯(lián)之間采用伸縮縫連接，施工順序不受影響。橋墩高度最高為15米，本文介紹該橋端部橋臺(tái)處一聯(lián)連續(xù)梁的設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)。該處采用超寬預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，布置形式為：（39+58+60+74+36+41+12.7）m變寬預(yù)應(yīng)力混凝土箱型連續(xù)梁橋，梁高為4米，橋面寬度由標(biāo)準(zhǔn)斷面（P6橋墩）處的20.3m變化到最寬處為67.3m（A1橋臺(tái)處），橋梁的結(jié)構(gòu)形式見圖1-2.

  2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

  該橋?yàn)辂滬湼哞F項(xiàng)目單橋最長(zhǎng)、投資最大、設(shè)計(jì)最為復(fù)雜、施工條件最差、最終設(shè)計(jì)批復(fù)較晚的一座特大橋。結(jié)構(gòu)上主要特點(diǎn)如下：

  2.1超寬箱梁

  麥麥高鐵2公里處橋梁在P3-A1（74+36+41）跨度范圍內(nèi)，箱梁頂板寬度由26m變化到到67.3m，箱梁變寬且寬度很大。箱梁最窄處采用單箱3室截面,最寬處為單箱6室截面，設(shè)置了5道中腹板,中腹板厚度為65cm,邊腹板厚度為50cm,箱梁頂板厚度為55cm,底板厚度為45cm。墩頂處設(shè)置橫隔板，橫隔板厚度為2.5m

本箱梁最寬處達(dá)到67.3m，而梁高僅為4m，跨度最大為74m,高跨比為1/10-1/18.5，寬跨比約為：1.64，寬度超過了跨度。本超寬箱梁的特點(diǎn)有：寬跨比大（1.64）、寬高比大（6.5-17）、梁高低、翼板寬。由于上述構(gòu)造特點(diǎn)，超寬箱梁在縱向受力方面與傳統(tǒng)箱梁有明顯差異，具有明顯的空間效應(yīng)。

  初等梁理論中根據(jù)平截面假定可得到同一梁高處，正應(yīng)力在箱梁的橫向分布是相同的，但對(duì)截面很寬的箱梁截面，平截面假定是不完全成立的，在同一梁高處，截面中的正應(yīng)力不是相等的。這種由于橫向剪力傳遞滯后而引起的應(yīng)力不等被稱為剪力滯效應(yīng)。一般說來箱梁截面越寬，剪力滯效應(yīng)越明顯。為得到該橋的剪力滯系數(shù)，對(duì)較寬處的3跨箱梁，分別用梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元建模分析其自重作用下的剪力滯效應(yīng)。

  可以看到,實(shí)體單元模型計(jì)算的應(yīng)力比梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算的應(yīng)力要小,考慮到實(shí)體單元按支座的實(shí)際大小施加約束條件,導(dǎo)致跨度變小,同時(shí)抗彎約束增強(qiáng),導(dǎo)致實(shí)體單元模型應(yīng)力偏小。

  從圖中可以看到，在第二段澆注底板混凝土后，最大應(yīng)力為3.3MPa，出現(xiàn)在第二次澆注混凝土的界面處，這些地方應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，降低水化熱，從而避免混凝土開裂。

  3 施工方法及措施

  3.1 施工方法

  考慮到施工當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)有施工器材、設(shè)備等實(shí)際情況，結(jié)合箱梁變寬度的特點(diǎn)，箱梁施工采用滿堂支架法施工。滿堂支架采用門式架，所用的構(gòu)件分為:標(biāo)準(zhǔn)門式架、交叉拉桿、水平拉桿、可調(diào)門式架、可調(diào)底座、可調(diào)頂托及鍍鋅鋼管等材料。門式架寬為1.2m，高1.8m；直經(jīng)采用Φ60X4.0的大口徑鋼管，最大允許受力為108.8KN?？赏ㄟ^水平拉桿進(jìn)行0.3m、0.45m、0.6m的排距或通過交叉拉桿進(jìn)行0.9m、1.2m、1.5m、1.8m、2.1m等多種排距組合；可調(diào)框架寬1.2m，高1.65m，直徑為Φ48mm,壁厚4.0mm，調(diào)節(jié)孔距為0.3m;配合可調(diào)底座及可調(diào)頂托，可調(diào)出任意標(biāo)高。鍍鋅鋼管采用Φ48X3.0的鋼管，用于水平加固桿及剪刀撐。見圖 6

  門式架托梁部分采用雙面槽鋼加木工字梁的布置。雙面槽鋼為10號(hào)單面槽鋼焊接而成，槽鋼中的間距為5cm。雙面槽鋼上鋪設(shè)80mmX200mm的木工字梁，間距根據(jù)荷載確定；最后上鋪木膠板。見圖 7

  門式滿堂支架搭設(shè)后，為確保安全，并得到支架的彈性變形和非彈性變形，對(duì)支架采用沙袋進(jìn)行了預(yù)壓，預(yù)壓結(jié)果表明結(jié)構(gòu)是安全的。

  3.2 自密實(shí)混凝土

  自密實(shí)混凝土（Self Compacting Concrete 或Self-Consolidating Concrete簡(jiǎn)稱SCC）是指混凝土在自身重力作用下，能夠自由流動(dòng)、密實(shí)，即使配筋比較致密的結(jié)構(gòu)物，也能夠很好的填充，同時(shí)獲得很好的均勻性，并不需要振搗的混凝土。隨著混凝土工程向大體積，大跨度，復(fù)雜化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)物內(nèi)配筋越來越致密，造成施工難度比較大，而高流態(tài)自密實(shí)混凝土恰好解決了這一問題。

  麥麥高鐵預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，所有的混凝土強(qiáng)度都是采用圓柱體抗壓強(qiáng)度，圓柱體試模的規(guī)格為  150mm*300mm，本配合比要求的強(qiáng)度等級(jí)為C50，根據(jù)沙特M.O.C.Circular 855/409 條款要求，本配合比采用體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)混凝土配合比需要遞交5個(gè)不同的水灰比，最終監(jiān)理根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇最佳的水灰比來進(jìn)行施工。

  3.3 超寬箱梁頂?shù)装寤炷翝仓胧?/span>

  因混凝土澆筑時(shí)混凝土方量大，大氣溫度很高（可達(dá)到46度），混凝土初凝時(shí)間因大氣溫度較高而大大縮短。為保證混凝土澆筑質(zhì)量，澆筑混凝土?xí)r采用縱向分段,高度方向分層的施工方法進(jìn)行澆注。

縱向分4段進(jìn)行澆注，分段處位于內(nèi)力包絡(luò)圖彎矩為零位置附近，以利于結(jié)構(gòu)受力。

  在高度方向采用分層澆注，第一次澆到底板上倒角處，這樣可減少一次性澆筑的混凝土方量，從而保證在混凝土初凝前順利完成澆筑。同時(shí)，梁端部較寬部位，混凝土在橫向澆筑時(shí)，橫向分段，留2到3個(gè)后澆帶，避免混凝土收縮量過大，從而產(chǎn)生裂縫。第二次澆注到頂板下倒角處，第三次澆注剩余部分混凝土。

  5 結(jié)束語

  目前，沙特麥麥高鐵的K2+854特大橋已經(jīng)竣工并得到業(yè)主和監(jiān)理工程師的驗(yàn)收，并順利進(jìn)行通車運(yùn)營(yíng)。通過工程實(shí)踐，可得到結(jié)論如下：

  （1）對(duì)超寬混凝土箱梁采用新型門式滿堂支架進(jìn)行現(xiàn)澆施工是成功的，不僅保證了施工順利進(jìn)行，而其增加了工作面，保證了工程在較短的時(shí)間內(nèi)完成。

  （2）超寬箱梁剪力滯效應(yīng)比較明顯，通過分析，最大應(yīng)力和最小應(yīng)力相差15%左右，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮剪力滯效應(yīng)的影響。

  （3）超寬箱梁施工時(shí)采用采用合理的澆筑順序是必要的，要采用適當(dāng)措施，限制橫向裂縫的擴(kuò)展。

  （4）采用自密實(shí)混凝土施工，免除了振搗，減少了蜂窩麻面等現(xiàn)象的發(fā)生，保證了混凝土的質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期目的，滿足項(xiàng)目規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

  總之，通過對(duì)沙特麥麥高鐵k2+854超寬預(yù)應(yīng)力箱梁施工方法等進(jìn)行分析研究，結(jié)合在實(shí)際施工中的應(yīng)用，本項(xiàng)目形成了一套完善的施工工藝，可為國(guó)內(nèi)外類似復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程施工提供借鑒，并在確保滿足合同要求的工期和質(zhì)量的前提下，節(jié)約了成本，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

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[作者]：徐浚（1972-），男，本科，高級(jí)工程師，山東新泰人，研究方向：主要從事公路、鐵路、建筑工程的施工與管理。

文章轉(zhuǎn)載自：混凝土雜志（微信公眾號(hào)）