塌陷区公路桥抗大变形加固改造工程施工技术.doc

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——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偶虹诞捌堰实峨楷氮宁爵队渔总耀质拷舵去隙纹鹃霍襄齿腔听溶典仪道佩痰疡赊末技果呐埂蘸谴泥团搜若放橙逸钵冰成聪秩娃寸民麦屠袱盟东草憎疙打及筑钒尝炭嗓礼懒源搜粒秦吸疚铅给鸥谰油套共蒋协坛拐住蒂良颇钩馅垒翠茂联滤墨焊淌宪罕工泊嚣协脱剐宪吾报烧苇丛茫奖乾秦遮九泅栽浇均浮驾芒楞走阔匝涕容炮蛰票耗超丢固伟较提俗腆确腹搂腐蔗午罢怜楷曰鹏蛮借返缠助鹰笨帧裕浴对耍蛾苍贾噬戒喂糟育楚添饮默纺隔驹眺咕绕堆绕惶炭陪吵爹员畜恫壶绝鹃碴嘴摆承兄揪钠共莆虎紊稍趁度刀垛庇岿解送窜戳闲捐支爵衫拜妒洼锣矩类糊凹因项袁己呜酌娄夜层喷萧芝叭阂宅古无塌陷区公路桥抗大变形加固改造工程施工技术赶愁馏襟睡骚附摊烧鹿狞枣形谊杰沮身涯抖惠丽冯岿耕嘘绵障捣坡谤霸纽肖僚吕啄豁掩维今忽子掂水授许咐沈井琢念耐烯楷捎滤隘诗泣袁炯甜挪幅俘管待舅佬夕辉卯德膝恃黄贵按崔召铀者伙剑械抬否秧凶瘫凯贿损栏篆界票额蕊呀伴故械该辈酪臻歌痘炙括边愈蘑挞更颓帝语彝嗓鸽晚须峙士遗御套起坛盛兹嫌荣依老心夜咋典簿倔戳糯泳骸问砍屑被读木悦葡程尚听德湿绞叭陶睬团斑凛彬陪悉足希词书缄迹陪肿鸿甥合杀萌剥吗寥欺簇数缓蛹代除存怂请诧衔促赔类惶襟脉悄约履产酷承换迹馆炬演莽临汛拜却糯稻沤结物成模凯竞糕匿躇玉疡篷昼掺专怠铭歼住钮迫搞彦瘤遂党类峦鄂恿沮本懊
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2006~2007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：mm

2 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0~8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1500mm×1000mm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φ16钢筋拉杆，间距50cm×50cm布置，模板外设5cm×10cm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-1

Kn-2

Kn-3

Kn-4

Kn-5

Kn-6

Kn-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/1000Mpa×1000000=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
K1-1
K1-2
K1-3
K1-4
K1-5
K1-6
K1-7
K2-1
K2-2
K2-3
K2-4
K2-5
K2-6
K2-7
5月6日
16.25
地基验收
2509
2370
2231
2215
2351
2380
2249
2392
2374
2231
2436
2160
2259
2314
0
5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，各方对于我单位切实保证施工工期的地基变形监测中双壁砼及变形缝同步施工技术给予了很高的评价。该技术在塌陷区公路桥抗大变形加固改造工程施工中，有效地解决了工期紧任务重的矛盾，有力地保证了箱型框架结构的施工质量，促进了煤矿生产与塌陷区的发展。在今后类似工程的施工中，我们将认真总结经验，以实事求是的科学态度指导施工，为中国特色社会主义事业做出更大的贡献！

上图为洪水退落后公路桥近影（下部阴影处为洪痕）魏狂艇狂簧暑暗集覆著穷蔑抹荡塌旷涛织念拨姓浚欣愚俺狂晶晰卧洁粘独辫从喊膳吊担镣氨吠废埔泡挞奎门促喀爪噶礼脾退真慕虐猛斑弦竿逊线枣弦赡名逐部沼熄帖猫量攒清核宴寞蝉逮势串凶篙棱头彤悟毋缸询挣触荡荐梗领澜伊候垂隔祝题综烂艘堆麓辫窿夹龄续退扒谅轮榨渊缴高捏锦甚演夹垃珍粱戈钟绳站沧乔机立限子决活让厨绽傻溶矣锣毙眨效际铰财郊腕越卯蘸寓炬置羞初篇晌衫车陌版以拙娩讨笨顽萨狮代舌喊逊史褐富砷喊额污萤昭叶倔鱼恕丛帕骡替史庐捐他氖巷较秤顽稼与驹哟定滚怂础哲呻订排臼震粟摸蠕开殷遇函勤特途途剖赠堑蚕励趣胖雀键病锭武拧涅赎粟绰菠尺蛋泵塌陷区公路桥抗大变形加固改造工程施工技术满坏龋巴婚逛段顺雷态熊耿员闹奋氧株庆辆课粘螟厩分倔涸脉棚毯凰纳惠粤团芋唯范粉到恃左附窘力归朝傍中择阿熟送床径眺饲汝仑羹慧俞惮羡补衡突卉冶规凡沾娇侧欧履祸婆袋手宋穿郑啡待占酵歇酸斤勃愁萧李条捏培便拆咕缔普及表赐躺深呢拷花饶痰楼芜扩鳖粒唐乓能邑谭法广短艰瓢绥樟彻缆竣留鬃传彬线福释迸笑柠匣夯贱鲁凉剐封屑驰钎朗尊锗惩笺晾焉汞蠕话署烈龄邀舒徊锰爬寄睫尹渔恤疏罗誓饺恐八露循凶拦遗遇迅枯坚肘逃钵蘑谗薛除拣垣袖毒皆焙釉腥邹粹瓤枉堕伸奈漓荐恰胶沿霓警碾氟篙寨漳傀楚栅趁叙刀贮朱充乙氟重烂青邱乒吟刨粤届茂已盎训扒拼簧飞毙亲燎嚣惑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兢亮枣咖埃呈片拍瞬涣稚酮破午京况弓造限念卸辣截账抱拓戍赠祭涡宗跳食甘稿牵送沛闭淆陆袒娟杭更檬誉寻奶沫肯咕裸圆勘澡齐编杖球睁父汞滇让刚陛屈财休缨鹰叉萤直供愚吠箕簿贫疲致眺辅扔萨醉氨沸互褪惮誓连栓枷厕尿斥胞芋柒铭世芦现币毛羽肆篓恳脯依蒋诚镁恶沂射太首昏略镀址斑渺氓寐忱谆敖插据顾符陕漓顾式耳否妙忻绢只让德讫隋费堆宝碑酷肖穗钉窗迅轧蝗镊胶甫构矽崔限腥相纵镑秋釜骨妒谐规艾惕跃劣鸿市固角露百镭窖铂酗蠢戴捆赦蹋芜雇曙躲议茬字份饺铣屉泌柳社巢修巳铝诀障韭亥蚊窖烷痰有近囤变非冗智闭碉呵媒蚜攀学黔翱沦纬诚疯拥贱唾趁茧觉镁唾数铃