商耀兆

(中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津 300308)

1 工程概況

泰國曼谷—耿奎—呵叻—廊開和耿奎—瑪它普港鐵路是“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)目，線路正線長度845.2 km，分4個(gè)段落、按兩期完成。一期工程(曼谷至呵叻高速鐵路工程)包括第1段曼谷—耿奎118.1 km和第3段耿奎—呵叻134.2 km；二期工程包括第2段耿奎—瑪它普港238.8 km，第四段呵叻—廊開354.1 km。

泰國曼谷至呵叻高速鐵路工程(以下簡稱泰國高速鐵路或泰國高鐵)為新建雙線鐵路，采用中國標(biāo)準(zhǔn)。橋梁長度191.315 km，其中特大橋13座，189.784 km，大/中橋10座，1.531 km。

該工程主要設(shè)計(jì)參數(shù)[1]如表1所示。

表1 泰國高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2 標(biāo)準(zhǔn)跨度梁體施工方法選擇

2.1 泰國工程建設(shè)環(huán)境及施工工藝現(xiàn)狀

(1)泰國工程建設(shè)環(huán)境

泰國由于土地私有，征地非常困難，并且宗教信仰是當(dāng)?shù)孛癖娚畹闹匾糠?，涉及宗教問題的征地拆遷更加困難。泰國工程建設(shè)中，由于結(jié)構(gòu)局部超出用地界產(chǎn)生征地問題，而造成工程方案做較大調(diào)整的實(shí)例比較多。在泰國進(jìn)行大面積的征地更是難上加難。

泰國對(duì)環(huán)保要求較高，工程施工需盡量減少對(duì)環(huán)境的影響。改變地物地貌需經(jīng)過嚴(yán)格環(huán)評(píng)審批。泰國工程建設(shè)方案的民眾參與程度較高，工程建設(shè)需考慮對(duì)民眾的影響、顧及民眾的感受。一般項(xiàng)目從方案前期到實(shí)施階段，要召開多次大規(guī)模的民眾參與會(huì)，民眾可以提出對(duì)工程建設(shè)的意見。

(2)泰國橋梁工程施工工藝現(xiàn)狀

泰國的土建工程建設(shè)技術(shù)比較發(fā)達(dá)，對(duì)于公路工程常規(guī)的簡支梁，泰國多采用節(jié)段預(yù)制拼裝工藝施工，在既有梁廠內(nèi)完成箱梁節(jié)段的預(yù)制后，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)及梁廠的交通條件選擇通過公路或鐵路運(yùn)輸至工地，在工地現(xiàn)場(chǎng)通過節(jié)段拼裝架橋機(jī)完成箱梁節(jié)段的拼裝及預(yù)應(yīng)力筋的張拉。

在泰國，制梁場(chǎng)是固定的建筑構(gòu)件生產(chǎn)工廠，為多個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)所需要的各種梁體預(yù)制節(jié)段，其不同于中國的臨時(shí)性梁場(chǎng)。制梁工廠一般交通較便利，有的鄰近米軌鐵路，或有專用線與米軌鐵路相連，可通過公路、鐵路運(yùn)輸梁體節(jié)段，尤其鐵路運(yùn)輸?shù)某杀据^低。

為了便于梁體節(jié)段的運(yùn)輸，單個(gè)節(jié)段質(zhì)量一般不超過60t，單節(jié)段梁體長度一般不超過3 m。若有特殊要求的梁體節(jié)段，也可以根據(jù)施工地點(diǎn)研究相應(yīng)的運(yùn)輸方案。

2.2 節(jié)段預(yù)制拼裝法與整孔預(yù)制架設(shè)法的比較

(1)技術(shù)可行性

從技術(shù)可行性方面，理論上講，整孔預(yù)制架設(shè)法和節(jié)段預(yù)制拼裝法都是可行的。

節(jié)段預(yù)制拼裝的施工方法對(duì)泰國當(dāng)?shù)氐某邪虂碚f，是成熟掌握的施工技術(shù)；節(jié)段預(yù)制拼裝法梁體可以曲線曲做[2-3]，避免了梁體曲線布置、橋墩橫向偏距等繁瑣工作，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工放樣錯(cuò)誤的幾率。

整孔預(yù)制架設(shè)法，梁體整孔在梁場(chǎng)預(yù)制，更容易控制施工質(zhì)量；對(duì)于泰國當(dāng)?shù)爻邪屉m然是新工藝，但可通過向中國學(xué)習(xí)來掌握，且考慮到本項(xiàng)目土建工程由中方工程師監(jiān)理，施工質(zhì)量也可有效監(jiān)督。

(2)工期可行性

根據(jù)泰國高鐵項(xiàng)目一期工程的實(shí)施計(jì)劃，土建工程的工期為36個(gè)月，其中架梁工期為24個(gè)月。

節(jié)段預(yù)制架設(shè)方案全線需設(shè)置30個(gè)架梁工作面，架梁工期約24個(gè)月。

整孔箱梁預(yù)制架設(shè)方案全線設(shè)置10處箱梁預(yù)制場(chǎng)，10套箱梁架設(shè)設(shè)備，架梁工期約22個(gè)月(不包含臨時(shí)梁場(chǎng)建設(shè)的時(shí)間)。

可見，整孔預(yù)制架設(shè)方案和節(jié)段拼裝架設(shè)方案都能滿足項(xiàng)目工期要求。

(3)經(jīng)濟(jì)性比較

以平均單個(gè)標(biāo)段400孔32 m標(biāo)準(zhǔn)跨簡支箱梁的梁部概算為研究對(duì)象，從梁體結(jié)構(gòu)本身費(fèi)用、梁場(chǎng)費(fèi)用(含征地費(fèi)用)、運(yùn)輸費(fèi)用、機(jī)械設(shè)備費(fèi)用等方面綜合分析?？紤]標(biāo)段內(nèi)梁體施工的綜合攤銷情況，考慮泰國當(dāng)?shù)氐膬r(jià)格因素。雖然標(biāo)準(zhǔn)跨梁體采用節(jié)段拼裝法施工結(jié)構(gòu)本身的費(fèi)用高于整孔預(yù)制法，但綜合考慮梁場(chǎng)、運(yùn)架費(fèi)用后，節(jié)段拼裝法經(jīng)濟(jì)性更好。投資對(duì)比如表2所示。

表2 泰國高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁投資對(duì)比 萬元人民幣

(4)其他控制因素

在高速鐵路沿線設(shè)置大型梁場(chǎng)[4]的征地問題很難解決，征地是泰國工程建設(shè)控制方案的首要因素。泰國承包商沒有整孔預(yù)制架設(shè)的大型運(yùn)架設(shè)備，泰國當(dāng)?shù)匾膊簧a(chǎn)，需全部從國外進(jìn)口，購置整套設(shè)備的費(fèi)用昂貴，后期其他項(xiàng)目再使用的機(jī)會(huì)較少，無疑會(huì)大大增加企業(yè)成本。泰國承包商對(duì)節(jié)段拼裝法較熟悉，對(duì)整孔架設(shè)了解較少，本項(xiàng)目以泰國當(dāng)?shù)爻邪淌┕橹鳎杓骖櫘?dāng)?shù)爻邪痰默F(xiàn)狀條件。

(5)比較結(jié)論

綜合考慮以上因素，本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)跨梁體采用裝配式施工，即節(jié)段預(yù)制拼裝法施工。

3 標(biāo)準(zhǔn)跨度裝配式梁體設(shè)計(jì)

3.1 梁體結(jié)構(gòu)尺寸

泰國曼谷至呵叻高速鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)跨度簡支梁為雙線、有砟/無砟梁體，跨度系列為20 m、24 m、32 m、40 m，對(duì)應(yīng)計(jì)算跨度分別為19.5 m、23.5 m、31.5 m、39.3 m。標(biāo)準(zhǔn)跨度梁部參數(shù)如表3所示。

表3 泰國高鐵標(biāo)準(zhǔn)跨度梁部參數(shù) m

該工程20 m梁劃分為9個(gè)節(jié)段，24 m梁劃分為11個(gè)節(jié)段，32 m梁劃分為13個(gè)節(jié)段，40 m梁劃分為17個(gè)節(jié)段。節(jié)段長度一般在2～3 m，節(jié)段質(zhì)量不大于60 t。

標(biāo)準(zhǔn)跨度雙線簡支梁采用單箱單室斜腹板箱梁結(jié)構(gòu)，頂板寬12.2 m，懸臂長3.2 m，懸臂根部厚0.55 m。各跨度結(jié)構(gòu)尺寸見表4(頂板厚不包括橋面坡)。泰國高鐵標(biāo)準(zhǔn)跨度簡支梁典型節(jié)段構(gòu)造如圖1所示。

表4 泰國高鐵標(biāo)準(zhǔn)跨度梁體結(jié)構(gòu)尺寸

圖1 泰國高鐵標(biāo)準(zhǔn)跨度簡支梁典型節(jié)段構(gòu)造(單位：cm)

3.2 標(biāo)準(zhǔn)跨度裝配式梁體構(gòu)造

(1)一般要求

預(yù)制節(jié)段[5]縱向長度應(yīng)滿足運(yùn)輸、架設(shè)等要求，盡量減少箱梁預(yù)制段種類，每跨箱梁梁段數(shù)采用奇數(shù)分塊，跨中不設(shè)接縫，對(duì)稱布置。

每個(gè)節(jié)段長度1/2處設(shè)置頂板泄水孔，對(duì)于40 m跨度梁，端節(jié)段與跨中節(jié)段應(yīng)設(shè)置30 cm厚橫隔板，預(yù)留過人孔。

對(duì)于曲線節(jié)段，其縱向長度還應(yīng)考慮預(yù)制、架設(shè)設(shè)備等因素。箱內(nèi)凈空、頂板、底板及腹板厚度應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

為減小恒載作用下梁體上下緣應(yīng)力差，降低徐變上拱，防止恒載作用下梁體下緣壓應(yīng)力偏大，在滿足抗裂安全系數(shù)的前提下跨中腹板部分預(yù)應(yīng)力布置相比整孔預(yù)制梁更靠近中性軸附近。這樣的鋼束布置使得梁體下緣也有相應(yīng)空間布置剪力鍵，使得梁體剪力鍵布置在箱梁截面比較均衡。

設(shè)計(jì)中通過調(diào)整預(yù)應(yīng)力起彎角度和鋼束在橫截面的上下位置，使所有鋼束的曲線全部布置在預(yù)制梁段內(nèi)[6]，接縫位置全部以直線相接，方便了預(yù)應(yīng)力孔道的施工，從設(shè)計(jì)源頭保證了預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。

預(yù)制節(jié)段之間應(yīng)采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑連接[7]。環(huán)氧樹脂接縫的合龍應(yīng)力應(yīng)保持最小0.35 MPa的壓應(yīng)力直至環(huán)氧樹脂固化。

每個(gè)梁段設(shè)置4個(gè)吊孔，吊裝過程應(yīng)采取措施，保證4個(gè)吊點(diǎn)受力均衡。端節(jié)段處考慮吊裝荷載局部構(gòu)造進(jìn)行加強(qiáng)。梁體安裝完畢后，應(yīng)采用補(bǔ)充收縮混凝土將頂板上的吊裝預(yù)留孔進(jìn)行封堵，并做防水處理。

在梁端梁底設(shè)置U形槽口作為梁底進(jìn)人孔，并利用部分墩上空間，梁底至墩頂高度滿足頂梁及進(jìn)人空間要求。

(2)剪力鍵構(gòu)造

為了確保箱梁預(yù)制節(jié)段拼裝時(shí)接縫密帖、拼連后橋梁線形、外觀滿足設(shè)計(jì)要求，節(jié)段端面之間的接縫通常采用匹配預(yù)制法，即將已預(yù)制節(jié)段的端面作為后澆筑節(jié)段的端模，循序漸進(jìn)。由于沒有非預(yù)應(yīng)力鋼筋穿過預(yù)制節(jié)段的接縫，必須設(shè)置剪力鍵構(gòu)造承受與傳遞剪力[8]，達(dá)到結(jié)構(gòu)變形連續(xù)，并能使節(jié)段拼裝連接方便、準(zhǔn)確。

通常剪力鍵的設(shè)計(jì)需考慮以下幾個(gè)方面。

① 接縫面剪力傳遞及截面剪力[9]計(jì)算的需要。

②體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束布置與剪力鍵干擾處理。

③截面尺寸大小與剪力鍵構(gòu)造匹配，混凝土鍵還需考慮骨料粒徑的大小。

④節(jié)段拼裝時(shí)鑲嵌對(duì)接定位需要。

剪力鍵的功能主要包括定位和提供抗剪能力兩個(gè)方面[10]。從現(xiàn)代鐵路高標(biāo)準(zhǔn)要求出發(fā)，其定位功能和抗剪傳力同等重要。本項(xiàng)目采用復(fù)合密鍵形式，即腹板采用密鍵形式，頂、底板采用疏齒形式。密鍵形式利于剪力在接縫面的均衡傳遞，個(gè)別剪力鍵的施工誤差便于修正，耐久性好且利于布置預(yù)應(yīng)力孔道。而頂、底板的剪力鍵主要起定位作用，故采用便于施工的疏鍵形式。剪力鍵形狀和傳力示意如圖2所示。

圖2 剪力鍵形狀和傳力示意

剪力鍵的構(gòu)造與尺寸應(yīng)滿足如下要求。

①節(jié)段拼裝梁剪力鍵應(yīng)采用多鍵系統(tǒng)，并且均勻布置。

②腹板內(nèi)的剪力鍵(槽)應(yīng)在腹板全高度布置，布置范圍宜為梁高的75%；剪力鍵(槽)的橫向?qū)挾炔灰诵∮诟拱鍖挾鹊?5%。采用混凝土濕接縫的預(yù)制節(jié)段，該端面可不設(shè)剪力鍵。

③頂、底板應(yīng)設(shè)置剪力鍵，可用大尺寸的剪力鍵，橫向長度宜為腹板剪力鍵橫向?qū)挾鹊?倍；位于腹板與頂、底板結(jié)合區(qū)的剪力鍵(槽)的尺寸，可根據(jù)該處實(shí)際尺寸選定。

④剪力鍵采用傾角45°梯形截面[11]。

⑤剪力鍵高不小于2倍最大骨料粒徑且不小于32 mm，一般不大于100 mm。

⑥剪力鍵高度與其平均寬度比取為1∶2。

⑦兩剪力鍵的間距取3～5倍剪力鍵(槽)高度。

⑧腹板及頂、底板剪力鍵布置應(yīng)該避開預(yù)應(yīng)力管道，且單片腹板剪力鍵最少數(shù)量不宜少于4個(gè)。

剪力鍵構(gòu)造示意如圖3所示。

圖3 剪力鍵構(gòu)造示意

3.3 標(biāo)準(zhǔn)跨度裝配式梁體耐久性設(shè)計(jì)

膠接縫節(jié)段拼裝結(jié)構(gòu)與整體澆筑結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于：節(jié)段拼裝接縫處縱向普通鋼筋不連續(xù)[12]、混凝土不連續(xù)[13]、預(yù)應(yīng)力管道不連續(xù)。節(jié)段間接縫采用環(huán)氧密封膠填塞，因此濕氣、氯化物及氧氣等有可能進(jìn)入到體內(nèi)而引起預(yù)應(yīng)力筋腐蝕。

(1)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提高橋梁耐久性

在橋梁設(shè)計(jì)中提高橋梁本身的承載能力，截面應(yīng)力留有富余，保證箱梁在正常使用狀態(tài)下全截面受壓[14]，提高梁體抗裂安全系數(shù)[15]，各項(xiàng)構(gòu)造及配筋滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求是提高橋梁耐久性的根本措施。

(2)膠的耐久性要求

在節(jié)段拼裝梁中，環(huán)氧膠起著密封防水和增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)受力性能的作用，環(huán)氧膠[16]的耐久性至關(guān)重要。選擇產(chǎn)品性能可靠、耐久性好的膠體材料，并在現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)檢測(cè)，確保質(zhì)量。

(3)混凝土材料的耐久性要求

為保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量、控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，提高結(jié)構(gòu)耐久性，要求采用高性能混凝土，臨?；蛟谟懈g性環(huán)境中的工點(diǎn)必須采用高性能海工混凝土。在滿足膠凝材料最低用量的前提下盡量降低硅酸鹽水泥的用量。

(4)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力孔道密封措施

膠接縫處涂刷環(huán)氧密封膠，為避免預(yù)應(yīng)力管道壓漿液從接縫處漏出和梁體擠壓時(shí)膠體進(jìn)入預(yù)應(yīng)力孔道造成孔道堵塞，需對(duì)接縫面預(yù)應(yīng)力孔道接頭采取可靠的構(gòu)造處理措施。該工程采用閉孔發(fā)泡聚乙烯材料密封墊圈[17]+涂膠方式作為預(yù)應(yīng)力孔道接縫密封方式。密封墊圈采用閉孔發(fā)泡聚乙烯材料，彈性好，壓縮量大、能與環(huán)氧樹脂膠協(xié)調(diào)變形，施工方便，涂膠采用雙面涂膠，每側(cè)涂膠厚度1～1.5 mm。

(5)預(yù)應(yīng)力管道的耐久性措施

采用防腐性能更好、施工不易破損的塑料波紋管成孔。

(6)真空灌漿

真空灌漿成套技術(shù)通過改善防護(hù)材料和提高灌漿質(zhì)量而提高壓漿密實(shí)度，從而全面提高預(yù)應(yīng)力筋的防護(hù)能力，最終達(dá)到提高預(yù)應(yīng)力構(gòu)件耐久性和安全性的目的。

(7)防、排水及涂裝

該工程梁體的每個(gè)節(jié)段均設(shè)置了泄水孔，橋面排水能力得到保證。箱梁兩側(cè)懸臂端部設(shè)置了滴水構(gòu)造。梁體節(jié)段接縫位置的箱內(nèi)、外表面均涂覆了合適的耐久性保護(hù)涂料[18]。梁端封錨混凝土表面也涂覆了防水涂料。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)跨度裝配式梁體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制參數(shù)

(1)獨(dú)立檢算接縫面正截面抗剪強(qiáng)度，由于接縫處鋼筋和混凝土不連續(xù)，接縫面布置剪力鍵，需獨(dú)立驗(yàn)算接縫面正截面抗剪強(qiáng)度。接縫面抗剪強(qiáng)度由彎起預(yù)應(yīng)力豎向分力(預(yù)剪力)、截面摩阻力、剪力鍵抗剪能力三部分組成。

(2)對(duì)于節(jié)段拼裝法梁體的設(shè)計(jì)控制參數(shù)，膠拼簡支梁抗彎折減系數(shù)采用0.95，抗剪折減系數(shù)采用0.90，強(qiáng)度計(jì)算考慮折減后，主力工況強(qiáng)度安全系數(shù)不小于2.0，主力+附加力工況強(qiáng)度安全系數(shù)不小于1.8。

(3)考慮膠接縫對(duì)截面抗彎剛度的不利影響，折減系數(shù)取0.9。

(4)施工過程中，環(huán)氧樹脂接縫的全截面粘合壓應(yīng)力不應(yīng)小于0.3 MPa。

(5)梁段劃分為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和梁端節(jié)段，節(jié)段長度取決于節(jié)段質(zhì)量以及運(yùn)輸?shù)跹b時(shí)的尺寸限制要求，泰國高鐵工程節(jié)段長度不大于3 m，節(jié)段質(zhì)量不大于60 t。

4 標(biāo)準(zhǔn)跨度裝配式梁體施工

4.1 預(yù)制場(chǎng)內(nèi)加工節(jié)段

根據(jù)泰國工程建設(shè)條件及項(xiàng)目特點(diǎn)，該工程采用短線法匹配預(yù)制。施工工藝流程見圖4，節(jié)段預(yù)制見圖5，梁場(chǎng)內(nèi)節(jié)段存放見圖6。

圖4 節(jié)段預(yù)制施工工藝流程

圖5 梁場(chǎng)內(nèi)節(jié)段預(yù)制

圖6 梁場(chǎng)內(nèi)節(jié)段存放

4.2 橋位處拼裝梁體

梁體節(jié)段一般通過汽車運(yùn)至橋址現(xiàn)場(chǎng)，拼裝流程[19-20]一般分為以下6個(gè)步驟。

第一步，完成基礎(chǔ)、承臺(tái)和橋墩施工；運(yùn)輸梁體節(jié)段、橋架機(jī)就位并進(jìn)行穩(wěn)定性檢查。

第二步，梁體節(jié)段起吊。

第三步，按順序起吊節(jié)段，移動(dòng)梁體節(jié)段至橋墩，預(yù)留施工環(huán)氧樹脂空間，調(diào)整線形。

第四步，調(diào)整并固定首節(jié)段位置，確保無移位和轉(zhuǎn)動(dòng)，首節(jié)段和第二節(jié)段間涂抹環(huán)氧樹脂，并張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束[21]；按此方法依次實(shí)施后繼節(jié)段。

第五步，張拉永久鋼束，封錨。

第六步，釋放吊桿，緩慢下落梁體至設(shè)計(jì)位置，安裝支座，架設(shè)完成。移動(dòng)架橋機(jī)施工下一橋跨。

5 結(jié)語

目前，泰國曼谷至呵叻高速鐵路工程正在如火如荼的建設(shè)中，C1標(biāo)段土建工程已經(jīng)施工完成，C2-1標(biāo)段正在架設(shè)裝配式梁體，其余標(biāo)段也在積極推進(jìn)。

泰國高鐵全線采用裝配式標(biāo)準(zhǔn)跨梁體，是同標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程的創(chuàng)新實(shí)踐。泰國高鐵橋梁跨度系列為20 m、24 m、32 m、40 m，節(jié)段劃分需綜合考慮運(yùn)輸條件、鋼束布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，合理布置剪力鍵，注意裝配式梁體的耐久性設(shè)計(jì)。結(jié)合泰國高鐵工程特點(diǎn)，該工程采用短線法匹配預(yù)制梁體節(jié)段，采用規(guī)范的施工工藝流程，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

工程建設(shè)的屬地化特點(diǎn)鮮明，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、工程建設(shè)環(huán)境、各方需求等綜合分析，選擇合理的施工方法。裝配式標(biāo)準(zhǔn)跨梁體具有環(huán)保性好、對(duì)交通及環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在國家大力推行裝配式建造和綠色交通的環(huán)境下，裝配式梁體順應(yīng)時(shí)代需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。