麦麦高铁超宽混凝土箱梁桥构造与施工

麦麦高铁超宽混凝土箱梁桥构造与施工

麦麦高铁超宽混凝土箱梁桥构造与施工

徐浚

中铁十八局集团国际公司，天津，300222

摘要：在沙特麦加至麦地那的高速铁路K2+854段，建设了一座使用超宽预应力混凝土箱梁的桥梁。这座桥梁采用了多跨连续梁的设计。特别的是，该超宽箱梁设计为单箱六室截面，其最宽部分宽度达到了67.3米。为确保桥梁结构稳固现浇箱梁支架施工，针对超宽箱梁在自重影响下的应力分布，我们分别运用了梁单元和实体单元进行了详尽分析。同时，对超宽箱梁的剪力滞效应也进行了深入研究。分析结果显示，正应力最大值与最小值之间的差异大约在15%左右，这一数据在设计阶段不容忽视。在施工过程中，我们采用了新型的满堂支架技术，该支架采用门式结构，立杆直径达到了Φ60X4.0。桥梁宽度超出常规，故在施工阶段实施了分层分段的施工策略，由于腹板混凝土的约束效应，顶板混凝土在强度尚未完全形成之际，容易出现裂缝。鉴于拉应力的存在，必须进行合理的钢筋配置，以控制裂缝的扩展。由于钢筋布置较为密集，混凝土浇筑时使用了自密实混凝土，从而省去了振捣工序，确保了混凝土箱梁施工质量。

高铁所采用的超宽预应力混凝土箱梁，其截面设计为单箱六室结构，使用了新型门式支架技术。在此过程中，需考虑剪力滞效应的影响，并采用自密实混凝土以降低温度应力，同时防止裂缝的产生。

1 简介

麦麦高铁由沙特政府出资建设，是我国在沙特境内首条设计速度可达360公里的高速铁路客运线路，其起终点分别为圣城麦加与麦地那，线路总长达到450.28公里。中铁十八局集团负责K2至K183区间的施工任务，涵盖了铁路桥梁、公路桥梁、骆驼通道、地下通道以及涵洞等多种结构物的建设，项目总投资额约为10.87亿里亚尔，相当于人民币17.6亿元。在距离起点2公里的位置（即K2点），该超大铁路桥的长度达到了1575米，由14个联接部分和40个跨组成，各个联接部分之间通过伸缩缝进行连接，这一设计并未对施工顺序造成任何影响。桥墩的最大高度达到了15米，本文将重点介绍该桥端部桥台所在的一联连续梁的设计与施工的独特之处。此处应用了超宽预应力混凝土箱梁桥设计，其布置方式为（39+58+60+74+36+41+12.7）米的变宽预应力混凝土箱型连续梁桥，梁体高度为4米。桥面宽度从标准断面（P6桥墩）的20.3米逐渐增大，直至最宽处的67.3米（A1桥台处）。桥梁的结构形式可参考图1-2。

2 结构特点

该桥是麦麦高铁项目中单桥长度最长、投资规模最大、设计难度最高、施工环境最为恶劣、最终设计批复时间最晚的一座特殊大桥。其结构的主要特点可以概括为：

2.1超宽箱梁

麦麦高铁在2公里位置，其桥梁位于P3-A1（74+36+41）的跨域内，该段桥梁的箱梁顶部宽度从26米增加到67.3米，箱梁的宽度显著增大。在箱梁最窄部分，采用了单箱三室截面设计，而在最宽部分，则采用了单箱六室截面。此外，该箱梁设置了五道中腹板，其中中腹板的厚度为65厘米，边腹板的厚度为50厘米，箱梁顶板的厚度为55厘米，底板的厚度则为45厘米。墩顶处设置横隔板麦麦高铁超宽混凝土箱梁桥构造与施工，横隔板厚度为2.5m

此箱梁最宽部分达67.3米，梁体高度却只有4米，其跨度最大可达74米，高跨比例介于1/10至1/18.5之间，而宽跨比约为1.64，其宽度远超跨度。该超宽箱梁具备以下特点：宽跨比显著（1.64）、宽高比较高（6.5至17）、梁体低矮、翼板宽阔。正因这些构造上的独特之处，使得超宽箱梁在纵向受力上与传统箱梁存在显著差异，并展现出明显的空间效应。

在初等梁理论中，依据平截面假设，我们可以得知，对于同一梁的高处，箱梁的正应力在横向上的分布是一致的。然而，对于截面较为宽阔的箱梁来说，平截面假设并不完全适用。在这种情况下，同一梁高处截面内的正应力并不相等。这种因横向剪力传递延迟导致的应力不均现象，我们称之为剪力滞效应。通常情况下，箱梁的截面越宽，剪力滞效应也就越为显著。为了计算该桥梁的剪力滞系数，针对该桥较宽部分的三个跨度的箱形梁，我们分别采用了梁单元和实体单元进行建模，并对其在自重影响下的剪力滞现象进行了详细的分析。

观察发现，实体单元模型所计算出的应力值相较于梁单元模型计算出的应力值有所降低。这是因为实体单元在施加约束条件时，依据支座的实际尺寸进行操作，从而使得跨度减小。此外，由于抗弯约束的加强，实体单元模型的应力值进一步减小。

观察图像可知，在第二阶段进行底板混凝土浇筑完毕后，所测得的最大应力值为3.3MPa，这一现象主要发生在第二次浇筑混凝土的接缝区域。针对这些区域，有必要加强养护措施，以减少水化热的影响，进而有效防止混凝土出现裂缝。

3 施工方法及措施

3.1 施工方法

鉴于施工地现有的施工工具和设备等具体情况，并考虑到箱梁宽度变化的特点，箱梁的施工选择了满堂支架法。在满堂支架的应用中，我们使用了门式架，其构件包括：标准门式架、交叉拉杆、水平拉杆、可调节门式架、可调节底座、可调节顶托以及镀锌钢管等多种材料。门式架的宽度为1.2米，高度为1.8米；其直径选用了Φ60X4.0规格的大口径钢管，且能够承受的最大荷载为108.8千牛。使用水平拉杆，可实现0.3米、0.45米、0.6米的排距设置，或通过交叉拉杆组合，达到0.9米、1.2米、1.5米、1.8米、2.1米等多种排距；框架宽度可调节至1.2米，高度为1.65米，直径为Φ48毫米，壁厚为4.0毫米，调节孔距为0.3米；结合可调底座和顶托，能够调整至任意所需标高。本产品选用直径为48毫米、壁厚为3.0毫米的镀锌钢管，主要应用于水平加固杆和剪刀撑的加固。具体结构可参考图6。

门式架的托梁区域使用了双面槽钢与木工字梁相结合的布局设计。这些双面槽钢是由10号单面槽钢焊接而成，其间距保持在5厘米。在双面槽钢之上，铺设了尺寸为80毫米乘以200毫米的木工字梁，其间隔则依据所承受的荷载来决定；最上层则是铺设了木胶板。具体可参考图7。

门式满堂支架搭建完成之后，为了保障施工安全，同时检测支架的弹性与非线性变形情况，我们对其施加了沙袋预压处理。经过预压测试，结果显示该结构的安全性得到了有效保障。

3.2 自密实混凝土

自密实混凝土现浇箱梁支架施工，亦称SCC，系指在仅凭自身重量作用下，混凝土便能实现流畅流动和紧密填充的材料。即便在配筋密集的结构中，它也能有效填充空隙，确保均匀性，且无需借助振动设备。混凝土工程逐渐趋向于大规模、宽跨度和结构复杂化麦麦高铁超宽混凝土箱梁桥构造与施工，导致结构内部钢筋布置愈发密集，这无疑增加了施工的难度。然而，高流动性自密实混凝土的出现，恰好有效地解决了这一难题。

在麦麦高铁的预应力混凝土桥梁设计过程中，混凝土的强度均依据圆柱体抗压强度标准进行评估，所使用的圆柱体试模尺寸为150mm×300mm。按照既定的配合比，所需的强度等级为C50。依据沙特M.O.C.Circular 855/409的相关规定，本设计采用体积法，每个混凝土配合比需提交5种不同的水灰比。监理单位将根据试验结果，挑选出最适合的水灰比以指导施工。

3.3 超宽箱梁顶底板混凝土浇筑措施

混凝土浇筑过程中，由于所需方量较大，环境气温异常高（最高可达46摄氏度），这导致混凝土的初凝时间显著缩短。为了确保浇筑的混凝土质量，施工过程中采取了纵向分段、分层浇筑的方法，并在高度方向上进行了细致的分层施工。

该结构采用分段式浇注，每段长度沿纵向划分，各段交界点选在应力分布图中弯矩值为零的附近，这样的布局有助于优化结构的承力效果。

在垂直方向实施分层浇筑工艺，首先将混凝土浇注至底板的倒角区域，以此降低单次浇筑的混凝土体积，确保在混凝土初凝阶段前能顺利完成浇筑作业。此外，在梁的端部较宽的部分，混凝土浇筑时采取横向分段，设置2至3个后浇带，以防止混凝土因收缩而过度膨胀，进而引发裂缝。随后，进行第二次浇筑，将混凝土浇注至顶板下的倒角区域，最后进行第三次浇筑，完成剩余混凝土的浇注。

5 结束语

截至目前，沙特麦麦高铁的K2+854特大桥已完成建设，并顺利通过了业主方及监理工程师的审核。该桥现已投入使用，通车运营进展顺利。在工程实施过程中，我们得出以下结论：

采用新型门式满堂支架对超宽混凝土箱梁进行现浇施工取得了成功，这不仅确保了施工的顺畅进行，而且扩大了工作范围，从而在较短的时间内完成了工程。

超宽箱梁的剪力滞效应相当显著，经过深入分析，其最大应力和最小应力之间的差异大约在15%左右，因此在设计阶段必须充分考虑到剪力滞效应所带来的影响。

在超宽箱梁的施工过程中，确保采用恰当的浇筑顺序至关重要，同时，必须采取有效措施现浇箱梁支架施工，以遏制横向裂缝的进一步蔓延。

采用自密实混凝土的施工方法，成功避开了振捣作业，显著降低了蜂窝麻面等问题的出现，从而确保了混凝土的整体质量，实现了既定目标，完全符合项目规范及设计标准。

综上所述，经过对沙特麦麦高铁K2+854段超宽预应力箱梁的施工技术进行深入剖析和实际应用，本工程成功构建了一套完备的施工流程。这套流程不仅适用于国内外类似复杂结构的工程建设，而且在严格遵守合同规定的工期和质量标准的同时，实现了成本的有效节约，进而带来了显著的经济效益。