摘要：沙特麦加-麦地那高速铁路K2+854处采用超宽预应力混凝土箱梁桥，桥梁为多跨连续梁结构，该超宽箱梁采用单箱六室截面，最宽处达到67.3米。为了确保桥梁安全，对超宽箱梁自重作用下的应力分布分别采用梁单元和实体单元进行的分析，对超宽箱梁的剪力滞效应进行了分析，结果表明，正应力最大值和最小值相差15%左右，在设计时不可忽略。施工时采用新型满堂支架施工，满堂支架为门式支架，立杆直径为Φ60X4.0。因为桥梁超宽，在施工过程中采用分层分段施工的方法，腹板混凝土的约束作用，易在强度还未充分发展的顶板混凝土中产生裂缝。因拉应力的存在,需合理配筋，限制裂缝的开展。因钢筋布置密集，混凝土浇筑时采用自密实混凝土，避免了振捣，保证了混凝土箱梁的施工质量。

  关键词：高铁超宽预应力混凝土箱梁，单箱六室截面，新型门式支架，剪力滞效应，自密实混凝土，温度应力，裂缝

  1 简介

  麦麦高铁是沙特政府投资修建的沙特国内的第一条设计最高时速360公里的铁路客运专线，连接圣城麦加和麦地那，全长450.28公里。中铁十八局集团公司承担K2-K183里程范围内的大部分铁路桥、公路桥、骆驼通道、地下通道、涵洞等结构物的施工,总投资金额约为10.87亿里亚尔（折合约17.6亿元）。其中2公里处（K2处）超大铁路桥全长1575米，共14联40跨，各联之间采用伸缩缝连接，施工顺序不受影响。桥墩高度最高为15米，本文介绍该桥端部桥台处一联连续梁的设计及施工特点。该处采用超宽预应力混凝土箱梁桥，布置形式为：（39+58+60+74+36+41+12.7）m变宽预应力混凝土箱型连续梁桥，梁高为4米，桥面宽度由标准断面（P6桥墩）处的20.3m变化到最宽处为67.3m（A1桥台处），桥梁的结构形式见图1-2.

  2 结构特点

  该桥为麦麦高铁项目单桥最长、投资最大、设计最为复杂、施工条件最差、最终设计批复较晚的一座特大桥。结构上主要特点如下：

  2.1超宽箱梁

  麦麦高铁2公里处桥梁在P3-A1（74+36+41）跨度范围内，箱梁顶板宽度由26m变化到到67.3m，箱梁变宽且宽度很大。箱梁最窄处采用单箱3室截面,最宽处为单箱6室截面，设置了5道中腹板,中腹板厚度为65cm,边腹板厚度为50cm,箱梁顶板厚度为55cm,底板厚度为45cm。墩顶处设置横隔板，横隔板厚度为2.5m

本箱梁最宽处达到67.3m，而梁高仅为4m，跨度最大为74m,高跨比为1/10-1/18.5，宽跨比约为：1.64，宽度超过了跨度。本超宽箱梁的特点有：宽跨比大（1.64）、宽高比大（6.5-17）、梁高低、翼板宽。由于上述构造特点，超宽箱梁在纵向受力方面与传统箱梁有明显差异，具有明显的空间效应。

  初等梁理论中根据平截面假定可得到同一梁高处，正应力在箱梁的横向分布是相同的，但对截面很宽的箱梁截面，平截面假定是不完全成立的，在同一梁高处，截面中的正应力不是相等的。这种由于横向剪力传递滞后而引起的应力不等被称为剪力滞效应。一般说来箱梁截面越宽，剪力滞效应越明显。为得到该桥的剪力滞系数，对较宽处的3跨箱梁，分别用梁单元和实体单元建模分析其自重作用下的剪力滞效应。

  可以看到,实体单元模型计算的应力比梁单元模型计算的应力要小,考虑到实体单元按支座的实际大小施加约束条件,导致跨度变小,同时抗弯约束增强,导致实体单元模型应力偏小。

  从图中可以看到，在第二段浇注底板混凝土后，最大应力为3.3MPa，出现在第二次浇注混凝土的界面处，这些地方应加强养护，降低水化热，从而避免混凝土开裂。

  3 施工方法及措施

  3.1 施工方法

  考虑到施工当地的现有施工器材、设备等实际情况，结合箱梁变宽度的特点，箱梁施工采用满堂支架法施工。满堂支架采用门式架，所用的构件分为:标准门式架、交叉拉杆、水平拉杆、可调门式架、可调底座、可调顶托及镀锌钢管等材料。门式架宽为1.2m，高1.8m；直经采用Φ60X4.0的大口径钢管，最大允许受力为108.8KN。可通过水平拉杆进行0.3m、0.45m、0.6m的排距或通过交叉拉杆进行0.9m、1.2m、1.5m、1.8m、2.1m等多种排距组合；可调框架宽1.2m，高1.65m，直径为Φ48mm,壁厚4.0mm，调节孔距为0.3m;配合可调底座及可调顶托，可调出任意标高。镀锌钢管采用Φ48X3.0的钢管，用于水平加固杆及剪刀撑。见图 6

  门式架托梁部分采用双面槽钢加木工字梁的布置。双面槽钢为10号单面槽钢焊接而成，槽钢中的间距为5cm。双面槽钢上铺设80mmX200mm的木工字梁，间距根据荷载确定；最后上铺木胶板。见图 7

  门式满堂支架搭设后，为确保安全，并得到支架的弹性变形和非弹性变形，对支架采用沙袋进行了预压，预压结果表明结构是安全的。

  3.2 自密实混凝土

  自密实混凝土（Self Compacting Concrete 或Self-Consolidating Concrete简称SCC）是指混凝土在自身重力作用下，能够自由流动、密实，即使配筋比较致密的结构物，也能够很好的填充，同时获得很好的均匀性，并不需要振捣的混凝土。随着混凝土工程向大体积，大跨度，复杂化方向发展，结构物内配筋越来越致密，造成施工难度比较大，而高流态自密实混凝土恰好解决了这一问题。

  麦麦高铁预应力混凝土桥梁设计中，所有的混凝土强度都是采用圆柱体抗压强度，圆柱体试模的规格为  150mm*300mm，本配合比要求的强度等级为C50，根据沙特M.O.C.Circular 855/409 条款要求，本配合比采用体积法进行设计，每个混凝土配合比需要递交5个不同的水灰比，最终监理根据试验结果，选择最佳的水灰比来进行施工。

  3.3 超宽箱梁顶底板混凝土浇筑措施

  因混凝土浇筑时混凝土方量大，大气温度很高（可达到46度），混凝土初凝时间因大气温度较高而大大缩短。为保证混凝土浇筑质量，浇筑混凝土时采用纵向分段,高度方向分层的施工方法进行浇注。

纵向分4段进行浇注，分段处位于内力包络图弯矩为零位置附近，以利于结构受力。

  在高度方向采用分层浇注，第一次浇到底板上倒角处，这样可减少一次性浇筑的混凝土方量，从而保证在混凝土初凝前顺利完成浇筑。同时，梁端部较宽部位，混凝土在横向浇筑时，横向分段，留2到3个后浇带，避免混凝土收缩量过大，从而产生裂缝。第二次浇注到顶板下倒角处，第三次浇注剩余部分混凝土。

  5 结束语

  目前，沙特麦麦高铁的K2+854特大桥已经竣工并得到业主和监理工程师的验收，并顺利进行通车运营。通过工程实践，可得到结论如下：

  （1）对超宽混凝土箱梁采用新型门式满堂支架进行现浇施工是成功的，不仅保证了施工顺利进行，而其增加了工作面，保证了工程在较短的时间内完成。

  （2）超宽箱梁剪力滞效应比较明显，通过分析，最大应力和最小应力相差15%左右，在设计时应考虑剪力滞效应的影响。

  （3）超宽箱梁施工时采用采用合理的浇筑顺序是必要的，要采用适当措施，限制横向裂缝的扩展。

  （4）采用自密实混凝土施工，免除了振捣，减少了蜂窝麻面等现象的发生，保证了混凝土的质量，达到了预期目的，满足项目规范和设计要求。

  总之，通过对沙特麦麦高铁k2+854超宽预应力箱梁施工方法等进行分析研究，结合在实际施工中的应用，本项目形成了一套完善的施工工艺，可为国内外类似复杂结构工程施工提供借鉴，并在确保满足合同要求的工期和质量的前提下，节约了成本，从而取得良好的经济效益。

 

  6 参考文献

[1]沙特交通部规范 Generalspecifications for road and bridge construction(Kingdom of Saudi ArabiaMinistry of Communication[S].1998.11

[2]欧洲规范标准CEB-FIP ModelCode[S]. 1990

[3]郭立民、方承训《建筑施工》(第三版)[M]，中国建筑工业出版社：2006.6

[4]BS 1139-1.1:1990, Metal scaffolding – Part 1: Tubes – Section 1.1: Specification for steel tube[S]..

[5]BS 1139-2.1:1991, Metal scaffolding – Part 2: Couplers – Section 2.1: Specification for steel couplers, loose spigots andbase-plates for use in working scaffolds and false work made of steel tubes[S].

[6]BS 1139-2.2:1991, Metal scaffolding – Part 2: Couplers – Section 2.2: Specification for steel and aluminum couplers,fittings and accessories for use in tubular scaffolding[S].

[7]BS 4074: 1982, Specification for metalprops and struts[S]

[8]BS 4471: 1987, Specification forsizes of sawn and processed softwood[S].

[9]BS 5268-2:1991, Structural use oftimber –Part 2: Code of practice for permissible stress design, materials andworkmanship[S].

[10]BS 5400-1:1988, steel, concrete andcomposite bridges – Part 1: General statement[S].

[11]BS 5507-1: 1977, Methods of test forfalse work equipment – Part 1: Floor centers[S].

[12]BS 5507-3: 1982, Methods of test forfalse work equipment – Part 3: Props[S].

[13]BS 5973 : 1993, Code of practice for access and working scaffolds andspecial scaffold structures in steel[S].

[14]BS 5975 : 1996, Formwork for concrete[S].

[15] 项海帆等. 《高等桥梁结构理论》(第二版)[M]，人民交通出版社：2013.9

 

 

[作者]：徐浚（1972-），男，本科，高级工程师，山东新泰人，研究方向：主要从事公路、铁路、建筑工程的施工与管理。

文章转载自：混凝土杂志（微信公众号）