現(xiàn)代有軌電車路基設(shè)計的幾點思考和建議

徐文龍

(蘇交科集團股份有限公司　南京　210017)

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現(xiàn)代有軌電車路基設(shè)計的幾點思考和建議

徐文龍

(蘇交科集團股份有限公司南京210017)

為保證有軌電車的安全性、舒適性、經(jīng)濟性，提出現(xiàn)代有軌電車一般路基工后沉降不應(yīng)大于50 mm的標(biāo)準(zhǔn)；路基基床厚度采用1.2 m，樁頂墊層作為下挖式路堤基床底層的設(shè)計理念；認(rèn)為路基基床底層填料的選擇應(yīng)與兩側(cè)道路相一致，同時對常規(guī)路基排水提出方案優(yōu)化。表明路基工后沉降、路基本體填料的選擇和厚度的確定、路基排水措施的有效性都是影響路基正常使用的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)代有軌電車; 工后沉降; 路基本體; 路基排水

1　問題的提出

現(xiàn)代有軌電車作為一種新型的城市軌道交通制式，因其建造成本低廉，建設(shè)周期較短而受到很多地方的歡迎。目前各省市已修建及規(guī)劃數(shù)百條有軌電車路線，里程超過了5 000 km。但從總體來看，目前現(xiàn)代有軌電車仍然處于起步階段，規(guī)劃建設(shè)缺乏統(tǒng)籌，設(shè)計規(guī)范也沒有出臺，設(shè)計依據(jù)主要是按市政設(shè)計規(guī)范或地鐵規(guī)范，這樣設(shè)計的結(jié)果造成設(shè)計審查、工程驗收等環(huán)節(jié)不規(guī)范，隨意性較大，對后期運營也帶來隱患，迫切需要業(yè)內(nèi)人士達(dá)成共識。

2　路基沉降標(biāo)準(zhǔn)的選擇

2.1沉降標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代有軌電車道床形式一般選擇整體道床，而整體道床除需路基提供足夠的支持力或剛度外，對沉降變形方面也提出嚴(yán)格的控制要求[1]，但國內(nèi)尚無制定有軌電車的設(shè)計規(guī)范，且整體道床工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)是有軌電車路基工程設(shè)計最核心的問題，通過南京市河西、麒麟有軌電車兩條路基的設(shè)計并調(diào)研國內(nèi)數(shù)條有軌電車，其沉降標(biāo)準(zhǔn)匯總?cè)缦隆?/p>

1) 南京河西有軌電車整體道床路基沉降標(biāo)準(zhǔn)：一般路基工后沉降不應(yīng)大于100 mm，路橋過渡段工后沉降不應(yīng)大于30 mm[2]。

2) 南京麒麟有軌電車整體道床路基沉降標(biāo)準(zhǔn)：一般路基工后沉降不應(yīng)大于50 mm，不均勻沉降不大于15 mm/20 m；橋路、涵交界處的差異沉降不應(yīng)大于10 mm；過渡段沉降造成的路基與橋(涵)的折角不應(yīng)大于1/1 000[3-5]。

3) 蘇州市2號線有軌電車整體道床路基沉降標(biāo)準(zhǔn)：工后沉降量3 cm，沉降速率小于4 cm/a，橋臺臺尾過渡段路基工后差異沉降不應(yīng)大于10 mm/20 m[6]。

4) 淮安市有軌電車整體道床路基沉降標(biāo)準(zhǔn)：工后不均勻沉降小于等于扣件允許調(diào)高，即不均勻沉降小于15 mm[7]。

2.2工后沉降原則

以上各條有軌電車路基工后沉降標(biāo)準(zhǔn)顯示了路基工后沉降標(biāo)準(zhǔn)的多樣化，但筆者認(rèn)為工后沉降應(yīng)遵循以下原則。

1) 設(shè)計單位選擇何種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該慎重考慮，不宜過分強調(diào)整體道床的路基“零沉降”要求，也不應(yīng)忽視過大沉降對整體道床的影響，保證列車預(yù)定的速度，安全、舒適地運行。

2) 因現(xiàn)代有軌電車軌道采用的是鋼輪鋼軌系統(tǒng)，與公路、市政道路以及傳統(tǒng)有軌電車有很大的差別，在工后沉降控制方面應(yīng)該適當(dāng)靠近無砟軌道標(biāo)準(zhǔn)，有軌電車最高運行速度為70 km/h，遠(yuǎn)小于鐵路、公路運行速度；車輛軸重為12.5 t，車轉(zhuǎn)向架軸距1.85 m，與其他有軌交通工具荷載相比，有軌電車荷載相對較小[9]，所以其控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)降低。

3) 無砟軌道路基工后沉降的控制條件經(jīng)過多年的工程實踐，不應(yīng)再將它們僅視為完全由軌道扣件系統(tǒng)確定的標(biāo)準(zhǔn)，有軌電車以行車舒適度準(zhǔn)則為基準(zhǔn)，20 m長度區(qū)域的不均勻沉降允許值ΔS≈(ΔL)2/4ra=(ΔL)2/(4×0.4×ve2)=202/(4×0.4×702)≈50 mm[10]。

4) 在上述前提下做到經(jīng)濟上合理，即因減少工后沉降需增加的投資與因工后沉降而需增加的養(yǎng)護維修費用的總和最小[11]。

3　盡量減少路基開挖深度

目前現(xiàn)代有軌電車路基表層采用0.4 m在業(yè)內(nèi)基本能達(dá)成一致，路基底層厚度一般選擇0.6～1.1 m，厚度變化較大，未能達(dá)到一致?？紤]到現(xiàn)代有軌電車沿既有道路敷設(shè)，開挖深度不宜過深，否則路基兩側(cè)防護費用和排水費用較高，應(yīng)盡量減少路基開挖深度。

路基本體的厚度與有軌電車動、靜應(yīng)力比有關(guān)。有軌電車的軸重一般不大于12.5 t，路基基床填料較好，壓實度要求高，當(dāng)動、靜應(yīng)力比在0.2以下，加載10萬次后壓實土產(chǎn)生的塑性累積變形在0.2%以下，而且很快能達(dá)到穩(wěn)定。因此，基床的厚度按照列車荷載產(chǎn)生的動應(yīng)力與路基自重應(yīng)力之比為0.2的原則確定。根據(jù)圖1中動應(yīng)力沿深度方向的衰減曲線，路基基床厚度采用1.2 m。

圖1　動應(yīng)力衰減曲線

現(xiàn)代有軌電車為了控制路基沉降，局部采用復(fù)合地基加固，樁頂鋪設(shè)0.4～0.6 m的墊層。墊層的作用是把上部荷載傳到樁間土，調(diào)整樁和土的荷載分擔(dān)。建議將墊層作為下挖式路塹基床底層處理，減少下挖量，同時保證設(shè)計指標(biāo)應(yīng)按照路基底層的要求來施工。從圖2、3看出橫斷面優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)勢明顯，節(jié)省了土方的挖方量及填料，并減少了積水量，建議下挖式路塹設(shè)計可按照圖3設(shè)計。

圖2　一般路基加固橫斷面

圖3　路基加固橫斷面優(yōu)化

4　路基本體填料的選擇

目前，有軌電車路基表層填料采用級配碎石，各個設(shè)計單位基本能達(dá)成一致。鐵路路基底層填料習(xí)慣采用A、B組填料，市政道路傾向于改良土，就設(shè)計填料而言，兩者均可達(dá)到設(shè)計要求的指標(biāo)，填料的選擇方面主要是依據(jù)當(dāng)?shù)氐奶盍蟽r格和設(shè)計院的設(shè)計習(xí)慣。

路基填料的選擇應(yīng)注意的是有軌電車與兩側(cè)市政道路的銜接，不能簡單依據(jù)當(dāng)?shù)靥盍蟽r格和設(shè)計院的設(shè)計習(xí)慣。理由是A、B組填料屬于強滲透性，而黏性土屬于弱透水性，如果將兩者進行搭接填筑，在強滲水性填料一側(cè)會由于地下水滲透阻力較小而產(chǎn)生匯集地，從而對路基本體形成病害，破壞路基的強度和使用期限。因此，有軌電車路基本體填料應(yīng)與兩側(cè)道路填料保持一致，同時解決因填料不一致而產(chǎn)生不均勻沉降的問題。

圖4　路基排水橫斷面

圖5　路基排水橫斷面優(yōu)化

5　排水設(shè)計應(yīng)簡約可行

路基排水設(shè)計主要解決的是毛細(xì)水及降雨產(chǎn)生的地表徑流、高水位造成路基內(nèi)部產(chǎn)生的滲流。路基本體如受到水體的浸泡，則會造成土體抗剪強度降低，土體產(chǎn)生濕陷和變形，破壞路基的強度和穩(wěn)定性，因此，在路基本體盡量與水土隔絕。同時,也不宜大規(guī)模設(shè)置排水系統(tǒng)，由于現(xiàn)代有軌電車敷設(shè)在市政道路中央或一側(cè)，軌面標(biāo)高與市政道路基本一致，橫向用地范圍只有10 m左右，匯集水量較少；同時，在市政道路設(shè)計時已經(jīng)考慮到這部分匯水面積，不宜單獨設(shè)計排水管網(wǎng)，而應(yīng)與市政管網(wǎng)同時考慮，節(jié)省造價。

以上兩個方案每隔50 m設(shè)置專用排水箱體，收集區(qū)間地表徑流雨水及軌槽內(nèi)積水，排入周邊管網(wǎng)或水體，減少水體在路基本體的逗留時間。在路基基床底層上部和下部設(shè)置4%的橫坡，且路基兩側(cè)設(shè)置滲水溝，防止路基本體水流的殘留(見圖4)。

圖5為路基排水優(yōu)化圖，通過3個措施解決路基排水的問題：對上部混凝土墊層進行全封閉，可防止上部雨水殘留下滲對路基本體的破壞；路基本體周圍設(shè)置復(fù)合土工膜對底部毛細(xì)水、兩側(cè)高水位地下水進行隔斷，可防止毛細(xì)水上升對路基本體進行破壞；滲水溝的設(shè)置對施工單位的要求較高，在市政工程中因施工不到位，滲水溝積水成為路基病害的來源不在少數(shù)，因此建議取消滲水溝。

6　結(jié)語

路基工程是一個綜合性工程，路基工后沉降、路基本體填料的選擇和厚度的確定、路基排水措施的有效性都是影響路基正常使用的因素。本文希望起到拋磚引玉的作用，統(tǒng)一思想認(rèn)識，以推動現(xiàn)代有軌電車路基設(shè)計規(guī)范的盡快出臺，指導(dǎo)路基設(shè)計工作。

[1] 北京城建設(shè)計研究總院.地鐵設(shè)計規(guī)范：GB50157—2013[S].北京:中國計劃出版社,2013.

[2] 蘇交科集團股份有限公司.南京市河西新城快速公交工程一號線[R].南京,2013.

[3] 蘇交科集團股份有限公司.南京市麒麟科技創(chuàng)新園快速公交一號線工程[R].南京,2013.

[4] 立寧,蔡小培,曲村.地面沉降對路基上單元板式無砟軌道平順性的影響分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2013(10):15-18.

[5] 尤昌龍，劉彬，孫紅林.客運專線路基沉降問題探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計, 2006 (7):8-10.

[6] 中鐵第四勘察設(shè)計院有限公司.蘇州市高新區(qū)有軌電車2號線工程[R].武漢,2014.

[7] 上海市城建設(shè)計研究總院.淮安市現(xiàn)代有軌電車一期工程[R].上海,2014.[8] 趙曉華，李超群，楊珂，等.現(xiàn)代有軌電車無砟軌道的路基設(shè)計探討[J].都市快軌交通,2013，26(6)：194-196.[9] 南京鋪鎮(zhèn)車輛廠.麒麟有軌電車車輛技術(shù)指標(biāo)報告[R].南京, 2012.

[10] 胡一峰,李怒放.高速鐵路無砟軌道路基設(shè)計原理[M].北京:中國鐵道出版社，2010:25-26.

[11] 湯曉光,陳善雄,許錫昌.論鐵路客運專線沉降變形評估標(biāo)準(zhǔn)與合理控制[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2010(2):1-3.

(編輯：郝京紅)

Some Thoughts and Suggestions on Modern Tram Roadbed Design

Xu Wenlong

(JSTI GROUP Co., Ltd., Nanjing 210017)

The general subgrade post-construction settlement for modern tram should not be greater than 50 mm to ensure the safety, comfort and economy demand of the trolley bus. The thickness of subgrade bed is 1.2 m, and the design concept of taking the under-cap cushion as digging type embankment foundation bed at the bottom is adopted. The underlying packing of subgrade bed should be consistent with both sides of the road. An optimization scheme of the normal roadbed drainage is also put forward. It is indicated that the selection and thickness of subgrade settlement, the filling material and the effectiveness of the subgrade drainage measures are the key factors that affect the normal use of the roadbed.

modern tram; post-construction settlement; subgrade ontology; subgrade drainage

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.01.013

2015-03-09

2015-04-17

徐文龍，男，本科，工程師，從事鐵路軌道路基設(shè)計，xwl45@163.com

U482.1

A

1672-6073(2016)01-0051-04