泰國曼谷至呵叻高速鐵路裝配式標準跨梁體設計與施工

商耀兆

(中國鐵路設計集團有限公司,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”重點項目，線路正線長度845.2 km，分4個段落、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，采用中國標準。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。

該工程主要設計參數[1]如表1所示。

表1 泰國高速鐵路橋梁設計技術參數

2 標準跨度梁體施工方法選擇

2.1 泰國工程建設環境及施工工藝現狀

(1)泰國工程建設環境

泰國由于土地私有，征地非常困難，并且宗教信仰是當地民眾生活的重要部分，涉及宗教問題的征地拆遷更加困難。泰國工程建設中，由于結構局部超出用地界產生征地問題，而造成工程方案做較大調整的實例比較多。在泰國進行大面積的征地更是難上加難。

泰國對環保要求較高，工程施工需盡量減少對環境的影響。改變地物地貌需經過嚴格環評審批。泰國工程建設方案的民眾參與程度較高，工程建設需考慮對民眾的影響、顧及民眾的感受。一般項目從方案前期到實施階段，要召開多次大規模的民眾參與會，民眾可以提出對工程建設的意見。

(2)泰國橋梁工程施工工藝現狀

泰國的土建工程建設技術比較發達，對于公路工程常規的簡支梁，泰國多采用節段預制拼裝工藝施工，在既有梁廠內完成箱梁節段的預制后，結合工程現場及梁廠的交通條件選擇通過公路或鐵路運輸至工地，在工地現場通過節段拼裝架橋機完成箱梁節段的拼裝及預應力筋的張拉。

在泰國，制梁場是固定的建筑構件生產工廠，為多個項目生產所需要的各種梁體預制節段，其不同于中國的臨時性梁場。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、鐵路運輸梁體節段，尤其鐵路運輸的成本較低。

為了便于梁體節段的運輸，單個節段質量一般不超過60t，單節段梁體長度一般不超過3 m。若有特殊要求的梁體節段，也可以根據施工地點研究相應的運輸方案。

2.2 節段預制拼裝法與整孔預制架設法的比較

(1)技術可行性

從技術可行性方面，理論上講，整孔預制架設法和節段預制拼裝法都是可行的。

節段預制拼裝的施工方法對泰國當地的承包商來說，是成熟掌握的施工技術；節段預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，減少了現場施工放樣錯誤的幾率。

整孔預制架設法，梁體整孔在梁場預制，更容易控制施工質量；對于泰國當地承包商雖然是新工藝，但可通過向中國學習來掌握，且考慮到本項目土建工程由中方工程師監理，施工質量也可有效監督。

(2)工期可行性

根據泰國高鐵項目一期工程的實施計劃，土建工程的工期為36個月，其中架梁工期為24個月。

節段預制架設方案全線需設置30個架梁工作面，架梁工期約24個月。

整孔箱梁預制架設方案全線設置10處箱梁預制場，10套箱梁架設設備，架梁工期約22個月(不包含臨時梁場建設的時間)。

可見，整孔預制架設方案和節段拼裝架設方案都能滿足項目工期要求。

(3)經濟性比較

以平均單個標段400孔32 m標準跨簡支箱梁的梁部概算為研究對象，從梁體結構本身費用、梁場費用(含征地費用)、運輸費用、機械設備費用等方面綜合分析。考慮標段內梁體施工的綜合攤銷情況，考慮泰國當地的價格因素。雖然標準跨梁體采用節段拼裝法施工結構本身的費用高于整孔預制法，但綜合考慮梁場、運架費用后，節段拼裝法經濟性更好。投資對比如表2所示。

表2 泰國高速鐵路標準跨箱梁投資對比 萬元人民幣

(4)其他控制因素

在高速鐵路沿線設置大型梁場[4]的征地問題很難解決，征地是泰國工程建設控制方案的首要因素。泰國承包商沒有整孔預制架設的大型運架設備，泰國當地也不生產，需全部從國外進口，購置整套設備的費用昂貴，后期其他項目再使用的機會較少，無疑會大大增加企業成本。泰國承包商對節段拼裝法較熟悉，對整孔架設了解較少，本項目以泰國當地承包商施工為主，需兼顧當地承包商的現狀條件。

(5)比較結論

綜合考慮以上因素，本項目標準跨梁體采用裝配式施工，即節段預制拼裝法施工。

3 標準跨度裝配式梁體設計

3.1 梁體結構尺寸

泰國曼谷至呵叻高速鐵路工程標準跨度簡支梁為雙線、有砟/無砟梁體，跨度系列為20 m、24 m、32 m、40 m，對應計算跨度分別為19.5 m、23.5 m、31.5 m、39.3 m。標準跨度梁部參數如表3所示。

表3 泰國高鐵標準跨度梁部參數 m

該工程20 m梁劃分為9個節段，24 m梁劃分為11個節段，32 m梁劃分為13個節段，40 m梁劃分為17個節段。節段長度一般在2～3 m，節段質量不大于60 t。

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

表4 泰國高鐵標準跨度梁體結構尺寸

圖1 泰國高鐵標準跨度簡支梁典型節段構造(單位：cm)

3.2 標準跨度裝配式梁體構造

(1)一般要求

預制節段[5]縱向長度應滿足運輸、架設等要求，盡量減少箱梁預制段種類，每跨箱梁梁段數采用奇數分塊，跨中不設接縫，對稱布置。

每個節段長度1/2處設置頂板泄水孔，對于40 m跨度梁，端節段與跨中節段應設置30 cm厚橫隔板，預留過人孔。

對于曲線節段，其縱向長度還應考慮預制、架設設備等因素。箱內凈空、頂板、底板及腹板厚度應滿足現行規范要求。

為減小恒載作用下梁體上下緣應力差，降低徐變上拱，防止恒載作用下梁體下緣壓應力偏大，在滿足抗裂安全系數的前提下跨中腹板部分預應力布置相比整孔預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。

設計中通過調整預應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制梁段內[6]，接縫位置全部以直線相接，方便了預應力孔道的施工，從設計源頭保證了預應力施工質量。

預制節段之間應采用環氧樹脂粘結劑連接[7]。環氧樹脂接縫的合龍應力應保持最小0.35 MPa的壓應力直至環氧樹脂固化。

每個梁段設置4個吊孔，吊裝過程應采取措施，保證4個吊點受力均衡。端節段處考慮吊裝荷載局部構造進行加強。梁體安裝完畢后，應采用補充收縮混凝土將頂板上的吊裝預留孔進行封堵，并做防水處理。

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

(2)剪力鍵構造

為了確保箱梁預制節段拼裝時接縫密帖、拼連后橋梁線形、外觀滿足設計要求，節段端面之間的接縫通常采用匹配預制法，即將已預制節段的端面作為后澆筑節段的端模，循序漸進。由于沒有非預應力鋼筋穿過預制節段的接縫，必須設置剪力鍵構造承受與傳遞剪力[8]，達到結構變形連續，并能使節段拼裝連接方便、準確。

通常剪力鍵的設計需考慮以下幾個方面。

① 接縫面剪力傳遞及截面剪力[9]計算的需要。

②體內預應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造匹配，混凝土鍵還需考慮骨料粒徑的大小。

④節段拼裝時鑲嵌對接定位需要。

剪力鍵的功能主要包括定位和提供抗剪能力兩個方面[10]。從現代鐵路高標準要求出發，其定位功能和抗剪傳力同等重要。本項目采用復合密鍵形式，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，個別剪力鍵的施工誤差便于修正，耐久性好且利于布置預應力孔道。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

剪力鍵的構造與尺寸應滿足如下要求。

①節段拼裝梁剪力鍵應采用多鍵系統，并且均勻布置。

②腹板內的剪力鍵(槽)應在腹板全高度布置，布置范圍宜為梁高的75%；剪力鍵(槽)的橫向寬度不宜小于腹板寬度的75%。采用混凝土濕接縫的預制節段，該端面可不設剪力鍵。

③頂、底板應設置剪力鍵，可用大尺寸的剪力鍵，橫向長度宜為腹板剪力鍵橫向寬度的2倍；位于腹板與頂、底板結合區的剪力鍵(槽)的尺寸，可根據該處實際尺寸選定。

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、底板剪力鍵布置應該避開預應力管道，且單片腹板剪力鍵最少數量不宜少于4個。

剪力鍵構造示意如圖3所示。

圖3 剪力鍵構造示意

3.3 標準跨度裝配式梁體耐久性設計

膠接縫節段拼裝結構與整體澆筑結構的根本區別在于：節段拼裝接縫處縱向普通鋼筋不連續[12]、混凝土不連續[13]、預應力管道不連續。節段間接縫采用環氧密封膠填塞，因此濕氣、氯化物及氧氣等有可能進入到體內而引起預應力筋腐蝕。

(1)從結構設計方面提高橋梁耐久性

在橋梁設計中提高橋梁本身的承載能力，截面應力留有富余，保證箱梁在正常使用狀態下全截面受壓[14]，提高梁體抗裂安全系數[15]，各項構造及配筋滿足設計規范要求是提高橋梁耐久性的根本措施。

(2)膠的耐久性要求

在節段拼裝梁中，環氧膠起著密封防水和增強整體結構受力性能的作用，環氧膠[16]的耐久性至關重要。選擇產品性能可靠、耐久性好的膠體材料，并在現場加強檢測，確保質量。

(3)混凝土材料的耐久性要求

為保證結構質量、控制混凝土結構裂縫，提高結構耐久性，要求采用高性能混凝土，臨?；蛟谟懈g性環境中的工點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)體內預應力孔道密封措施

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

(5)預應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

真空灌漿成套技術通過改善防護材料和提高灌漿質量而提高壓漿密實度，從而全面提高預應力筋的防護能力，最終達到提高預應力構件耐久性和安全性的目的。

(7)防、排水及涂裝

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

3.4 標準跨度裝配式梁體設計的關鍵控制參數

(1)獨立檢算接縫面正截面抗剪強度，由于接縫處鋼筋和混凝土不連續，接縫面布置剪力鍵，需獨立驗算接縫面正截面抗剪強度。接縫面抗剪強度由彎起預應力豎向分力(預剪力)、截面摩阻力、剪力鍵抗剪能力三部分組成。

(2)對于節段拼裝法梁體的設計控制參數，膠拼簡支梁抗彎折減系數采用0.95，抗剪折減系數采用0.90，強度計算考慮折減后，主力工況強度安全系數不小于2.0，主力+附加力工況強度安全系數不小于1.8。

(3)考慮膠接縫對截面抗彎剛度的不利影響，折減系數取0.9。

(4)施工過程中，環氧樹脂接縫的全截面粘合壓應力不應小于0.3 MPa。

(5)梁段劃分為標準節段和梁端節段，節段長度取決于節段質量以及運輸吊裝時的尺寸限制要求，泰國高鐵工程節段長度不大于3 m，節段質量不大于60 t。

4 標準跨度裝配式梁體施工

4.1 預制場內加工節段

根據泰國工程建設條件及項目特點，該工程采用短線法匹配預制。施工工藝流程見圖4，節段預制見圖5，梁場內節段存放見圖6。

圖4 節段預制施工工藝流程

圖5 梁場內節段預制

圖6 梁場內節段存放

4.2 橋位處拼裝梁體

梁體節段一般通過汽車運至橋址現場，拼裝流程[19-20]一般分為以下6個步驟。

第一步，完成基礎、承臺和橋墩施工；運輸梁體節段、橋架機就位并進行穩定性檢查。

第二步，梁體節段起吊。

第三步，按順序起吊節段，移動梁體節段至橋墩，預留施工環氧樹脂空間，調整線形。

第四步，調整并固定首節段位置，確保無移位和轉動，首節段和第二節段間涂抹環氧樹脂，并張拉臨時預應力鋼束[21]；按此方法依次實施后繼節段。

第五步，張拉永久鋼束，封錨。

第六步，釋放吊桿，緩慢下落梁體至設計位置，安裝支座，架設完成。移動架橋機施工下一橋跨。

5 結語

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

泰國高鐵全線采用裝配式標準跨梁體，是同標準鐵路工程的創新實踐。泰國高鐵橋梁跨度系列為20 m、24 m、32 m、40 m，節段劃分需綜合考慮運輸條件、鋼束布置、結構構造等，合理布置剪力鍵，注意裝配式梁體的耐久性設計。結合泰國高鐵工程特點，該工程采用短線法匹配預制梁體節段，采用規范的施工工藝流程，嚴格控制施工質量。

工程建設的屬地化特點鮮明，應結合項目特點、工程建設環境、各方需求等綜合分析，選擇合理的施工方法。裝配式標準跨梁體具有環保性好、對交通及環境適應性好等優點，在國家大力推行裝配式建造和綠色交通的環境下，裝配式梁體順應時代需要，具有廣闊的應用前景。