浅谈矿区采空区上栈桥墩柱沉降处理方法

浅谈矿区采空区上栈桥墩柱沉降处理方法
王存宝、史磊
【摘要】通过咸阳市彬县下沟矿采空区上沉降栈桥顶升处理和柱顶改造的施工方法，总结出施工中关键要素，解决不良地质上栈桥沉降处理的施工方法。

【关键词】采空区栈桥沉降顶升处理柱顶改造
1、工程概况
陕西华彬煤业股份有限公司下沟矿位于陕西省彬县境内。

下沟矿选煤厂设有末煤洗选系统，主要由末煤装车仓、皮带输送机栈桥及二号转载点等构筑物构成。

皮带输送机栈桥长约1200m，主要布置在泾河北岸一级阶地区，局部横跨泾河河床和福银高速公路，泾河河床宽约140m；皮带输送机栈桥主体结构为两柱式及四柱式钢结构框架和钢筋砼框架，高约18m；主体框架柱为钢筋砼灌注桩基础，桩体直径约1.5m，桩长约10m；主体框架上部为皮带输送机走廊，主要由钢结构桁架、夹芯板壁、预制钢筋砼楼面板及夹芯屋面板构成，走廊宽6.0m，每跨跨度约50m。

建成之后钢桁架连同设备总重约187.5t。

1200km钢桁架栈桥跨泾河段有4个桥墩处于采空区上，分别为23#、24#、25#、26#，其余各处地基稳定，采空区虽经过处理但稳定需要很长一段时间，该工程4处桥墩完全处于采空区上，经长期观测，采空区段地面属于均匀下沉，泾河采空区段墩柱及钢桁架施工严重制约施工工期，且错过枯水期施工难度更大。

2、施工方案
选择于2013年3月份泾河枯水期开始施工此4处墩柱，施工方法同其它水中墩施工，本工程问题处理的关键是根据下部采空区的变形特点，采取合理的结构顶升处理方案，让钢结构栈桥保持在设计位置不变，即出现小幅度变形后立即能恢复到原来位置，且结构受力也不发生变化。

结合现场实际条件采用栈桥柱顶顶升及柱
顶改造两部分完成。

柱顶顶升是在栈桥全部施工完毕后利用墩柱预埋牛腿焊接工作平台，墩柱对称位置同时施工，于工作平台上放置起重设备，将钢桁架顶至设计标高。

改工程选用YWC液压千斤顶，一方面可以观察4个顶是否同时受力，另一方面可以控制抬升梁精确至毫米。

柱顶改造是顶升完成后采用超早强灌浆料处理支座以下空隙，确保在尽可能短的时间内让支座重新受力。

待采空区不再沉降或者沉降对结构的影响可以忽略不计的情况下，采用高强混凝土修补墩顶，保证结构耐久性及安全性。

3、主要施工技术及方法
3.1施工准备
施工准备分为技术准备及材料准备，施工人员必须熟悉现场，预见影响施工因素及安全生产危险源，并及时测量沉降，确保数据准确，施工有据可依。

材料准备主要为柱顶顶升设备、超早强灌浆料及钢板、电焊机等辅助材料。

其他施工工艺同普通水中墩施工，现将与我部顶升有关材料列表如下：
顶升作业及柱顶改造材料表
3.2桩基施工
根据本项目地质状况采用冲击钻成空，桩基入岩2m，桩径1.300m，桩长18-20m，此处墩柱位于河流段，临时填筑土围堰，在枯水期快速施工完毕桩基。

3.3承台施工
桩基施工完毕后开挖承台基坑，凿除桩头进行检桩，桩检合格后开始承台施工，承台尺寸4X6X2m,承台施工时预埋墩柱插筋，由于处于河流段承台基坑放坡及支护必须严格按要求施工，如承台内又渗水现象必须做好抽水工作确保施工正常。

3.4墩柱施工
承台施工完毕后开始墩柱施工，采用定性钢模浇筑，墩柱钢筋采用预制钢筋笼施工时用直螺纹套筒连接，系梁采用满堂支架支撑竹胶板浇筑，墩柱施工确保平面坐标及高程与设计一致。

从承台施工完成后进入沉降观测。

3.3 预埋作业平台
在施工墩柱时，于柱顶预埋反力牛腿，牛腿采用钢板和钢筋构成，预埋钢板连接混凝土采用6根Φ25对拉墩柱两侧预埋钢板，保证锚固安全，具体如下图：
预埋顶升平台时于墩柱周边预埋钢筋为后续安全操作防护做好准备，确保施工安全。

柱顶顶升示意图
3.6预留支座螺栓
栈桥支座采用钢板焊接而成，由于沉降量不可预测，为了后续顶升支座锚固不受影响，支座螺栓设为可调螺栓并尽可能留长，支座螺栓材质选用高强螺栓，直径适当增大，确保支座处剪切力满足要求。

3.7沉降观测
承台施工完毕后配备专业测量员对构筑物及环境进行连续测量，形成数据供后续施工参考。

由于跨泾河墩柱最高16m，墩柱随采空区下沉时平面坐标变化，主要是高程变化，现将此变化于每个墩柱上视为均匀沉降。

对于高度比较大，平面位置变化较大的沉降变化需另行考虑，现将我部测量成果列表如下：
由数据可以看出，采空区地质变化是一长期缓慢的过程，所以必须采取有效的调节工艺使此地段影响降到最低。

采空区墩柱沉降汇总表
3.8钢桁架制作及补强
钢桁架于工厂内下料现场拼装焊接，此方案顶升点未设在节点处，故需补强钢桁架，于支座附近竖向增加杆件，如上图所示，此处设计需经过验算并获设计院认可，不得影响原桁架受力体系，本工程钢桁架重量不大，全部荷载约1875KN，于支点附近增加平行竖杆即可，验算过程不再赘述。

满足每点562KN反力。

3.9钢桁架吊装
准备工作完成后开始吊装钢桁架，初次必须调整至设计表高，后续均以此位置为基准，保证钢桁架栈桥位置不变。

钢桁架吊装到位后于墩顶及钢桁架上设置观测点，观测高程及坐标变化，确定沉降量。

3.10 柱顶改造及顶升
待观测沉降累计2-3cm开始实施顶升.沉降值不可过大，过大的沉降将影响钢桁架受力；亦不可过小，过小的间隙将无法实施施工。

千斤顶准备就位后，松开支座螺栓，墩柱两侧对称顶升，确保尽可能无偏心力矩，以免对墩柱影响过大。

四处千斤顶同步工作，顶升缓慢进行，切不可猛加油门。

千斤顶伸长量均以mm控制，同时测量人员观测钢桁架位置变化，最终位置以测量为准。

顶升到位后略高于设计标高3-5mm先用钢板垫实支座下板，超高部分选择同一规格钢板且外围钢板尽可能有与支座大的接触面积，保证临时支撑安全可靠。

放入防裂钢筋网片，采用定型钢模灌注超早强灌浆材料至设计标高，缓慢对千斤顶卸压，上紧支座螺栓。

为保证下次顶升支座下板不粘连灌浆料，灌浆完成采用薄膜覆盖表面，对灌浆料养护薄膜不进行撕除，待下次施工时进行撕除，并可保证接触面干净。

技术人员检查灌浆料强度，大约12h后缓慢顶升起钢桁架去除超高部分钢板，支座落于灌浆平面，自流平灌浆料可保证平面水平。

上紧支座螺栓，观测钢桁
架位置是否完好，施工完成。

在顶升施工过程中，栈桥上不允许有任何外力干扰，同时在风力过大时亦不可进行。

3.11最终处理
待采空区彻底稳定后，或沉降对结构影响可忽略时，对改造过的柱顶凿毛采用同柱顶尺寸模板浇筑高标号砼，砼标高与支座下板平，养护砼，达到设计强度。

割除临时工作平台，恢复柱顶外观。

4、质量安全保证
4.1质量保证
此方案要点是控制钢桁架位置不变化，对于同一墩柱均匀沉降较易实现，测量人员必须认真负责，确保每次测量数据准确无误；其次为改造部分加固质量，对到场灌浆料试验室严格检验，确保质量。

再次是施工人员及时发现现场一切变化因素，必要时将这些因素考虑到施工中，同时为保证临时平台耐久性，亦要对平台进行防腐处理，并每次施工前检查工作平台安全性。

4.2安全保证
此方案安全控制主要在钢桁架顶升结构安全和施工时人员安全。

结构需经设计院确认后施工，有条件可邀请第三方进行应力及线性观测。

施工人员必须经过技术培训和安全培训合格后上岗，于防护栏内施工并自始至终系好安全带。

承建方在后续顶升施工时积极配合，关闭皮带输送机，确保施工安全。

5、结束语
该施工方案操作简单，施工方便，成本较低，不影响总工期，只需后期维护。

为本项目施工及栈桥运营节约出宝贵时间，且工程质量有很大保障，得到业主
和相关单位一直好评。

对我们公司栈桥施工时因不良地质引起沉降有一定的参考价值。

亦对快速通过不良地质桥墩有参考价值。

参考文献：
[1]《桥涵》.人民交通出版社.2000年
[2]《钢结构设计与计算》（第2版）【M】.机械工业出版社.2006年
[3]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）. 人民交通出版社.2011年。