沙特麥加輕軌槽形梁的設(shè)計(jì)施工綜述

邱 冰

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 工程概況

沙特麥加輕軌是中國(guó)第一條采用EPC+O/M模式，即設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工+運(yùn)營(yíng)管理(3年)的模式的海外輕軌項(xiàng)目。位于圣城麥加，主要為緩解每年數(shù)百萬(wàn)穆斯林在麥加朝覲期間的交通壓力而修建，線路途經(jīng)米納、穆茨、阿拉法特3個(gè)主要人流集散區(qū)，正線全長(zhǎng)17.677 km，其中橋梁長(zhǎng)14.56 km，占線路總長(zhǎng)的82.4%。

線路主要經(jīng)過(guò)山區(qū)的溝谷區(qū)，地勢(shì)起伏變化較大。沿線分布的地層主要為風(fēng)積和沖洪積砂土、殘積土、花崗巖和輝長(zhǎng)巖。

沿線無(wú)地表水和地下水，沿線屬熱帶沙漠氣候。最低氣溫15 ℃，最高氣溫45 ℃，年平均氣溫25 ℃，平均年降雨量100 mm，最大風(fēng)速60 km/h。

主要不良地質(zhì)為風(fēng)沙。地震動(dòng)峰值加速度值為0.075g。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)等級(jí)：滿足斷面高峰小時(shí)客流7.2萬(wàn)人的需要；

(2)正線數(shù)目：雙線；

(3)設(shè)計(jì)行車速度：80 km/h；

(4)最小曲線半徑：正線600 m；

(5)最大坡度：40‰；

(6)動(dòng)車組類型：改進(jìn)型A型車，6+6編組。

3 標(biāo)準(zhǔn)跨槽形梁的設(shè)計(jì)

3.1 組合槽形梁的選擇

從國(guó)內(nèi)研究槽形梁的成果來(lái)看，主要總結(jié)出以下槽形梁普遍具有的優(yōu)點(diǎn)[1]如下。

(1)建筑高度低：降低車站及區(qū)間建筑高度效果顯著。

(2)降噪效果好：兩側(cè)腹板減少了車輛噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。

(3)斷面空間利用率高：主梁上翼緣可兼做檢修及旅客緊急疏散逃生通道，下部空間可布置綜合管線。

(4)行車安全：兩側(cè)主梁可兼做防撞墻，防止脫軌車輛傾覆下落。

(5)外觀美觀、視覺(jué)效果好：槽形梁梁體外型優(yōu)美，外觀較差的橋面系及車輛走行系統(tǒng)被遮擋。

而該線選用組合槽形梁除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，結(jié)合項(xiàng)目自身特點(diǎn)，還有如下原因。

(1)架設(shè)的靈活性

采用整孔預(yù)制架設(shè)的方法，在該線尤為適用。因?yàn)樵摼€施工工期緊，不確定因素多。根據(jù)沙特方面的要求，全部工程要在20個(gè)月內(nèi)完成。土建工程的施工時(shí)間只有14個(gè)月，實(shí)際施工工期還要考慮2個(gè)月的齋月朝覲的低效工作，工期將成為該項(xiàng)目最大的風(fēng)險(xiǎn)因素。而組合槽形梁最大的特點(diǎn)就是架設(shè)速度快，架設(shè)一片梁僅需2 h，并且架梁順序靈活，本線路側(cè)有現(xiàn)成的公路為施工便道，沿線沒(méi)有河流等制約橋下運(yùn)梁。這個(gè)相比整孔箱梁采用架橋機(jī)架設(shè)優(yōu)勢(shì)很大。

(2)工程造價(jià)

上部結(jié)構(gòu)組合槽形梁比同等跨度的箱梁節(jié)約15%～20%的造價(jià)，下部結(jié)構(gòu)由于軌面高程可以下降2.0 m左右，整體結(jié)構(gòu)重心下降，從而使下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)要低于箱梁。

(3)運(yùn)輸與架設(shè)

一片單線標(biāo)準(zhǔn)槽形梁質(zhì)量約160 t，采用小噸位汽車吊架設(shè)即可。架設(shè)方便靈活，無(wú)需特制的架橋機(jī)與運(yùn)梁設(shè)備，并且運(yùn)輸質(zhì)量輕，對(duì)既有運(yùn)輸公路或施工便道要求較低。

(4)槽形梁預(yù)制與儲(chǔ)存

梁場(chǎng)預(yù)制與儲(chǔ)存梁場(chǎng)地需占用10～12個(gè)月，若采用階段拼裝法需占用場(chǎng)地約6萬(wàn)m2，而槽形梁整孔預(yù)制需占用場(chǎng)地僅5萬(wàn)m2，故采用本方法節(jié)約場(chǎng)地。

(5)公路路中分隔帶的占用

若整孔箱梁或雙線大槽形梁采用節(jié)段拼裝法施工，公路路中分隔帶可以臨時(shí)被利用儲(chǔ)存梁段，因此將給地面交通帶來(lái)不便或干擾。但是組合槽形梁則不需要占用路中分隔帶，僅需將吊車置于路側(cè)，用2 h即可以架設(shè)完成一片梁。

(6)與車站的銜接適應(yīng)性

可適應(yīng)島式車站線路分離的要求，保證站內(nèi)橋梁與站外橋梁協(xié)調(diào)一致[2]。高架車站站臺(tái)形式一般為側(cè)式站臺(tái)或島式站臺(tái)。槽形梁由于其建筑高度低，可有效地降低車站的線路高程，減小站臺(tái)的提升高度，方便旅客出行，降低車站造價(jià)，并可改善線路縱斷面[3]。

(7)質(zhì)量控制

梁場(chǎng)預(yù)制，養(yǎng)護(hù)條件較好，質(zhì)量易于保證。

(8)維修檢查

由于組合槽形梁每個(gè)面均是可視可查的，維修養(yǎng)護(hù)將比箱梁更加容易，如梁體有任何裂紋等，都能及時(shí)方便檢查出來(lái)。

(9)耐久性

由于均為梁場(chǎng)預(yù)制，并且沒(méi)有接頭，組合槽形梁耐久性相對(duì)箱梁具有優(yōu)勢(shì)。

3.2 區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)跨度的選擇

25 m跨度組合槽形梁?jiǎn)纹|(zhì)量約為160 t，而30 m跨度的槽形梁約為192 t，因此25 m槽形梁在運(yùn)輸和架設(shè)上相對(duì)有優(yōu)勢(shì)，對(duì)運(yùn)梁架梁設(shè)備要求較低，對(duì)運(yùn)梁通道損傷較小?？缭焦?jié)點(diǎn)橋梁可采用30 m槽形梁或者采用連續(xù)箱梁跨越。此外，25 m槽形梁在曲線線路段適應(yīng)性更強(qiáng)。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)跨組合槽形梁設(shè)計(jì)

槽形梁采用美國(guó)規(guī)范AASHTO LRFD 2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，全跨為等截面開(kāi)口截面，斷面如圖1所示，實(shí)際梁長(zhǎng)24.90 m，頂寬5.527 m，底板寬4.738 m，頂部?jī)蓚?cè)預(yù)留76.4 cm的逃生通道，厚24 cm；腹板厚25 cm，底板中部厚28 cm，并預(yù)留1%的排水坡，坡頂位于底板中部。支座間距為4.0 m。上面鋪設(shè)無(wú)砟軌道。本梁為先張預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁，所有鋼束均布置在底板。

圖1 25 m標(biāo)準(zhǔn)組合槽形梁半斷面(單位：mm)

3.4 標(biāo)準(zhǔn)跨槽形梁的下部結(jié)構(gòu)(圖2)

圖2 標(biāo)準(zhǔn)跨墩蓋梁構(gòu)造(單位：mm)

標(biāo)準(zhǔn)跨槽形梁下部結(jié)構(gòu)蓋梁采用是一個(gè)多面體，設(shè)計(jì)靈感來(lái)自沙特的朝覲區(qū)域的白色帳篷。墩身采用圓形截面，當(dāng)墩高≤12 m時(shí)，采用1.7 m直徑；當(dāng)墩高>12 m并且≤18 m時(shí)，采用2.3 m直徑?；A(chǔ)采用的是明挖基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。其中樁基礎(chǔ)為4根1.0 m樁基礎(chǔ)。

3.5 其他設(shè)計(jì)總結(jié)

(1)組合槽形梁在道岔區(qū)是不能使用的，本項(xiàng)目道岔區(qū)主要采用多片工字梁，外側(cè)安裝槽形梁腹板，以保證全線高架橋梁整體外觀協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(2)車站軌道梁采用標(biāo)準(zhǔn)跨為12.5 m跨槽形梁，截面形式同25 m區(qū)間橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨截面。這樣有利于車站與區(qū)間的銜接過(guò)渡。

(3)跨越道路等節(jié)點(diǎn)橋跨度為30 m到45 m之間時(shí)，采用30 m跨槽形梁，加寬墩柱蓋梁，蓋梁上現(xiàn)澆或預(yù)制一段槽形梁；需要采用超過(guò)45 m跨度時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

(4)槽形梁與箱梁不同，特別需要注意的是限界問(wèn)題，特別是曲線區(qū)間、道岔區(qū)以及車站內(nèi)容易超限。

(5)注意預(yù)留好吊裝鋼筋環(huán)，計(jì)算選擇好位置，防止架設(shè)時(shí)對(duì)橋梁產(chǎn)生破壞或者裂紋。

(6)試驗(yàn)研究表明，槽形梁在豎向荷載作用下表現(xiàn)出明顯的空間受力特性，例如剪力滯效應(yīng)、道床板的雙向彎曲效應(yīng)、主梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮以上效應(yīng)[4-5]。

(7)為開(kāi)口截面，形狀也非常復(fù)雜，角隅、梗脅比較多，應(yīng)力集中現(xiàn)象比較多，對(duì)此采用加強(qiáng)角隅、梗肋處的鋼筋配置，從而達(dá)到控制局部應(yīng)力的目的[6-8]。

4 標(biāo)準(zhǔn)跨槽形梁的施工

本線正線25 m槽形梁1 170多片，采用梁場(chǎng)預(yù)制，橋下運(yùn)梁，現(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)汽車吊吊裝架設(shè)的施工方法。下部基礎(chǔ)及墩柱采用原位現(xiàn)澆，蓋梁采用地面綁扎好鋼筋籠，然后吊裝就位，最后現(xiàn)澆混凝土。

4.1 組合槽形梁施工工藝流程

25 m槽形先張預(yù)應(yīng)力梁整體預(yù)制施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→調(diào)整底模→綁扎底腹板鋼筋→安裝端?！╀摻g線及PVC管→鋼絞線初拉→吊裝內(nèi)模側(cè)?！摻g線終拉→梁橋混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)→移走內(nèi)模側(cè)?！艔垺鸪四！跻屏后w→割絲封錨→移梁儲(chǔ)存→運(yùn)梁→架梁[9]。

4.2 槽形梁高溫條件下混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

在沙特麥加地區(qū)，常年白天氣溫高于30 ℃，尤其是在七八月份地面溫度最高可達(dá)60 ℃以上，為將混凝土溫度控制在33 ℃以下(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求)[10]，一般控制在27～30 ℃[8]，可以采取以下措施澆筑及養(yǎng)護(hù)混凝土。

(1)采取混凝土中加冰、加入低溫度的水或加入低溫度的水及冰的混合物，降低混凝土入模板溫度。

(2)混凝土的澆筑時(shí)間一般選擇在上午10點(diǎn)之前，下午3點(diǎn)之后。

(3)澆筑完成后，采用灑水或土工布浸水養(yǎng)護(hù)的方法，降低模板及鋼筋的溫度，防止混凝土入模之初出現(xiàn)假凝。

(4)采用水平分層左右對(duì)稱方式一次澆筑成形，降低一次性混凝土澆筑體積。

(5)混凝土振搗采用人工插搗與模板附著式振搗器配合的方式進(jìn)行，加強(qiáng)振搗可以提高混凝土質(zhì)量。

4.3 槽形梁高溫條件下外觀質(zhì)量控制

先張法預(yù)應(yīng)力槽形梁在生產(chǎn)中，由于混凝土體積大，場(chǎng)地限制等制約，在混凝土外觀上容易產(chǎn)生梁體棱角損傷、蜂窩麻面、翼板線形偏差等質(zhì)量缺陷，在高溫環(huán)境下可以加強(qiáng)溫度控制，注意混凝土配合比，加強(qiáng)振搗時(shí)間和及時(shí)清理模板等措施控制外觀質(zhì)量[11]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，沙特麥加輕軌已經(jīng)完好運(yùn)行2年，結(jié)構(gòu)構(gòu)造是合理的。槽形梁結(jié)構(gòu)相比箱形梁、鋼箱梁及T形梁等，具有建筑高度低的特點(diǎn)，為以后解決凈高受控的橋梁工程提供了一個(gè)很好的工程實(shí)例[12]。

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