沙特麥加輕軌槽形梁的設計施工綜述

邱 冰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 工程概況

沙特麥加輕軌是中國第一條采用EPC+O/M模式，即設計、采購、施工+運營管理(3年)的模式的海外輕軌項目。位于圣城麥加，主要為緩解每年數百萬穆斯林在麥加朝覲期間的交通壓力而修建，線路途經米納、穆茨、阿拉法特3個主要人流集散區，正線全長17.677 km，其中橋梁長14.56 km，占線路總長的82.4%。

線路主要經過山區的溝谷區，地勢起伏變化較大。沿線分布的地層主要為風積和沖洪積砂土、殘積土、花崗巖和輝長巖。

沿線無地表水和地下水，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，最大風速60 km/h。

主要不良地質為風沙。地震動峰值加速度值為0.075g。

2 主要技術標準

(1)等級：滿足斷面高峰小時客流7.2萬人的需要；

(2)正線數目：雙線；

(3)設計行車速度：80 km/h；

(4)最小曲線半徑：正線600 m；

(5)最大坡度：40‰；

(6)動車組類型：改進型A型車，6+6編組。

3 標準跨槽形梁的設計

3.1 組合槽形梁的選擇

從國內研究槽形梁的成果來看，主要總結出以下槽形梁普遍具有的優點[1]如下。

(1)建筑高度低：降低車站及區間建筑高度效果顯著。

(2)降噪效果好：兩側腹板減少了車輛噪聲對周圍環境的影響。

(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、視覺效果好：槽形梁梁體外型優美，外觀較差的橋面系及車輛走行系統被遮擋。

而該線選用組合槽形梁除具有上述優點外，結合項目自身特點，還有如下原因。

(1)架設的靈活性

采用整孔預制架設的方法，在該線尤為適用。因為該線施工工期緊，不確定因素多。根據沙特方面的要求，全部工程要在20個月內完成。土建工程的施工時間只有14個月，實際施工工期還要考慮2個月的齋月朝覲的低效工作，工期將成為該項目最大的風險因素。而組合槽形梁最大的特點就是架設速度快，架設一片梁僅需2 h，并且架梁順序靈活，本線路側有現成的公路為施工便道，沿線沒有河流等制約橋下運梁。這個相比整孔箱梁采用架橋機架設優勢很大。

(2)工程造價

上部結構組合槽形梁比同等跨度的箱梁節約15%～20%的造價，下部結構由于軌面高程可以下降2.0 m左右，整體結構重心下降，從而使下部結構的造價要低于箱梁。

(3)運輸與架設

一片單線標準槽形梁質量約160 t，采用小噸位汽車吊架設即可。架設方便靈活，無需特制的架橋機與運梁設備，并且運輸質量輕，對既有運輸公路或施工便道要求較低。

(4)槽形梁預制與儲存

梁場預制與儲存梁場地需占用10～12個月，若采用階段拼裝法需占用場地約6萬m2，而槽形梁整孔預制需占用場地僅5萬m2，故采用本方法節約場地。

(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段拼裝法施工，公路路中分隔帶可以臨時被利用儲存梁段，因此將給地面交通帶來不便或干擾。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，用2 h即可以架設完成一片梁。

(6)與車站的銜接適應性

可適應島式車站線路分離的要求，保證站內橋梁與站外橋梁協調一致[2]。高架車站站臺形式一般為側式站臺或島式站臺。槽形梁由于其建筑高度低，可有效地降低車站的線路高程，減小站臺的提升高度，方便旅客出行，降低車站造價，并可改善線路縱斷面[3]。

(7)質量控制

梁場預制，養護條件較好，質量易于保證。

(8)維修檢查

由于組合槽形梁每個面均是可視可查的，維修養護將比箱梁更加容易，如梁體有任何裂紋等，都能及時方便檢查出來。

(9)耐久性

由于均為梁場預制，并且沒有接頭，組合槽形梁耐久性相對箱梁具有優勢。

3.2 區間標準跨度的選擇

25 m跨度組合槽形梁單片質量約為160 t，而30 m跨度的槽形梁約為192 t，因此25 m槽形梁在運輸和架設上相對有優勢，對運梁架梁設備要求較低，對運梁通道損傷較小。跨越節點橋梁可采用30 m槽形梁或者采用連續箱梁跨越。此外，25 m槽形梁在曲線線路段適應性更強。

3.3 標準跨組合槽形梁設計

槽形梁采用美國規范AASHTO LRFD 2007標準進行設計，全跨為等截面開口截面，斷面如圖1所示，實際梁長24.90 m，頂寬5.527 m，底板寬4.738 m，頂部兩側預留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。上面鋪設無砟軌道。本梁為先張預應力混凝土槽形梁，所有鋼束均布置在底板。

圖1 25 m標準組合槽形梁半斷面(單位：mm)

3.4 標準跨槽形梁的下部結構(圖2)

圖2 標準跨墩蓋梁構造(單位：mm)

標準跨槽形梁下部結構蓋梁采用是一個多面體，設計靈感來自沙特的朝覲區域的白色帳篷。墩身采用圓形截面，當墩高≤12 m時，采用1.7 m直徑；當墩高>12 m并且≤18 m時，采用2.3 m直徑。基礎采用的是明挖基礎或樁基礎。其中樁基礎為4根1.0 m樁基礎。

3.5 其他設計總結

(1)組合槽形梁在道岔區是不能使用的，本項目道岔區主要采用多片工字梁，外側安裝槽形梁腹板，以保證全線高架橋梁整體外觀協調統一。

(2)車站軌道梁采用標準跨為12.5 m跨槽形梁，截面形式同25 m區間橋梁標準跨截面。這樣有利于車站與區間的銜接過渡。

(3)跨越道路等節點橋跨度為30 m到45 m之間時，采用30 m跨槽形梁，加寬墩柱蓋梁，蓋梁上現澆或預制一段槽形梁；需要采用超過45 m跨度時，采用預應力混凝土連續箱梁。

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

(5)注意預留好吊裝鋼筋環，計算選擇好位置，防止架設時對橋梁產生破壞或者裂紋。

(6)試驗研究表明，槽形梁在豎向荷載作用下表現出明顯的空間受力特性，例如剪力滯效應、道床板的雙向彎曲效應、主梁的扭轉效應等。所以設計時應充分考慮以上效應[4-5]。

(7)為開口截面，形狀也非常復雜，角隅、梗脅比較多，應力集中現象比較多，對此采用加強角隅、梗肋處的鋼筋配置，從而達到控制局部應力的目的[6-8]。

4 標準跨槽形梁的施工

本線正線25 m槽形梁1 170多片，采用梁場預制，橋下運梁，現場2臺汽車吊吊裝架設的施工方法。下部基礎及墩柱采用原位現澆，蓋梁采用地面綁扎好鋼筋籠，然后吊裝就位，最后現澆混凝土。

4.1 組合槽形梁施工工藝流程

25 m槽形先張預應力梁整體預制施工工藝流程為：施工準備→調整底模→綁扎底腹板鋼筋→安裝端模→穿鋼絞線及PVC管→鋼絞線初拉→吊裝內模側模→鋼絞線終拉→梁橋混凝土澆筑、養護→移走內模側模→放張→拆除端模→吊移梁體→割絲封錨→移梁儲存→運梁→架梁[9]。

4.2 槽形梁高溫條件下混凝土澆筑及養護

在沙特麥加地區，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60 ℃以上，為將混凝土溫度控制在33 ℃以下(美國標準規范要求)[10]，一般控制在27～30 ℃[8]，可以采取以下措施澆筑及養護混凝土。

(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)混凝土的澆筑時間一般選擇在上午10點之前，下午3點之后。

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

(4)采用水平分層左右對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行，加強振搗可以提高混凝土質量。

4.3 槽形梁高溫條件下外觀質量控制

先張法預應力槽形梁在生產中，由于混凝土體積大，場地限制等制約，在混凝土外觀上容易產生梁體棱角損傷、蜂窩麻面、翼板線形偏差等質量缺陷，在高溫環境下可以加強溫度控制，注意混凝土配合比，加強振搗時間和及時清理模板等措施控制外觀質量[11]。

5 結語

目前，沙特麥加輕軌已經完好運行2年，結構構造是合理的。槽形梁結構相比箱形梁、鋼箱梁及T形梁等，具有建筑高度低的特點，為以后解決凈高受控的橋梁工程提供了一個很好的工程實例[12]。

[1] 胡匡璋，江新元，陸光閭.槽形梁[M].北京:中國鐵道出版社，1987．

[2] 林文泉.槽形梁橋在城市軌道交通中的應用探討[D].北京:北京交通大學，2005．

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[4] 胥為捷，薛偉辰.預應力混凝土槽形梁的研究與應用[C]∥首屆全國建筑結構技術交流會.北京:2006：100-105．

[5] 蘇國.35 m軌道交通槽形梁設計[J].山西建筑，2011，37(19):163-164．

[6] 劉建萍.上海軌道交通6號線槽形梁設計[J].鐵道標準設計，2009(12):55-57．

[7] 王承禮，徐名樞.鐵路橋梁[M].北京:中國鐵道出版社，1983．

[8] 項海帆，姚玲森.高等橋梁結構理論[M].北京:人民交通出版社，2001．

[9] 汪建文.麥加地鐵U型梁臺座設計及施工技術[J].鐵道建筑技術，2010(S)：43-47．

[10] AASHTO LRFD Bridge Construction specifications (2nd Edition 2004 with 2006， 2007， 2008， and 2009 Interims) [S]．

[11] 劉二柱.沙漠高溫條件下25m先張預應力U梁外觀質量控制[J].四川建材，2011(3)：126-127．

[12] 歐陽輝來.槽形梁設計、研究與體會[J].橋梁建設，2006(S)：56-57．