浅谈采空区道路桥梁设计施工需要注意的相关问题

贾晓军

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097)

门头沟采空棚户区九龙路道路改造工程位于门头沟新城北部老城区的北端，跨东西辛房、石泉砖厂以及城子地区，处于门头沟采空棚户区内，地下存在挖煤航等。项目西起规划黑一路与门头沟路交叉处，向东接城子大街，道路全长约7.019Km。九龙路规划为城市次干路，道路红线宽度为30 米，桥涵设计荷载采用城-A 级，桥梁设计洪水频率采用1/50。项目共布设了3 座桥梁，19 座涵洞。

图1

石岗村中桥位于门头沟采空棚户区九龙路上，起点桩号为K3+104.420，终点桩号为K3+131.420，桥梁全长27m，桥梁全宽19m。上部结构采用1×20m 预应力混凝土简支空心板，下部结构采用肋板式桥台，钻孔灌注桩基础。

地质情况如下：本项目拟建场地地理位置位于北京市门头沟区永定镇九龙山山地地区，属北京西部燕山山脉，线路延线地势高低起伏不平。桩基地层主要为侏罗纪沉积岩层，分布于第四纪残坡积层以下，岩性主要为强风化- 中风化砂岩⑤层 全风化砂岩⑤1 层 强风化- 中风化砂岩⑥层 强风化砾岩⑥1 层 中风化砂岩⑦层。由于受区域地质构造影响，岩体内节理、裂隙较为发育，岩体一般较破碎- 较完整，局部破碎。拟建场地的抗震设防烈度8 度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.20g。根据勘察成果及区域地质资料分析，按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011－2010)判定拟建场地为抗震一般地段；依据《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)判定，由于路基以下局部为严重不均匀地层，建议按拟建场区为对建筑抗震不利地段考虑。拟建场地建筑的场地类别建议综合按Ⅱ类考虑。地层中分布有粒径较大的漂石、块石(属坚硬埋藏物)，钻孔灌注桩施工时应充分考虑其对施工质量、工程进度等方面的不利影响，施工中应严控成孔、成桩质量，并应采取有效措施控制孔底沉渣厚度。

0 号台大桩号C 桩在成孔5 米时，泥浆突然不见，调查发现在钻孔位置有一竖向溶洞巷道，直径约80cm，在成孔5米位置探10 米未见底。该竖向溶洞巷道无法为该桩提供侧摩阻力，桩基承载力大幅减少，并且影响到B、C’、D 、D’四根桩基，无法保证桥梁结构安全。

相关单位召开四次会议，确定首先进行地质勘察。(1)将0#台C 桩小里程方向平移5m 钻孔发现横向巷道，再平移5m，即0#台共往小里程方向平移10m 未发现采空。(2)沿河道位置进行地质勘察，布置见图2，未发现采空。

图2

根据地质勘察补勘情况及会议纪要，综合分析提出以下3 个可能可行方案(2 个桥梁方案和1 个箱涵方案)。

方案一：0#台右半幅加长10m，左半幅不变，需在路桥纵向分界设置挡墙。并核定其他桩基承载力情况。左半福为20m 空心板+10 米路基，右半幅为30 米T 梁。该方案存在两侧桥梁桥长不一致，梁高不一致，景观性较差；路桥分界处采用挡墙施工，后期不均匀沉降难以控制，施工难度大，工期长。如果采用该方案需要进行以下工作：a.需要对桩基承载力按照摩擦桩进行计算，如桩长不满足要求，需进行补桩；b.对于已成桩需进行补钻，探明桩底至采空区的厚度是否大于5m 要求；c.桥台结构受力复杂需进行验算。经初步测算需增加费用309.8万元。(图3)

图3

方案二：0#台整体加长10m，平移后为30m 跨径T 梁桥。废弃已浇筑左侧四根桩。该方案全桥上、下部结构型式一致，较为美观。该方案施工难度适中，工期长。若采用该方案需进行下一步工作：a. 桥梁跨径增大，已实施桩基承载力不满足要求，需进行补桩并修正桥台尺寸；b.对于已成桩需进行补钻，探明桩底至采空区的厚度是否满足大于5m 要求。经初步测算需增加费用404.2 万元。(图4)

图4

方案三：1-6.0×4.0m 现浇钢筋混凝土箱涵(见图5)，经过与北京市城市规划设计研究院进行沟通，得知所跨规划河道50 年洪水流量为27.1m3/s，水深为1.87m，流速为2.4m/s。涵长约32m。按照暗涵设计，路面结构布置与道路路基段一致，较为美观，也不存在后期不均匀沉降的隐患。施工简单，工期较短。若采用该方案需进一步落实以下问题：a.此方案过水断面与河道规划断面不一致，能否满足行洪与规划横断面型式要求，需征求水务和规划部门的批复意见；b.箱涵建设完成后，河道若需要整改，该节点箱涵较桥梁选择空间小，难以进行处理。经初步测算需增加费用8.5 万元。

图5

综合分析，考虑存在以下问题：a.采空区挖煤巷道非正规单位开采，通过该区域煤矿局搜集资料，无采空区相关资料；综合地质勘察单位意见探明采空区非常困难，周期长，费用高，且无探明的必要。b.地质勘查桩位钻孔直径约0.15m，而桥梁桩基直径为1.2m，方案一、方案二施工时桩基钻孔过程中仍有可能出现碰到采空区现象，如施工时出现采空现象则重新调整桥梁方案，施工存在较大风险，不确定性强。c.补勘钻孔深度为20m，30m 跨径需要桩长20m 左右，则设计桩底高程在补勘钻孔深度以下，桩底以下持力层深度范围内地质情况不明确，需要增加钻孔深度，需要地勘单位二次进场补勘。d. 需采取桩基静载试验测定桩的承载力，如出现桩基承载力不满足设计要求，则仍需重新调整桥梁方案，后续需开展相关检测工作，根据检测结果确定是否调整桥梁方案。e.本线路K2+238.843 岳家坡村中桥0#台承台基坑开挖时，发现往小里程方向有横向巷道。岳家坡村中桥桩基、承台已施工完毕，但桩基周围有没有采空区存在，新钻桩基存在与石岗村中桥周边存在采空巷道同样问题，需要确认，排除安全隐患。f.采空区非正规单位开采，无采空区相关资料；采空区是否进行回填？如果进行回填，工程量统计困难且非常巨大难估。

综合考虑并结合补勘资料，若采用桥梁加长方案，考虑采空区巷道非正规单位开采，分布不规则，施工风险大。经多方案比选，深入论证研究，咨询相关专家意见，普遍认为该处适宜建设涵洞工程，若流量较大可采用多空涵洞过水。后与规划部门沟通，得知所跨规划河道50 年洪水流量为27.1m3/s，水深为1.87m，流速为2.4m/s，可改为1-6×4m 现浇钢筋混凝土箱涵，涵长约32m。综合考虑该处地层为岩石，地基承载力高，巷道埋深较深，征求各单位意见，最终选用涵洞方案，满足河流过水要求。

结束语

采空区道路桥涵工程在设计之初要积极考虑采空区的设计自身特点，要高度重视采空区的道路桥涵工程设计条件，注意收集区域相关的采空区即有资料，在勘察过程中要加强采空区域的勘察探查工作，为设计提供详实的设计基础资料，使桥涵设计更安全可靠经济，确保工程顺利完成。采空区桥梁桩基施工若碰到采空巷道问题，要及时查明该地区采空区地质情况，加强勘察方面的产出投入，根据现场实际情况进行多方案对比，特别是桥梁和涵洞的对比分析，在满足河道的泄洪排涝需求的前提下，充分分析巷道的稳定性和承载力，对其进行稳定性评价分析，计算其临界安全深度值，评价分析采空区塌陷危险性，从而得出采用什么处理方案。

采空区的城市道路项目设计施工，特别是桥涵的设计施工要引起高度重视，充分认识到采空区对桥涵破坏带来的巨大安全隐患。在设计之初就要重视勘察、设计的前期踏勘和走访工作，认真了解该区域的采空区情况，在设计中予以避让，尽量规避降低施工风险，确保我们采空区道路桥涵的设计时安全的、可靠的、经济的，同时也是让人民放心的工程。