塌陷区公路桥抗大变形加固改造工程施工技术.doc

塌陷区公路桥抗大变形加固改造施工技术潘三矿东风井桥在地基监测中的双壁施工焦永超 中铁十六局集团二公司淮南项目部摘 要 塌陷区公路兼有煤矿生产与地方交通双重功用，公路桥在下沉加固改造中面临着工期紧寿命长的技术要求，如何确保施工中桥梁的质量以及改造后抗大变形能力成为塌陷区公路桥施工中必须考虑的重要课题。我公司投入精良的技术力量，在20062007年期间成功实施了淮南矿业集团潘三煤矿西风井与东风井公路泥河桥的塌陷治理工程，有力地诠释了中国矿业大学关于塌陷区公路桥抗大变形加固改造的专利方法。关键词 塌陷区 公路桥 大变形 改造施工1项目概况潘三煤矿是一座设计年产四百万吨的特大型现代化矿井，于1996年7月1日开工，2001年11月8日正式投产，当年达产并超产。潘三矿西风井与东风井公路泥河桥均位于潘三矿首采区，作为煤炭汽车外运的线路，该桥对保证潘三煤矿正常生产和运输起重要作用，而且是当地人民群众工作、学习与生活的物质保障，政治和经济意义都非常巨大。由于桥体改造形式相似，本文重点叙述较为典型的东风井公路桥的改造施工技术。潘三矿东风井公路泥河桥位于地下开采影响区内，由于受地下开采引起地表变形的影响，原东风井公路泥河桥已经不能满足正常使用功能。由于采动区内的桥梁设计及建设还处于科研阶段，尚无成熟的成果，所以淮南矿业集团专门组织了潘三东风井公路泥河桥设计方案论证会，到会专家充分论证了潘三东风井公路泥河桥设计方案，确定拆除原桥并在原址建设新桥，新桥采用独立的钢筋混凝土箱形框架结构，满足抗变形要求。考虑后期矿井开采计划的调整及对地表塌陷影响等可变因素，东风井公路泥河桥设计分阶段进行。第一阶段泥河桥设计按满足地表下沉3m的要求进行，当地表下沉超过3m，需进行第二阶段设计，届时按实际情况进行专题研究。施工后桥面与路面高差3.87m，与桥接触部分外延设平台，通过放5%坡度达到现路面标高。见桥体立面图（图一）。第一阶段施工完成后，可在五年内缓解潘三矿生产与公路交通、泥河行洪和通航之间的矛盾。新桥体工程长40.6O米，宽12.15米，高11.8米，由10个独立的箱形混凝土框架构成，在旋喷桩地基完成后进行施工，工期两个月。主体工程合同开工日期为5月8日，适值汛期将至，临时通行重车的围堰工程不能保证汛期通车功能，按照常规 “一跳一” 施工箱体、变形缝中间充填的方法不能保证工期。经过方案论证，我们与设计单位决定在实施地基变形监测的同时，采用箱体结构混凝土与变形缝同步施工的方法，在保证混凝土质量的前提下十个箱体同时施工。6月24日箱体浇筑完成，7月8日经检测顶板同条件试件达到设计强度的90%以上，开放交通。图一 桥体立面图 尺寸单位：mm2 技术方案塌陷区公路桥抗大变形加固施工方法，早在2003年6月份由中国矿业大学于广云教授等人申报了专利。该方法最适用于治理塌陷区大幅度不均匀下沉的水上交通设施。采用箱形抗变形结构交通桥，根据水面宽度，采用一个或多个独立箱形抗变形结构桥组合排列。能有效地抵抗采动区不均匀沉降、屈曲变形等地表大变形的影响，保证在地表下沉过程中公路的正常运输；并能满足地表累计下沉量达08米公路的正常运输，大大节约了改线路和改河道的土地资源，而且投资较少，改造所需手续简便，效果好，不会影响煤矿的生产，具有广泛的实用性。按照建设单位的要求，本工程应用该方法有两个控制难度较大的技术要点：首先是高达9米的薄壁结构双壁同时浇筑施工，采用沥青软木填充的变形缝必须平整密贴达到设计要求，模板支撑与混凝土分层浇筑难度较大；其次是桥下采煤已经小范围影响桥体致其开始下沉，如果桥体地基不均匀变形超过一定范围（应变频率变化量大于1500Hz），则变形缝两侧砼结构不能同时施工，否则会破坏侧壁受力面。为解决这两个问题，确保桥体工程在不影响质量的前提下按期完成，我们在有效监测的前提下制定并实施了针对性较强的施工技术方案。（1）沥青软木制作为满足双壁同时施工的要求，沥青软木须化整为零，兼作内模。施工中，我们将沥青软木按照设计要求的填充密度做成1500mm1000mm的方型框体，接合部制作成企口，外覆浸过沥青的高强多层板。如图二所示。图二 （2）外部模板加固 外模板采用18mm覆膜多层板，能抵抗设计最大变形值。模板内部设砼垫块与双层钢筋骨架固定保证间距，内模与双壁钢筋骨架双向固定。模板内设16钢筋拉杆，间距50cm50cm布置，模板外设5cm10cm方木，间距30cm，最外面设100mm槽钢支撑，间距50cm。参见图三。图三模板安装后仔细检查平整度与垂直度，尤其是做为内模的沥青软木填充块，确保平整与竖直。模板接缝保证严密，模板之间贴密封条，防止漏浆。（3）双壁混凝土浇筑考虑到内外模板的承受能力，混凝土浇筑采用5m+4m分两次浇注。施工时，每孔选取多个位置做为混凝土输送管下放区，临时拆除构造拉筋，在分层浇筑过程中及时恢复。混凝土分层入模采用图四顺序，保证沥青软木变形缝两侧同步浇注，混凝土表面高差不大于50cm。混凝土振捣在变形缝两侧高度大致相同的情况下进行，并不得触碰内外模板。图四3地基变形监测为保证混凝土浇筑前地基变形不产生破坏性影响，我们与设计单位一起进行了地基应变监测。按照旋喷桩地基受力变形规律，测试在选取的测试桩身轴线上布置的若干应变计，获得桩受力过程中的各点应变值，从而获取地基变形变化情况，决定可否进行混凝土施工。监测桩设置如图五、六所示。Kn-1Kn-2Kn-3Kn-4Kn-5Kn-6Kn-7图五 监测桩身应变计布置图图六 监测桩位置及数据管线布置图（1）控制原理本工程沥青软木变形缝宽150mm，取沥青软木弹性模数为6000Mpa，则软木应力达到侧壁C35混凝土终凝最小强度1.5Mpa（据商品砼供应站试验室资料）对应的应变为2.5E-4，对应宏观变形量即缝宽乘以2.5E-4，得到变形缝能破坏箱体结构混凝土最大变形量为0.0375mm。此变形量无法直观测得，只能在应变监测数据上反映。因为涉及地基与上部结构的协同工作情况比较复杂，我们将上下部的变形简化成最不利的模式，即桩基础与变形缝的最大应力一致。旋喷桩最大弹性模数取1000 Mpa，经计算对应的应变为1.5E-3。我们选用的应变片对应读数为地基实际应变乘以1E6，对应上述应变量，测量读数应该变化1500。1.5Mpa/1000Mpa1000000=1500（2）控制过程为取得施工前地基变化规律，我们指定专人进行数据监测工作。得到表一所列数据。表一 潘三矿东风井公路泥河桥塌陷治理工程应变测试记录表测试日期时间施工进度测试部位及编号最大变化量K1-1K1-2K1-3K1-4K1-5K1-6K1-7K2-1K2-2K2-3K2-4K2-5K2-6K2-75月6日16.25地基验收2509 2370 2231 2215 2351 2380 2249 2392 2374 2231 2436 2160 2259 2314 05月10日18.8基础开挖2514 2374 2253 2320 2418 2380 2292 2438 2429 2318 2477 2254 2333 2461 147 5月18日10.00垫层浇筑2514 2371 2253 2342 2371 2394 2294 2436 2427 2325 2484 2256 2336 2318 143 5月21日15.50底板钢筋2514 2370 2253 2347 2389 2409 2295 2437 2429 2327 2487 2260 2339 2314 18 5月28日10.20底板砼浇筑2513 2368 2254 2350 2183 2404 2279 2422 2389 2304 2478 2192 2265 2129 206 6月5日10.40双壁砼浇筑2513 2367 2254 2358 2206 2407 2280 2424 2393 2308 2486 2200 2264 2140 23 6月8日7.00双壁砼浇筑2513 2367 2254 2360 2103 2383 2271 2417 2373 2290 2476 2149 2205 2057 103 6月11日15.00双壁砼浇筑2513 2366 2254 2361 2072 2376 2268 2411 2357 2293 2472 2122 2180 2020 37 6月13日12.00双壁砼浇筑2513 2366 2254 2362 2041 2369 2265 2405 2342 2295 2467 2095 2154 1983 37 通过数据分析，各测试日期记录尤其是在各次双壁施工监测点累积应力变化最大值未超过1500，日变化量相对更小，则当前地基变形情况允许双壁混凝土同时施工。4结束语 潘三矿东风井公路泥河新桥自建成以来，受潘北、朱集两矿生产能力持续增长的影响，桥面通行80吨以上重车已达四个月之久，其中行洪过程中通行两个月。在竣工验收过程中，内实外美的桥体得到建设单位的肯定。同时，各