采空塌陷区桥跨结构探讨

2010-08-21赵志军

山西建筑 2010年16期

赵志军

1 工程概况

枣木高速公路在K87+150.2处与鲁南化肥厂专用线平交。公铁平交影响了枣木高速的通行能力和服务水平,有关部门决定在此建一座公铁立交桥。由于拟建地点在煤炭开采形成的采空区上方,虽然地下开采早已结束,地表下沉的活跃期和衰退期也已经结束,但采动覆岩的残余变形及地下岩层的再次失稳危险仍然存在。因此,有必要对拟建区域进行治理,对拟建桥梁的受力状况作出模拟和分析。

2 采空塌陷区治理及残余变形预测

2.1 枣木高速公路下伏采空区工程注浆治理

此采空塌陷区采用注浆治理。注浆孔分为中间注浆孔和边缘注浆孔,中间孔主要是起到充填加固地基作用,边缘孔主要起到帷幕作用,防止浆液流失。公路路基填筑范围内为采空区治理重点部位,各排钻孔间距应较小;路基两侧保护带为辅助治理部位,孔间距相对要大些,具体间距根据现场试验确定。治理范围边缘部位布置边缘帷幕孔,以防浆液流失。

充填注浆材料采用粉煤灰。开始注浆时可用天然砂砾与粉煤灰混合注入,为改善粉煤灰浆体的性能,可加入悬浮剂或其他外加剂,必要时加入水泥、水玻璃等。如果以粉煤灰为主要原料,掺少量水泥制成水泥粉煤灰,再以水泥粉煤灰为主要原料进行注浆,那么通过调整粉煤灰与水泥的配比,则可以调整注浆充填物硬化后的硬度和强度,即达到注浆要求。

2.2 残余变形预测

高速公路路基下伏采空区变形与稳定性的研究,在国内外都没有系统的研究成果。到目前为止,针对高速公路下伏采空区问题的研究报道比较少,尚未形成成熟的理论及工程设计体系,无规范、规程可循[1],仅能借助于一些类似工程的成功经验来分析。采空区变形稳定性评价方法主要有经验公式法,概率积分法,数值分析法,结构力学法等。

山东枣庄矿区多年来的生产实践经验以及相邻矿井实测资料数据表明,矿区采煤地表移动与变形分布曲线形态基本符合概率积分型分布。本文采用概率积分法预计数学模型。

下沉公式[1]:

通过理论计算和数值模拟分析,该区域的沉陷残余下沉量约50 mm。

3 梁桥受力状况模拟

两跨连续梁桥受力状况模拟以无下沉无车辆荷载、无下沉有车辆荷载、有下沉而没有车辆荷载和有下沉且有车辆荷载四种情况做对比分析。

3.1 中墩下沉时的分析

没有车辆荷载作用下的弯矩和剪力如图1,图2所示。有车辆荷载作用的弯矩和剪力如图3,图4所示。其最不利车辆荷载布置为:计算弯矩值时,均布荷载(10 500 N/m)在两跨桥梁上满布,集中荷载(240 000 N)作用在两跨的跨中;计算剪力值时,均布荷载(10 500 N/m)在两跨桥梁上满布,集中荷载(240 000 N)作用在1号,3号墩顶部的梁上。

3.2 边墩下沉时的分析

两跨连续梁桥边墩下沉而没有车辆荷载作用时,其产生的弯矩和剪力如图5,图6所示。有车辆荷载作用时,其产生的弯矩和剪力如图7,图8所示。其最不利车辆荷载布置为:计算弯矩值时,均布荷载(10 500 N/m)在两跨桥梁上满布,集中荷载(240 000 N)作用在两跨的跨中;计算剪力值时,均布荷载(10 500 N/m)在两跨桥梁上满布,集中荷载(240 000 N)作用在1号,3号墩顶部的梁上。