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  摘要：沙特麥加-麥地那高速鐵路K2+854處采用超寬預應力混凝土箱梁橋，橋梁為多跨連續(xù)梁結構，該超寬箱梁采用單箱六室截面，最寬處達到67.3米。為了確保橋梁安全，對超寬箱梁自重作用下的應力分布分別采用梁單元和實體單元進行的分析，對超寬箱梁的剪力滯效應進行了分析，結果表明，正應力最大值和最小值相差15%左右，在設計時不可忽略。施工時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。因為橋梁超寬，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，易在強度還未充分發(fā)展的頂板混凝土中產(chǎn)生裂縫。因拉應力的存在,需合理配筋，限制裂縫的開展。因鋼筋布置密集，混凝土澆筑時采用自密實混凝土，避免了振搗，保證了混凝土箱梁的施工質(zhì)量。

  關鍵詞：高鐵超寬預應力混凝土箱梁，單箱六室截面，新型門式支架，剪力滯效應，自密實混凝土，溫度應力，裂縫

  1 簡介

  麥麥高鐵是沙特政府投資修建的沙特國內(nèi)的第一條設計最高時速360公里的鐵路客運專線，連接圣城麥加和麥地那，全長450.28公里。中鐵十八局集團公司承擔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、涵洞等結構物的施工,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處一聯(lián)連續(xù)梁的設計及施工特點。該處采用超寬預應力混凝土箱梁橋，布置形式為：（39+58+60+74+36+41+12.7）m變寬預應力混凝土箱型連續(xù)梁橋，梁高為4米，橋面寬度由標準斷面（P6橋墩）處的20.3m變化到最寬處為67.3m（A1橋臺處），橋梁的結構形式見圖1-2.

  2 結構特點

  該橋為麥麥高鐵項目單橋最長、投資最大、設計最為復雜、施工條件最差、最終設計批復較晚的一座特大橋。結構上主要特點如下：

  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。墩頂處設置橫隔板，橫隔板厚度為2.5m

本箱梁最寬處達到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。由于上述構造特點，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。

  初等梁理論中根據(jù)平截面假定可得到同一梁高處，正應力在箱梁的橫向分布是相同的，但對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，截面中的正應力不是相等的。這種由于橫向剪力傳遞滯后而引起的應力不等被稱為剪力滯效應。一般說來箱梁截面越寬，剪力滯效應越明顯。為得到該橋的剪力滯系數(shù)，對較寬處的3跨箱梁，分別用梁單元和實體單元建模分析其自重作用下的剪力滯效應。

  可以看到,實體單元模型計算的應力比梁單元模型計算的應力要小,考慮到實體單元按支座的實際大小施加約束條件,導致跨度變小,同時抗彎約束增強,導致實體單元模型應力偏小。

  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，這些地方應加強養(yǎng)護，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?shù)氐默F(xiàn)有施工器材、設備等實際情況，結合箱梁變寬度的特點，箱梁施工采用滿堂支架法施工。滿堂支架采用門式架，所用的構件分為:標準門式架、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。可通過水平拉桿進行0.3m、0.45m、0.6m的排距或通過交叉拉桿進行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號單面槽鋼焊接而成，槽鋼中的間距為5cm。雙面槽鋼上鋪設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

  門式滿堂支架搭設后，為確保安全，并得到支架的彈性變形和非彈性變形，對支架采用沙袋進行了預壓，預壓結果表明結構是安全的。

  3.2 自密實混凝土

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

  麥麥高鐵預應力混凝土橋梁設計中，所有的混凝土強度都是采用圓柱體抗壓強度，圓柱體試模的規(guī)格為  150mm*300mm，本配合比要求的強度等級為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行設計，每個混凝土配合比需要遞交5個不同的水灰比，最終監(jiān)理根據(jù)試驗結果，選擇最佳的水灰比來進行施工。

  3.3 超寬箱梁頂?shù)装寤炷翝仓胧?/span>

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

縱向分4段進行澆注，分段處位于內(nèi)力包絡圖彎矩為零位置附近，以利于結構受力。

  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，梁端部較寬部位，混凝土在橫向澆筑時，橫向分段，留2到3個后澆帶，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)理工程師的驗收，并順利進行通車運營。通過工程實踐，可得到結論如下：

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

  （2）超寬箱梁剪力滯效應比較明顯，通過分析，最大應力和最小應力相差15%左右，在設計時應考慮剪力滯效應的影響。

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

  （4）采用自密實混凝土施工，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，達到了預期目的，滿足項目規(guī)范和設計要求。

  總之，通過對沙特麥麥高鐵k2+854超寬預應力箱梁施工方法等進行分析研究，結合在實際施工中的應用，本項目形成了一套完善的施工工藝，可為國內(nèi)外類似復雜結構工程施工提供借鑒，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)濟效益。

 

  6 參考文獻

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[作者]：徐浚（1972-），男，本科，高級工程師，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。

文章轉載自：混凝土雜志（微信公眾號）