有轨电车桩板结构路基横向差异沉降规律

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现代有轨电车是承担公交主要职能的一种中低运量轨道交通系统,具有安全、可靠、环保、舒适、快捷和成本低等优点。随着人们环保意识的增强以及对公共交通的重视,现代有轨电车建设和运营里程逐年增长。现代有轨电车多为无砟轨道,路基结构形式尚无统一标准。在有轨电车较小的轴重和较低运营速度条件下,现有的研究主要针对有轨电车换填路基基床的结构形式、路基结构层的动应力响应规律和路基的工后沉降计算,而承载板与轨道板合二为一的新型桩板结构路基首次在松江现代有轨电车工程大量应用,其受力特性和沉降变形规律尚待研究。现代有轨电车修建在市政道路上,市政道路和有轨电车铺装层采用相同的设计且施工连接为一个整体,有轨电车轨道和市政道路分属两个不同体系,两者地基处理方式不同,路基刚度差异较大。在有轨电车列车荷载和道路车辆荷载长期共同作用下,有轨电车桩板结构路基与道路路基易产生横向差异沉降。而现代有轨电车仅对工后沉降及线路纵向不均匀沉降提出控制标准,忽视了有轨电车与市政道路的横向差异沉降。因此,本文将有轨电车轨道与市政道路作为整体研究对象,考虑有轨电车与道路之间的相互影响,通过文献调研、离心试验及数值模拟的方法,研究在有轨电车列车荷载与道路车辆荷载长期共同作用下,有轨电车桩板结构路基与道路路基的横向差异沉降规律。主要研究内容和结论如下:
  (1)考虑有轨电车车道布置形式和地基土应力历史的不同,基于相似理论设计了六组离心模型试验,得到了在有轨电车列车荷载及道路车辆荷载共同作用下各工况有轨电车桩板结构路基的横向沉降分布及发展规律。结果表明:有轨电车桩板结构路基与道路路基沉降随运营时间的增加而逐渐增大,运营初期发展迅速,运营半年之后沉降速率减小;对比有轨电车不同布置形式工况可知,长期运营后道路车辆荷载会导致有轨电车路基沉降增大,有轨电车单侧式布置时,道路和有轨电车互相偏载作用明显;有轨电车布置形式相同时,地基土前期应力历史在有轨电车运营初期对沉降影响明显,既有道路路基沉降明显小于新建路基,随着运营时间增加,影响逐渐减小;当开挖既有道路修建有轨电车时,由于有轨电车列车荷载大于道路车辆荷载,地基土前期应力历史对沉降影响较小。
  (2)根据各工况下有轨电车桩板结构路基横向沉降分布,分别对有轨电车与道路中心差异沉降、有轨电车与道路过渡区差异沉降以及有轨电车系统差异沉降进行分析,得到横向差异沉降随时间的发展曲线。结果表明:相比于有轨电车路中式布置,有轨电车单侧式布置时有轨电车横向沉降分布较不均匀、横向差异沉降较大,从差异沉降控制的角度,建议有轨电车路中式布置;当有轨电车与道路共建时,道路沉降往往大于有轨电车沉降,需对道路路基适当加强,并注意有轨电车与道路的协调过渡。
  (3)建立了有限元数值模型,在与离心试验结果对比验证模型的基础上,对多种工况下有轨电车桩板结构路基横向差异沉降发展进行了预测,分析了各工况地基土超静孔隙水压力的分布及消散,得到有轨电车长期运营五年、十年以及十五年后的横向沉降分布以及有轨电车桩板结构路基与道路路基的横向差异沉降规律。
  (4)分析了各工况下有轨电车各运营阶段路面结构水平应力的分布与发展,得到路面结构水平应力与横向差异沉降率的关系曲线,考虑路面结构容许拉应力的要求,提出有轨电车桩板结构路基横向差异沉降控制标准建议值为3.3‰。
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