泰国曼谷至呵叻高速铁路装配式标准跨梁体设计与施工

商耀兆

(中国铁路设计集团有限公司,天津 300308)

1 工程概况

泰国曼谷—耿奎—呵叻—廊开和耿奎—玛它普港铁路是“一带一路”重点项目，线路正线长度845.2 km，分4个段落、按两期完成。一期工程(曼谷至呵叻高速铁路工程)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—玛它普港238.8 km，第四段呵叻—廊开354.1 km。

泰国曼谷至呵叻高速铁路工程(以下简称泰国高速铁路或泰国高铁)为新建双线铁路，采用中国标准。桥梁长度191.315 km，其中特大桥13座，189.784 km，大/中桥10座，1.531 km。

该工程主要设计参数[1]如表1所示。

表1 泰国高速铁路桥梁设计技术参数

2 标准跨度梁体施工方法选择

2.1 泰国工程建设环境及施工工艺现状

(1)泰国工程建设环境

泰国由于土地私有，征地非常困难，并且宗教信仰是当地民众生活的重要部分，涉及宗教问题的征地拆迁更加困难。泰国工程建设中，由于结构局部超出用地界产生征地问题，而造成工程方案做较大调整的实例比较多。在泰国进行大面积的征地更是难上加难。

泰国对环保要求较高，工程施工需尽量减少对环境的影响。改变地物地貌需经过严格环评审批。泰国工程建设方案的民众参与程度较高，工程建设需考虑对民众的影响、顾及民众的感受。一般项目从方案前期到实施阶段，要召开多次大规模的民众参与会，民众可以提出对工程建设的意见。

(2)泰国桥梁工程施工工艺现状

泰国的土建工程建设技术比较发达，对于公路工程常规的简支梁，泰国多采用节段预制拼装工艺施工，在既有梁厂内完成箱梁节段的预制后，结合工程现场及梁厂的交通条件选择通过公路或铁路运输至工地，在工地现场通过节段拼装架桥机完成箱梁节段的拼装及预应力筋的张拉。

在泰国，制梁场是固定的建筑构件生产工厂，为多个项目生产所需要的各种梁体预制节段，其不同于中国的临时性梁场。制梁工厂一般交通较便利，有的邻近米轨铁路，或有专用线与米轨铁路相连，可通过公路、铁路运输梁体节段，尤其铁路运输的成本较低。

为了便于梁体节段的运输，单个节段质量一般不超过60t，单节段梁体长度一般不超过3 m。若有特殊要求的梁体节段，也可以根据施工地点研究相应的运输方案。

2.2 节段预制拼装法与整孔预制架设法的比较

(1)技术可行性

从技术可行性方面，理论上讲，整孔预制架设法和节段预制拼装法都是可行的。

节段预制拼装的施工方法对泰国当地的承包商来说，是成熟掌握的施工技术；节段预制拼装法梁体可以曲线曲做[2-3]，避免了梁体曲线布置、桥墩横向偏距等繁琐工作，减少了现场施工放样错误的几率。

整孔预制架设法，梁体整孔在梁场预制，更容易控制施工质量；对于泰国当地承包商虽然是新工艺，但可通过向中国学习来掌握，且考虑到本项目土建工程由中方工程师监理，施工质量也可有效监督。

(2)工期可行性

根据泰国高铁项目一期工程的实施计划，土建工程的工期为36个月，其中架梁工期为24个月。

节段预制架设方案全线需设置30个架梁工作面，架梁工期约24个月。

整孔箱梁预制架设方案全线设置10处箱梁预制场，10套箱梁架设设备，架梁工期约22个月(不包含临时梁场建设的时间)。

可见，整孔预制架设方案和节段拼装架设方案都能满足项目工期要求。

(3)经济性比较

以平均单个标段400孔32 m标准跨简支箱梁的梁部概算为研究对象，从梁体结构本身费用、梁场费用(含征地费用)、运输费用、机械设备费用等方面综合分析。考虑标段内梁体施工的综合摊销情况，考虑泰国当地的价格因素。虽然标准跨梁体采用节段拼装法施工结构本身的费用高于整孔预制法，但综合考虑梁场、运架费用后，节段拼装法经济性更好。投资对比如表2所示。

表2 泰国高速铁路标准跨箱梁投资对比 万元人民币

(4)其他控制因素

在高速铁路沿线设置大型梁场[4]的征地问题很难解决，征地是泰国工程建设控制方案的首要因素。泰国承包商没有整孔预制架设的大型运架设备，泰国当地也不生产，需全部从国外进口，购置整套设备的费用昂贵，后期其他项目再使用的机会较少，无疑会大大增加企业成本。泰国承包商对节段拼装法较熟悉，对整孔架设了解较少，本项目以泰国当地承包商施工为主，需兼顾当地承包商的现状条件。

(5)比较结论

综合考虑以上因素，本项目标准跨梁体采用装配式施工，即节段预制拼装法施工。

3 标准跨度装配式梁体设计

3.1 梁体结构尺寸

泰国曼谷至呵叻高速铁路工程标准跨度简支梁为双线、有砟/无砟梁体，跨度系列为20 m、24 m、32 m、40 m，对应计算跨度分别为19.5 m、23.5 m、31.5 m、39.3 m。标准跨度梁部参数如表3所示。

表3 泰国高铁标准跨度梁部参数 m

该工程20 m梁划分为9个节段，24 m梁划分为11个节段，32 m梁划分为13个节段，40 m梁划分为17个节段。节段长度一般在2～3 m，节段质量不大于60 t。

标准跨度双线简支梁采用单箱单室斜腹板箱梁结构，顶板宽12.2 m，悬臂长3.2 m，悬臂根部厚0.55 m。各跨度结构尺寸见表4(顶板厚不包括桥面坡)。泰国高铁标准跨度简支梁典型节段构造如图1所示。

表4 泰国高铁标准跨度梁体结构尺寸

图1 泰国高铁标准跨度简支梁典型节段构造(单位：cm)

3.2 标准跨度装配式梁体构造

(1)一般要求

预制节段[5]纵向长度应满足运输、架设等要求，尽量减少箱梁预制段种类，每跨箱梁梁段数采用奇数分块，跨中不设接缝，对称布置。

每个节段长度1/2处设置顶板泄水孔，对于40 m跨度梁，端节段与跨中节段应设置30 cm厚横隔板，预留过人孔。

对于曲线节段，其纵向长度还应考虑预制、架设设备等因素。箱内净空、顶板、底板及腹板厚度应满足现行规范要求。

为减小恒载作用下梁体上下缘应力差，降低徐变上拱，防止恒载作用下梁体下缘压应力偏大，在满足抗裂安全系数的前提下跨中腹板部分预应力布置相比整孔预制梁更靠近中性轴附近。这样的钢束布置使得梁体下缘也有相应空间布置剪力键，使得梁体剪力键布置在箱梁截面比较均衡。

设计中通过调整预应力起弯角度和钢束在横截面的上下位置，使所有钢束的曲线全部布置在预制梁段内[6]，接缝位置全部以直线相接，方便了预应力孔道的施工，从设计源头保证了预应力施工质量。

预制节段之间应采用环氧树脂粘结剂连接[7]。环氧树脂接缝的合龙应力应保持最小0.35 MPa的压应力直至环氧树脂固化。

每个梁段设置4个吊孔，吊装过程应采取措施，保证4个吊点受力均衡。端节段处考虑吊装荷载局部构造进行加强。梁体安装完毕后，应采用补充收缩混凝土将顶板上的吊装预留孔进行封堵，并做防水处理。

在梁端梁底设置U形槽口作为梁底进人孔，并利用部分墩上空间，梁底至墩顶高度满足顶梁及进人空间要求。

(2)剪力键构造

为了确保箱梁预制节段拼装时接缝密帖、拼连后桥梁线形、外观满足设计要求，节段端面之间的接缝通常采用匹配预制法，即将已预制节段的端面作为后浇筑节段的端模，循序渐进。由于没有非预应力钢筋穿过预制节段的接缝，必须设置剪力键构造承受与传递剪力[8]，达到结构变形连续，并能使节段拼装连接方便、准确。

通常剪力键的设计需考虑以下几个方面。

① 接缝面剪力传递及截面剪力[9]计算的需要。

②体内预应力钢束布置与剪力键干扰处理。

③截面尺寸大小与剪力键构造匹配，混凝土键还需考虑骨料粒径的大小。

④节段拼装时镶嵌对接定位需要。

剪力键的功能主要包括定位和提供抗剪能力两个方面[10]。从现代铁路高标准要求出发，其定位功能和抗剪传力同等重要。本项目采用复合密键形式，即腹板采用密键形式，顶、底板采用疏齿形式。密键形式利于剪力在接缝面的均衡传递，个别剪力键的施工误差便于修正，耐久性好且利于布置预应力孔道。而顶、底板的剪力键主要起定位作用，故采用便于施工的疏键形式。剪力键形状和传力示意如图2所示。

图2 剪力键形状和传力示意

剪力键的构造与尺寸应满足如下要求。

①节段拼装梁剪力键应采用多键系统，并且均匀布置。

②腹板内的剪力键(槽)应在腹板全高度布置，布置范围宜为梁高的75%；剪力键(槽)的横向宽度不宜小于腹板宽度的75%。采用混凝土湿接缝的预制节段，该端面可不设剪力键。

③顶、底板应设置剪力键，可用大尺寸的剪力键，横向长度宜为腹板剪力键横向宽度的2倍；位于腹板与顶、底板结合区的剪力键(槽)的尺寸，可根据该处实际尺寸选定。

④剪力键采用倾角45°梯形截面[11]。

⑤剪力键高不小于2倍最大骨料粒径且不小于32 mm，一般不大于100 mm。

⑥剪力键高度与其平均宽度比取为1∶2。

⑦两剪力键的间距取3～5倍剪力键(槽)高度。

⑧腹板及顶、底板剪力键布置应该避开预应力管道，且单片腹板剪力键最少数量不宜少于4个。

剪力键构造示意如图3所示。

图3 剪力键构造示意

3.3 标准跨度装配式梁体耐久性设计

胶接缝节段拼装结构与整体浇筑结构的根本区别在于：节段拼装接缝处纵向普通钢筋不连续[12]、混凝土不连续[13]、预应力管道不连续。节段间接缝采用环氧密封胶填塞，因此湿气、氯化物及氧气等有可能进入到体内而引起预应力筋腐蚀。

(1)从结构设计方面提高桥梁耐久性

在桥梁设计中提高桥梁本身的承载能力，截面应力留有富余，保证箱梁在正常使用状态下全截面受压[14]，提高梁体抗裂安全系数[15]，各项构造及配筋满足设计规范要求是提高桥梁耐久性的根本措施。

(2)胶的耐久性要求

在节段拼装梁中，环氧胶起着密封防水和增强整体结构受力性能的作用，环氧胶[16]的耐久性至关重要。选择产品性能可靠、耐久性好的胶体材料，并在现场加强检测，确保质量。

(3)混凝土材料的耐久性要求

为保证结构质量、控制混凝土结构裂缝，提高结构耐久性，要求采用高性能混凝土，临海或在有腐蚀性环境中的工点必须采用高性能海工混凝土。在满足胶凝材料最低用量的前提下尽量降低硅酸盐水泥的用量。

(4)体内预应力孔道密封措施

胶接缝处涂刷环氧密封胶，为避免预应力管道压浆液从接缝处漏出和梁体挤压时胶体进入预应力孔道造成孔道堵塞，需对接缝面预应力孔道接头采取可靠的构造处理措施。该工程采用闭孔发泡聚乙烯材料密封垫圈[17]+涂胶方式作为预应力孔道接缝密封方式。密封垫圈采用闭孔发泡聚乙烯材料，弹性好，压缩量大、能与环氧树脂胶协调变形，施工方便，涂胶采用双面涂胶，每侧涂胶厚度1～1.5 mm。

(5)预应力管道的耐久性措施

采用防腐性能更好、施工不易破损的塑料波纹管成孔。

(6)真空灌浆

真空灌浆成套技术通过改善防护材料和提高灌浆质量而提高压浆密实度，从而全面提高预应力筋的防护能力，最终达到提高预应力构件耐久性和安全性的目的。

(7)防、排水及涂装

该工程梁体的每个节段均设置了泄水孔，桥面排水能力得到保证。箱梁两侧悬臂端部设置了滴水构造。梁体节段接缝位置的箱内、外表面均涂覆了合适的耐久性保护涂料[18]。梁端封锚混凝土表面也涂覆了防水涂料。

3.4 标准跨度装配式梁体设计的关键控制参数

(1)独立检算接缝面正截面抗剪强度，由于接缝处钢筋和混凝土不连续，接缝面布置剪力键，需独立验算接缝面正截面抗剪强度。接缝面抗剪强度由弯起预应力竖向分力(预剪力)、截面摩阻力、剪力键抗剪能力三部分组成。

(2)对于节段拼装法梁体的设计控制参数，胶拼简支梁抗弯折减系数采用0.95，抗剪折减系数采用0.90，强度计算考虑折减后，主力工况强度安全系数不小于2.0，主力+附加力工况强度安全系数不小于1.8。

(3)考虑胶接缝对截面抗弯刚度的不利影响，折减系数取0.9。

(4)施工过程中，环氧树脂接缝的全截面粘合压应力不应小于0.3 MPa。

(5)梁段划分为标准节段和梁端节段，节段长度取决于节段质量以及运输吊装时的尺寸限制要求，泰国高铁工程节段长度不大于3 m，节段质量不大于60 t。

4 标准跨度装配式梁体施工

4.1 预制场内加工节段

根据泰国工程建设条件及项目特点，该工程采用短线法匹配预制。施工工艺流程见图4，节段预制见图5，梁场内节段存放见图6。

图4 节段预制施工工艺流程

图5 梁场内节段预制

图6 梁场内节段存放

4.2 桥位处拼装梁体

梁体节段一般通过汽车运至桥址现场，拼装流程[19-20]一般分为以下6个步骤。

第一步，完成基础、承台和桥墩施工；运输梁体节段、桥架机就位并进行稳定性检查。

第二步，梁体节段起吊。

第三步，按顺序起吊节段，移动梁体节段至桥墩，预留施工环氧树脂空间，调整线形。

第四步，调整并固定首节段位置，确保无移位和转动，首节段和第二节段间涂抹环氧树脂，并张拉临时预应力钢束[21]；按此方法依次实施后继节段。

第五步，张拉永久钢束，封锚。

第六步，释放吊杆，缓慢下落梁体至设计位置，安装支座，架设完成。移动架桥机施工下一桥跨。

5 结语

目前，泰国曼谷至呵叻高速铁路工程正在如火如荼的建设中，C1标段土建工程已经施工完成，C2-1标段正在架设装配式梁体，其余标段也在积极推进。

泰国高铁全线采用装配式标准跨梁体，是同标准铁路工程的创新实践。泰国高铁桥梁跨度系列为20 m、24 m、32 m、40 m，节段划分需综合考虑运输条件、钢束布置、结构构造等，合理布置剪力键，注意装配式梁体的耐久性设计。结合泰国高铁工程特点，该工程采用短线法匹配预制梁体节段，采用规范的施工工艺流程，严格控制施工质量。

工程建设的属地化特点鲜明，应结合项目特点、工程建设环境、各方需求等综合分析，选择合理的施工方法。装配式标准跨梁体具有环保性好、对交通及环境适应性好等优点，在国家大力推行装配式建造和绿色交通的环境下，装配式梁体顺应时代需要，具有广阔的应用前景。