魏邦貴，殷嶺，沈文豪

（1.蘇州中恒通路橋股份有限公司；江蘇省城市基礎(chǔ)設(shè)施綠色建造工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州215000；2.蘇州市高新工程建設(shè)管理有限公司，江蘇 蘇州 215000；3.蘇州高新有軌電車集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

在公共交通領(lǐng)域，現(xiàn)代有軌電車以其建設(shè)投資低、環(huán)保綠色等優(yōu)勢(shì)，深受一些不具備地鐵建設(shè)條件的大中城市青睞［1]?，F(xiàn)代有軌電車以地面線路為主，路權(quán)形式普遍采用混合路權(quán)。其與城鎮(zhèn)道路的交叉口、共線段等部位的路面結(jié)構(gòu)大部分都采用瀝青路面結(jié)構(gòu)類型。一是使得有軌電車交叉口軌行區(qū)路面與周邊道路的外觀協(xié)調(diào)一致，二是可以提高機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車通過交叉口的行車舒適性。

蘇州時(shí)候國(guó)內(nèi)較早進(jìn)行有軌電車建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的地區(qū)之一，已通車的有軌電車1號(hào)線、2號(hào)線與公路、城鎮(zhèn)道路的平交口都是采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，典型的路面結(jié)構(gòu)見圖1。

有軌電車交叉口開放交通以后，在有軌電車和社會(huì)車輛雙向荷載作用下，平交口范圍內(nèi)的瀝青路面短期內(nèi)就出現(xiàn)龜裂、坑槽、擁包等病害，特別是在重載交通流量大的國(guó)省道主干線交叉口，坑槽現(xiàn)象更嚴(yán)重，對(duì)社會(huì)車輛、非機(jī)動(dòng)車的安全通行非常不利，同時(shí)坑坑洼洼的路面對(duì)城市形象有所損害，典型的交叉口病害見圖2、圖3。

針對(duì)上述病害，采用常規(guī)的維修養(yǎng)護(hù)，通常1-3個(gè)月后又出現(xiàn)同樣的問題，反反復(fù)復(fù)維修產(chǎn)生大量的粉塵、建筑垃圾等污染物，不利于環(huán)境保護(hù)，造成資源浪費(fèi)，也會(huì)導(dǎo)致周邊居民投訴增多，不符合現(xiàn)代城市管理理念。

因此，蘇州中恒通路橋股份有限公司作為江蘇省城市基礎(chǔ)設(shè)施綠色建造工程技術(shù)研究中心承擔(dān)單位，聯(lián)合蘇州高新有軌電車集團(tuán)有限公司成立專項(xiàng)課題研究小組，共同承擔(dān)了蘇州市科技局2018年民生科技項(xiàng)目《有軌電車鋼軌與路面銜接部位病害處治綠色施工關(guān)鍵技術(shù)研究》 （項(xiàng)目編號(hào)SS201824），對(duì)有軌電車交叉口路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析研究、交通流量調(diào)查、長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)類型選用與工程實(shí)踐等方面開展研究，同時(shí)研究基于有軌電車夜間停運(yùn)窗口期（夜間23：30～次日3：30）短時(shí)間內(nèi)快速施工的安全措施。

1 國(guó)內(nèi)外有軌電車交叉口現(xiàn)狀調(diào)查

課題組通過網(wǎng)絡(luò)檢索和實(shí)地調(diào)查等多種方式，對(duì)國(guó)內(nèi)外的有軌電車交叉口路面結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)營(yíng)狀況等進(jìn)行了分析研究。

法國(guó)、捷克、日本等國(guó)家的有軌電車上下行軌道之間及軌道外側(cè)一定范圍內(nèi)采用道板磚或石材的形式進(jìn)行鋪裝，然后再與瀝青混凝土路面相連接，也是采取更換道板磚或石材的方式進(jìn)行修補(bǔ)。但是，這種有軌電車交叉口鋼軌與路面銜接部位的路面結(jié)構(gòu)不適用于國(guó)內(nèi)的重載甚至超載交通流量，不符合“綠色、舒適、高品質(zhì)”的城市建設(shè)理念。

澳大利亞是本課題組進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究的國(guó)家之一。通過對(duì)悉尼和阿德萊德的實(shí)地調(diào)查，兩城市的有軌電車與道路交叉口路面結(jié)構(gòu)采用高模量瀝青路面，緊鄰鋼軌邊上采用剛性材料處理，效果較為顯著，值得借鑒。

在國(guó)內(nèi)，課題組實(shí)地調(diào)查了北京、上海、廣州、深圳、南京、大連、淮安等城市的有軌電車交叉口和共線段的路面結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)營(yíng)狀況。結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)大部分城市為了使得有軌電車交叉口路面結(jié)構(gòu)與周圍道路路面結(jié)構(gòu)外觀色澤一致，都采用瀝青路面結(jié)構(gòu)。鋼軌與路面銜接部位都不同程度的出現(xiàn)啃邊、開裂、松散等質(zhì)量通病。

綜上所述，國(guó)內(nèi)在根治有軌電車和道路交叉口瀝青路面質(zhì)量通病方面存在技術(shù)空白。

2 有軌電車交叉口路面結(jié)構(gòu)受力分析

通過對(duì)有軌電車與城鎮(zhèn)道路交叉口軌行區(qū)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載分析，此范圍的路面結(jié)構(gòu)沿鋼軌縱向要承受有軌電車行駛時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載及可能產(chǎn)生的共振作用力，垂直于鋼軌方向需要承受社會(huì)車輛動(dòng)荷載、剪切應(yīng)力。由于氣溫變化，路面結(jié)構(gòu)本身在熱脹冷縮的條件下產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。由于鋼軌的熱脹冷縮系數(shù)比水泥混凝土、瀝青混凝土的都大的多，因此，與鋼軌緊密銜接部位的路面結(jié)構(gòu)材料由于熱脹冷縮系數(shù)不一致易導(dǎo)致開裂。

在有限元軟件ABAQUS中建立模型三維實(shí)體有限元模型，在分析填充材料線性本構(gòu)模型時(shí)，軌道兩側(cè)路面結(jié)構(gòu)汽車輪壓荷載按照軸重?fù)Q算為262.5kPa的作用力。

由計(jì)算云圖可知，有軌電車交叉口路面結(jié)構(gòu)主要的破壞應(yīng)力是垂直于鋼軌方向的汽車加速、減速產(chǎn)生的水平剪應(yīng)力，鋼軌最大應(yīng)力為3.26MPa，彈縮體應(yīng)力為0.485MPa且在路表面4-5cm以內(nèi)應(yīng)力最大，隨著深度逐漸遞減，鋼軌左側(cè)彈縮體頂部接觸面積小，局部應(yīng)力集中效應(yīng)明顯，是造成軌道邊緣瀝青路面啃邊、剝離、坑槽等破壞的主要原因。有軌電車的荷載作用主要在鋼軌上，對(duì)軌行區(qū)路面影響較小，可忽略不計(jì)。

3 有軌電車交叉口剛性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

由前述可知，有軌電車與城鎮(zhèn)道路交叉口路面結(jié)構(gòu)的受力情況較為復(fù)雜。因此，在交叉口路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮按重載交通下的水泥混凝土路面的荷載組合進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也要考慮有軌電車動(dòng)荷載的驗(yàn)算、不同熱脹冷縮系數(shù)材料之間產(chǎn)生應(yīng)力破壞的驗(yàn)算。

本項(xiàng)目是既有有軌電車和城鎮(zhèn)道路交叉口路面結(jié)構(gòu)的維修處治，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上比正常新建稍有難度。課題組根據(jù)被交道路的交通等級(jí)，不擾動(dòng)有軌電車路床、軌枕基礎(chǔ)為前提，設(shè)計(jì)了兩種剛性結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路比較。

方案一：當(dāng)BZZ-100累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne小于1.2×107次/車道、大客車及中型以上各種貨車交通小于1500輛/（d·車道）時(shí)，設(shè)計(jì)為單層鋼筋骨架鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)。

方案二：當(dāng)BZZ-100累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne大于1.2×107次/車道、大客車及中型以上各種貨車交通大于1500輛/（d·車道）時(shí)，設(shè)計(jì)為雙層鋼筋骨架鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)。

3.1 單層鋼筋骨架鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)

根據(jù)課題組在有軌2號(hào)線和金沙江路交叉口交通流量調(diào)查，此交叉口的BZZ-100累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne為9000次/車道，大客車主要為公交車約500輛/（d·車道），屬于輕交通，故選擇方案一。具體試驗(yàn)方案如下：

1）先將有軌電車上下行鋼軌范圍內(nèi)的原有12cm厚的瀝青路面挖除，然后植筋、綁扎單層網(wǎng)片、澆筑C40鋼纖維混凝土。

2）植筋采用用φ16的HRB400鋼筋彎曲成倒U字型，用沖擊鉆打孔進(jìn)行植筋。實(shí)踐表明，倒U字型鋼筋植筋工藝存在人工鉆孔垂直精度、橫向偏位精度難以控制，U字型鋼筋難以對(duì)準(zhǔn)植筋孔，最終導(dǎo)致植筋深度達(dá)不到預(yù)設(shè)的8cm以上。后期采用豎向植筋，橫向鋼筋點(diǎn)焊到豎向鋼筋上。

3）橫向筋設(shè)置：垂直于鋼軌方向，距離鋼軌5cm。選用HRB400螺紋鋼筋，鋼筋直徑φ16。植入道床鋼筋砼板8cm。間距15cm。

4）縱向筋設(shè)置：平行于鋼軌方向，選用HRB400螺紋鋼筋，鋼筋直徑φ12，間距12.8cm。縱筋沿板長(zhǎng)方向連續(xù)布設(shè)，其搭接長(zhǎng)度至少0.5m，見圖7、圖8。

因該方案施工時(shí)有軌電車2號(hào)線未開放交通運(yùn)營(yíng)，從原路面鑿除、清運(yùn)、鋼筋綁扎到混凝土澆筑，干擾因素較少，試驗(yàn)路的施工過程較為順利。

施工結(jié)束后，課題組定期進(jìn)行外觀觀測(cè)，該交叉口車流量不大，但是一年后試驗(yàn)路垂直于鋼軌方向出現(xiàn)橫向裂紋，個(gè)別也有平行于鋼軌方向的縱向裂紋。

經(jīng)分析，造成這種裂紋的主要原因是：①鋼纖維混凝土路面結(jié)構(gòu)層厚度只有12cm左右，中間只有一層鋼筋網(wǎng)片；②鋼纖維混凝土的強(qiáng)度等級(jí)較高，鋼纖維拌和不均勻，夏季高溫季節(jié)施工。

3.2 雙層鋼筋骨架現(xiàn)澆鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)

課題組在有軌1號(hào)線和S230省道交叉口交通流量調(diào)查，此交叉口的BZZ-100累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne為1.253×107次/車道，大客車及中型以上貨車約2860輛/（d□車道），且有超載車輛通行，屬于重載交通，故選擇方案二即雙層鋼筋骨架鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)。具體的做法為：

1）處理范圍：垂直于軌道方向，自有軌電車上下行線最外側(cè)鋼軌3.5m范圍內(nèi)（含軌道間、上下行線之間）全部鑿除進(jìn)行剛性結(jié)構(gòu)處理。平行于軌道方向，自兩側(cè)的人行道斑馬線為起訖點(diǎn)。

2）將需要處理的范圍分為兩部分，一半全封閉圍擋施工，另一半保證社會(huì)車輛通行。為保證混凝土路面板厚大于20cm，將12cm厚的瀝青路面和10cm水泥混凝土底板全部鑿除，見圖6。

3）植筋采用φ16的HRB400鋼筋，深度8cm，外露15cm，植筋間距縱橫方向均為20cm*20cm，局部加密。

4）垂直鋼軌方向橫向鋼筋布設(shè)：采用φ16的HRB400鋼筋，兩側(cè)距鋼軌邊緣各為4-5cm，豎直方向第一層距混凝土底面5cm，第二層距頂面5cm，橫向鋼筋和植入的豎向鋼筋采用點(diǎn)焊連接。

5）為加強(qiáng)對(duì)鋼軌及鋼軌邊緣混凝土的保護(hù)，本方案在鋼軌兩側(cè)加設(shè)類似于橋梁型鋼伸縮縫的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)先在距鋼軌10cm、30cm 處沿鋼軌側(cè)植筋，植筋鋼筋為φ16的HRB400鋼筋。然后縱向?qū)ⅵ?6的HRB400鋼筋點(diǎn)焊到已植好的豎向鋼筋上，靠鋼軌側(cè)縱向筋為雙層，橫截面呈直角梯形。再講C80型鋼焊接到梯形鋼筋骨架上，C80型鋼與鋼軌平齊，平面誤差控制在2mm以內(nèi)，距鋼軌4cm±5mm，施工后的成品見圖9。

6）沿鋼軌方向布置縱向鋼筋布設(shè)，采用φ12的HRB400鋼筋，兩層均放置在橫向鋼筋下面，保證混凝土的保護(hù)層厚度大于4cm。綁扎完工后的雙層鋼筋骨架結(jié)構(gòu)見圖10。

7）鋼筋布設(shè)完成后，澆筑C35鋼纖維混凝土，養(yǎng)生至少14天，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%以上后方可開放交通。

4 鋼纖維混凝土材料配方研究與性能測(cè)試

為保證維修處治后的路面結(jié)構(gòu)使用壽命較常規(guī)瀝青路面大幅提高，并盡可能減少混凝土干縮裂縫產(chǎn)生，課題組按照不同抗壓強(qiáng)度等級(jí)、不同鋼纖維摻量、不同水膠比、不同砂率幾個(gè)方面進(jìn)行正交試驗(yàn)，鋼纖維采用波紋型短纖維，纖維長(zhǎng)度5cm 左右，見圖11。水泥采用浙江湖州南方建材P.O42.5水泥，集料采用浙江長(zhǎng)興石灰?guī)r連續(xù)級(jí)配集料，見圖12。

通過混凝土抗彎拉強(qiáng)度的高低選擇適宜的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼纖維摻量、水膠比和砂率等參數(shù)。有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同抗壓強(qiáng)度、鋼纖維摻量、水膠比、砂率的混凝土試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以得出結(jié)論，隨著鋼纖維摻量的增加、水膠比減小，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都有不同程度的提高，砂率對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較小。

本項(xiàng)目方案一采用C40標(biāo)號(hào)的鋼纖維混凝土，鋼纖維摻配比例：50kg/m3，混凝土水膠比：0.45，砂率35.3%。試驗(yàn)段施工恰逢高溫天氣，盡管采取避開中午高溫時(shí)間段，確保氣溫在30℃以下時(shí)間段施工，但是后期對(duì)該路段混凝土表面觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，收縮裂縫仍然較多。

根據(jù)方案一混凝土裂縫較多的情況，方案二采用C35鋼纖維混凝土，鋼纖維摻配比例50kg/m3，混凝土水膠比選用0.39，砂率40.5%。施工時(shí)間安排在10月～11月平均氣溫20±5℃的秋季。

第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)表明，混凝土28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到44.7MPa，28天抗折強(qiáng)度達(dá)到5.0MPa，達(dá)到課題組預(yù)期設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)要求。

方案二試驗(yàn)段經(jīng)過一年的通車運(yùn)營(yíng)，未發(fā)生斷板或密集裂縫，大大減少了該交叉口的養(yǎng)護(hù)維修頻次，參見圖13、圖14。

5 利用有軌電車夜間停運(yùn)窗口期的快速施工組織管理研究

對(duì)于新建有軌電車與城鎮(zhèn)道路的交叉口路面結(jié)構(gòu)施工按照正常的工藝流程即可完成。但是，對(duì)于已經(jīng)通車運(yùn)營(yíng)的有軌電車，在保證電車運(yùn)營(yíng)不停止、社會(huì)車輛交通不中斷的施工工況下進(jìn)行交叉口的改造維修，施工難度非常大。

在蘇州高新有軌電車集團(tuán)有限公司統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，課題組和有軌電車建設(shè)管理部門、運(yùn)營(yíng)部門、養(yǎng)護(hù)維修部門通力協(xié)作，制定詳細(xì)的施工方案。由于該試驗(yàn)段的S230省道交叉路口的部分產(chǎn)權(quán)屬于蘇州市公路運(yùn)管處，在編制施工方案時(shí)還要報(bào)請(qǐng)運(yùn)管處、交警中隊(duì)等相關(guān)管理部門審批。

本項(xiàng)目施工最關(guān)鍵的還是確保有軌電車安全準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)的前提下，利用有軌電車夜間停止運(yùn)營(yíng)的窗口期即23：30～次日3：30共計(jì)4個(gè)小時(shí)進(jìn)行老路挖除、植筋、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等全部工藝流程的施工作業(yè)。

因此，課題組研究制定了“白天充分準(zhǔn)備、提前1小時(shí)場(chǎng)外等候、電車一停立即開工、提前30分鐘收工、工完場(chǎng)清三方檢查”的制度。

在施工工藝流程方面，課題組制定了“挖除一段、清運(yùn)一段、植筋一段、鋼筋綁扎完成一段、澆筑一段”的流水作業(yè)方案，確保每個(gè)工序在3小時(shí)內(nèi)完成，提前30分鐘將現(xiàn)場(chǎng)的人員、機(jī)械設(shè)備、建筑材料全部撤出現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)課題組、有軌電車建設(shè)方、有軌電車運(yùn)營(yíng)管理方三方驗(yàn)收，確保無(wú)任何影響電車運(yùn)行安全的危險(xiǎn)源之后方可撤離施工現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)，課題組安排2名專職安全人員在非施工時(shí)間段指揮社會(huì)車輛按序通行。

經(jīng)過方案二試驗(yàn)段的工程實(shí)踐，嚴(yán)格按施工方案組織施工，并進(jìn)行多方交叉檢查，安全管理、質(zhì)量管理都得到了有效保證。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段大部分有軌電車與城鎮(zhèn)道路交叉口采用瀝青路面結(jié)構(gòu)難以保證路面不開裂、不出現(xiàn)坑槽等質(zhì)量通病。對(duì)于已出現(xiàn)的坑槽等病害，采用一般的瀝青路面修補(bǔ)方法不能從根本上解決問題。必須因地制宜，根據(jù)被交道路的等級(jí)、交通流量選擇合適的維修方案。雙層鋼筋骨架鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)是一種長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)，可以有效解決有軌電車與城鎮(zhèn)道路交叉口路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量通病。

但是在社會(huì)交通不中斷、電車不停運(yùn)的條件下，施工雙層鋼筋骨架鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)需要特別注意施工安全，應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行施工方案，并實(shí)行“施工、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)”三方安全檢查制度