淺談采空區道路橋梁設計施工需要注意的相關問題

賈曉軍

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097)

門頭溝采空棚戶區九龍路道路改造工程位于門頭溝新城北部老城區的北端，跨東西辛房、石泉磚廠以及城子地區，處于門頭溝采空棚戶區內，地下存在挖煤航等。項目西起規劃黑一路與門頭溝路交叉處，向東接城子大街，道路全長約7.019Km。九龍路規劃為城市次干路，道路紅線寬度為30 米，橋涵設計荷載采用城-A 級，橋梁設計洪水頻率采用1/50。項目共布設了3 座橋梁，19 座涵洞。

圖1

石崗村中橋位于門頭溝采空棚戶區九龍路上，起點樁號為K3+104.420，終點樁號為K3+131.420，橋梁全長27m，橋梁全寬19m。上部結構采用1×20m 預應力混凝土簡支空心板，下部結構采用肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。

地質情況如下：本項目擬建場地地理位置位于北京市門頭溝區永定鎮九龍山山地地區，屬北京西部燕山山脈，線路延線地勢高低起伏不平。樁基地層主要為侏羅紀沉積巖層，分布于第四紀殘坡積層以下，巖性主要為強風化- 中風化砂巖⑤層 全風化砂巖⑤1 層 強風化- 中風化砂巖⑥層 強風化礫巖⑥1 層 中風化砂巖⑦層。由于受區域地質構造影響，巖體內節理、裂隙較為發育，巖體一般較破碎- 較完整，局部破碎。擬建場地的抗震設防烈度8 度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.20g。根據勘察成果及區域地質資料分析，按照《建筑抗震設計規范》(GB 50011－2010)判定擬建場地為抗震一般地段；依據《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008)判定，由于路基以下局部為嚴重不均勻地層，建議按擬建場區為對建筑抗震不利地段考慮。擬建場地建筑的場地類別建議綜合按Ⅱ類考慮。地層中分布有粒徑較大的漂石、塊石(屬堅硬埋藏物)，鉆孔灌注樁施工時應充分考慮其對施工質量、工程進度等方面的不利影響，施工中應嚴控成孔、成樁質量，并應采取有效措施控制孔底沉渣厚度。

0 號臺大樁號C 樁在成孔5 米時，泥漿突然不見，調查發現在鉆孔位置有一豎向溶洞巷道，直徑約80cm，在成孔5米位置探10 米未見底。該豎向溶洞巷道無法為該樁提供側摩阻力，樁基承載力大幅減少，并且影響到B、C’、D 、D’四根樁基，無法保證橋梁結構安全。

相關單位召開四次會議，確定首先進行地質勘察。(1)將0#臺C 樁小里程方向平移5m 鉆孔發現橫向巷道，再平移5m，即0#臺共往小里程方向平移10m 未發現采空。(2)沿河道位置進行地質勘察，布置見圖2，未發現采空。

圖2

根據地質勘察補勘情況及會議紀要，綜合分析提出以下3 個可能可行方案(2 個橋梁方案和1 個箱涵方案)。

方案一：0#臺右半幅加長10m，左半幅不變，需在路橋縱向分界設置擋墻。并核定其他樁基承載力情況。左半福為20m 空心板+10 米路基，右半幅為30 米T 梁。該方案存在兩側橋梁橋長不一致，梁高不一致，景觀性較差；路橋分界處采用擋墻施工，后期不均勻沉降難以控制，施工難度大，工期長。如果采用該方案需要進行以下工作：a.需要對樁基承載力按照摩擦樁進行計算，如樁長不滿足要求，需進行補樁；b.對于已成樁需進行補鉆，探明樁底至采空區的厚度是否大于5m 要求；c.橋臺結構受力復雜需進行驗算。經初步測算需增加費用309.8萬元。(圖3)

圖3

方案二：0#臺整體加長10m，平移后為30m 跨徑T 梁橋。廢棄已澆筑左側四根樁。該方案全橋上、下部結構型式一致，較為美觀。該方案施工難度適中，工期長。若采用該方案需進行下一步工作：a. 橋梁跨徑增大，已實施樁基承載力不滿足要求，需進行補樁并修正橋臺尺寸；b.對于已成樁需進行補鉆，探明樁底至采空區的厚度是否滿足大于5m 要求。經初步測算需增加費用404.2 萬元。(圖4)

圖4

方案三：1-6.0×4.0m 現澆鋼筋混凝土箱涵(見圖5)，經過與北京市城市規劃設計研究院進行溝通，得知所跨規劃河道50 年洪水流量為27.1m3/s，水深為1.87m，流速為2.4m/s。涵長約32m。按照暗涵設計，路面結構布置與道路路基段一致，較為美觀，也不存在后期不均勻沉降的隱患。施工簡單，工期較短。若采用該方案需進一步落實以下問題：a.此方案過水斷面與河道規劃斷面不一致，能否滿足行洪與規劃橫斷面型式要求，需征求水務和規劃部門的批復意見；b.箱涵建設完成后，河道若需要整改，該節點箱涵較橋梁選擇空間小，難以進行處理。經初步測算需增加費用8.5 萬元。

圖5

綜合分析，考慮存在以下問題：a.采空區挖煤巷道非正規單位開采，通過該區域煤礦局搜集資料，無采空區相關資料；綜合地質勘察單位意見探明采空區非常困難，周期長，費用高，且無探明的必要。b.地質勘查樁位鉆孔直徑約0.15m，而橋梁樁基直徑為1.2m，方案一、方案二施工時樁基鉆孔過程中仍有可能出現碰到采空區現象，如施工時出現采空現象則重新調整橋梁方案，施工存在較大風險，不確定性強。c.補勘鉆孔深度為20m，30m 跨徑需要樁長20m 左右，則設計樁底高程在補勘鉆孔深度以下，樁底以下持力層深度范圍內地質情況不明確，需要增加鉆孔深度，需要地勘單位二次進場補勘。d. 需采取樁基靜載試驗測定樁的承載力，如出現樁基承載力不滿足設計要求，則仍需重新調整橋梁方案，后續需開展相關檢測工作，根據檢測結果確定是否調整橋梁方案。e.本線路K2+238.843 岳家坡村中橋0#臺承臺基坑開挖時，發現往小里程方向有橫向巷道。岳家坡村中橋樁基、承臺已施工完畢，但樁基周圍有沒有采空區存在，新鉆樁基存在與石崗村中橋周邊存在采空巷道同樣問題，需要確認，排除安全隱患。f.采空區非正規單位開采，無采空區相關資料；采空區是否進行回填？如果進行回填，工程量統計困難且非常巨大難估。

綜合考慮并結合補勘資料，若采用橋梁加長方案，考慮采空區巷道非正規單位開采，分布不規則，施工風險大。經多方案比選，深入論證研究，咨詢相關專家意見，普遍認為該處適宜建設涵洞工程，若流量較大可采用多空涵洞過水。后與規劃部門溝通，得知所跨規劃河道50 年洪水流量為27.1m3/s，水深為1.87m，流速為2.4m/s，可改為1-6×4m 現澆鋼筋混凝土箱涵，涵長約32m。綜合考慮該處地層為巖石，地基承載力高，巷道埋深較深，征求各單位意見，最終選用涵洞方案，滿足河流過水要求。

結束語

采空區道路橋涵工程在設計之初要積極考慮采空區的設計自身特點，要高度重視采空區的道路橋涵工程設計條件，注意收集區域相關的采空區即有資料，在勘察過程中要加強采空區域的勘察探查工作，為設計提供詳實的設計基礎資料，使橋涵設計更安全可靠經濟，確保工程順利完成。采空區橋梁樁基施工若碰到采空巷道問題，要及時查明該地區采空區地質情況，加強勘察方面的產出投入，根據現場實際情況進行多方案對比，特別是橋梁和涵洞的對比分析，在滿足河道的泄洪排澇需求的前提下，充分分析巷道的穩定性和承載力，對其進行穩定性評價分析，計算其臨界安全深度值，評價分析采空區塌陷危險性，從而得出采用什么處理方案。

采空區的城市道路項目設計施工，特別是橋涵的設計施工要引起高度重視，充分認識到采空區對橋涵破壞帶來的巨大安全隱患。在設計之初就要重視勘察、設計的前期踏勘和走訪工作，認真了解該區域的采空區情況，在設計中予以避讓，盡量規避降低施工風險，確保我們采空區道路橋涵的設計時安全的、可靠的、經濟的，同時也是讓人民放心的工程。