辽源市矿山塌陷区道路设计方案

2018-12-08马威

商品与质量 2018年48期

马威

中国华西工程设计建设有限公司辽宁北方分公司辽宁沈阳 110021

煤炭工业是辽源市的经济命脉。然而，在资源大量开采的背后往往隐藏着改变环境所带来的威胁。如今辽源地区出现了一处采矿沉陷区，这对当地的市政环境以及道路交通都非常不利。此处的沉陷主要是因为地下矿层的脱空。矿藏位于700-800m深处，矿层厚3-4m，现阶段地面沉降每年约6-10cm不等。

文章旨在通过对该矿区的沉陷进行分析研究，结合不同路面结构层次的功能和作用，设计一条适合于该矿区的市政道路，促进交通运输和矿区经济的可持续发展。

1 方案拟定

考虑到沉降的来源位于地下700米以下，本次设计放弃了下处理后打入碎石桩的设计思路，认为这种沉降是不可避免的。因此在设计中应考虑允许其建成后发生局部沉降的可能。对于常规的黑白路面不难发现，无论是修筑水泥混凝土路面还是沥青混凝土路面都不适合这里的实际情况。如果修筑水泥混凝土路面，在使用2-3年后，积累的不均匀沉陷将使其板体结构整体性损坏，需要进行大修。对于沥青混凝土一类的柔性路面，发生沉陷后，需要加铺沥青层来找平，这样会使局部的沥青层过厚，路面易产生车辙、滑移等病害，使得2-3年后的道路的路用性能达不到使用要求，并且对行车不利。本次设计方案决定选择一种路面形式——弹石路面来代替普通的路面形式解决本次设计所遇到的问题。设计方案选择的弹石是水泥混凝土预制块，将预制的弹石装配在基层上，并用热拌沥青砂进行填缝，形成的路面。它的优点就在于板块和板块之间相互影响不大，如果发生沉降，也只会影响局部地段，而且便于维修，维修后路面的路用性能依然能保持长久。其建设费用较普通混凝土路面减少10.5%，当地面发生沉降，下沉的板块不会带动周围的板块一起下沉，从而避免发生整体性损坏。路面在使用一段时间后，板块之间如果产生高差，维修方法也比较简单：将局部的表层板块取出，将基层垫平，重新铺装、碾压、浇缝即可。

2 弹石路面的结构承载理论分析

2.1 内力分析

弹石路面内力计算中，最大弯矩发生点是在荷载中心的位置，最大扭矩发生点是在荷载边缘处，即弹石的四个角点处。利用结构设计原理知识可以根据弹石块中产生的最大内力值、弹石截面尺寸及弹石所用的材料的容许应力检验弹石路面结构的安全系数，以指导结构层的设计，同时为施工方案的制定提供理论依据。

2.2 荷载作用最不利位置分析

要设计出安全且经济的弹石路面结构，必须使所设计的结构在荷载作用的最不利情况下能满足可靠度要求。通过力学模型分析可以知道，在荷载作用下接缝的荷载传递作用可以使结构强度增加。在荷载形状与大小一定的情况下，自然将荷载中心位置置于多块弹石的公共角处将使结构受力最不利。

3 弹石的一般要求

3.1 弹石的技术要求

研究表明，弹石块的强度高低并不是影响弹石路面结构性能的决定因素，因为弹石块体的强度一般都能满足要求。但如果弹石块的强度太低，那么在施工过程中就会容易出现断块、掉角等现象[1]。

3.2 弹石形状的选择

弹石的形状的选择应主要从以下两方面进行考虑：一方面是应受力合理；另方面是制作和施工方便性。从受力的角度进行分析，选择多边形的效果要好一些，其中圆形的效果最好，但是圆形和多边形弹石块的加工和制作工艺较复杂，且施工工艺要求较高。因此从受力和加工、施工方便综合来看，一般较为采用矩形。矩形加工制作较为容易，并且其规格和质量都较为容易进行控制。

3.3 弹石尺寸的选择

弹石的尺寸、砌筑方向与车辆的轮迹大小、轮迹形状、着地面积及形状等都有关系。根据经验弹石尺寸主要在10cm×15cm左右。当弹石尺寸增大之后，会带来两个方面的不利影响：一是尺寸增大之后，质量增加，不利于人工铺砌，会降低铺砌的速度和施工效率；二是块体尺寸增大以后，在弹石块体受力分析中，就不仅仅是受压问题，还有抗弯拉问题，并且随着尺寸增大，将会以抗弯拉为主控制弹石设计，而水泥混凝土的抗弯拉强度较低，必须要避免弹石出现这种受力状态。通过对理论计算及建设实例的分析，得出弹石块采用10cm×15cm的尺寸较为合理，这样的结构尺寸既有利于弹力块的受力，又有利于整体的稳定。弹石块厚度的选择应根据荷载计算结果最终确定。对于荷载计算值较大的区域应选用厚度较大的弹力块体，见表1。

4 弹石路面设计

4.1 弹石路面设计依据

弹性路面的设计适于采用弹性多层体理论的计算方法。弹性层理论的设计方法的基本框架相同。其中目前较为完善的计算方法有两种，等效厚度法及力学分析法。本次设计选用等效厚度法。根据以往设计结构分析可知，弹石路面的性能与沥青路面的性能较为相似，都具有柔性路面的基本特点，因此弹石路面的结构设计方法可采用沥青路面相同的计算方法将弹石路面厚度等效换算为沥青层的厚度。