遼源市礦山塌陷區(qū)道路設(shè)計(jì)方案

馬威

中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司遼寧北方分公司 遼寧沈陽 110021

煤炭工業(yè)是遼源市的經(jīng)濟(jì)命脈。然而，在資源大量開采的背后往往隱藏著改變環(huán)境所帶來的威脅。如今遼源地區(qū)出現(xiàn)了一處采礦沉陷區(qū)，這對(duì)當(dāng)?shù)氐氖姓h(huán)境以及道路交通都非常不利。此處的沉陷主要是因?yàn)榈叵碌V層的脫空。礦藏位于700-800m深處，礦層厚3-4m，現(xiàn)階段地面沉降每年約6-10cm不等。

文章旨在通過對(duì)該礦區(qū)的沉陷進(jìn)行分析研究，結(jié)合不同路面結(jié)構(gòu)層次的功能和作用，設(shè)計(jì)一條適合于該礦區(qū)的市政道路，促進(jìn)交通運(yùn)輸和礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 方案擬定

考慮到沉降的來源位于地下700米以下，本次設(shè)計(jì)放棄了下處理后打入碎石樁的設(shè)計(jì)思路，認(rèn)為這種沉降是不可避免的。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮允許其建成后發(fā)生局部沉降的可能。對(duì)于常規(guī)的黑白路面不難發(fā)現(xiàn)，無論是修筑水泥混凝土路面還是瀝青混凝土路面都不適合這里的實(shí)際情況。如果修筑水泥混凝土路面，在使用2-3年后，積累的不均勻沉陷將使其板體結(jié)構(gòu)整體性損壞，需要進(jìn)行大修。對(duì)于瀝青混凝土一類的柔性路面，發(fā)生沉陷后，需要加鋪瀝青層來找平，這樣會(huì)使局部的瀝青層過厚，路面易產(chǎn)生車轍、滑移等病害，使得2-3年后的道路的路用性能達(dá)不到使用要求，并且對(duì)行車不利。本次設(shè)計(jì)方案決定選擇一種路面形式——彈石路面來代替普通的路面形式解決本次設(shè)計(jì)所遇到的問題。設(shè)計(jì)方案選擇的彈石是水泥混凝土預(yù)制塊，將預(yù)制的彈石裝配在基層上，并用熱拌瀝青砂進(jìn)行填縫，形成的路面。它的優(yōu)點(diǎn)就在于板塊和板塊之間相互影響不大，如果發(fā)生沉降，也只會(huì)影響局部地段，而且便于維修，維修后路面的路用性能依然能保持長久。其建設(shè)費(fèi)用較普通混凝土路面減少10.5%，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生沉降，下沉的板塊不會(huì)帶動(dòng)周圍的板塊一起下沉，從而避免發(fā)生整體性損壞。路面在使用一段時(shí)間后，板塊之間如果產(chǎn)生高差，維修方法也比較簡單：將局部的表層板塊取出，將基層墊平，重新鋪裝、碾壓、澆縫即可。

2 彈石路面的結(jié)構(gòu)承載理論分析

2.1 內(nèi)力分析

彈石路面內(nèi)力計(jì)算中，最大彎矩發(fā)生點(diǎn)是在荷載中心的位置，最大扭矩發(fā)生點(diǎn)是在荷載邊緣處，即彈石的四個(gè)角點(diǎn)處。利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理知識(shí)可以根據(jù)彈石塊中產(chǎn)生的最大內(nèi)力值、彈石截面尺寸及彈石所用的材料的容許應(yīng)力檢驗(yàn)彈石路面結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，以指導(dǎo)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)，同時(shí)為施工方案的制定提供理論依據(jù)。

2.2 荷載作用最不利位置分析

要設(shè)計(jì)出安全且經(jīng)濟(jì)的彈石路面結(jié)構(gòu)，必須使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在荷載作用的最不利情況下能滿足可靠度要求。通過力學(xué)模型分析可以知道，在荷載作用下接縫的荷載傳遞作用可以使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加。在荷載形狀與大小一定的情況下，自然將荷載中心位置置于多塊彈石的公共角處將使結(jié)構(gòu)受力最不利。

3 彈石的一般要求

3.1 彈石的技術(shù)要求

研究表明，彈石塊的強(qiáng)度高低并不是影響彈石路面結(jié)構(gòu)性能的決定因素，因?yàn)閺検瘔K體的強(qiáng)度一般都能滿足要求。但如果彈石塊的強(qiáng)度太低，那么在施工過程中就會(huì)容易出現(xiàn)斷塊、掉角等現(xiàn)象[1]。

3.2 彈石形狀的選擇

彈石的形狀的選擇應(yīng)主要從以下兩方面進(jìn)行考慮：一方面是應(yīng)受力合理；另方面是制作和施工方便性。從受力的角度進(jìn)行分析，選擇多邊形的效果要好一些，其中圓形的效果最好，但是圓形和多邊形彈石塊的加工和制作工藝較復(fù)雜，且施工工藝要求較高。因此從受力和加工、施工方便綜合來看，一般較為采用矩形。矩形加工制作較為容易，并且其規(guī)格和質(zhì)量都較為容易進(jìn)行控制。

3.3 彈石尺寸的選擇

彈石的尺寸、砌筑方向與車輛的輪跡大小、輪跡形狀、著地面積及形狀等都有關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)彈石尺寸主要在10cm×15cm左右。當(dāng)彈石尺寸增大之后，會(huì)帶來兩個(gè)方面的不利影響：一是尺寸增大之后，質(zhì)量增加，不利于人工鋪砌，會(huì)降低鋪砌的速度和施工效率；二是塊體尺寸增大以后，在彈石塊體受力分析中，就不僅僅是受壓問題，還有抗彎拉問題，并且隨著尺寸增大，將會(huì)以抗彎拉為主控制彈石設(shè)計(jì)，而水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度較低，必須要避免彈石出現(xiàn)這種受力狀態(tài)。通過對(duì)理論計(jì)算及建設(shè)實(shí)例的分析，得出彈石塊采用10cm×15cm的尺寸較為合理，這樣的結(jié)構(gòu)尺寸既有利于彈力塊的受力，又有利于整體的穩(wěn)定。彈石塊厚度的選擇應(yīng)根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果最終確定。對(duì)于荷載計(jì)算值較大的區(qū)域應(yīng)選用厚度較大的彈力塊體，見表1。

4 彈石路面設(shè)計(jì)

4.1 彈石路面設(shè)計(jì)依據(jù)

彈性路面的設(shè)計(jì)適于采用彈性多層體理論的計(jì)算方法。彈性層理論的設(shè)計(jì)方法的基本框架相同。其中目前較為完善的計(jì)算方法有兩種，等效厚度法及力學(xué)分析法。本次設(shè)計(jì)選用等效厚度法。根據(jù)以往設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析可知，彈石路面的性能與瀝青路面的性能較為相似，都具有柔性路面的基本特點(diǎn)，因此彈石路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可采用瀝青路面相同的計(jì)算方法將彈石路面厚度等效換算為瀝青層的厚度。

4.2 設(shè)計(jì)方法

首先根據(jù)交通組成及交通量，計(jì)算出累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用次數(shù)，其次通過累計(jì)荷載擬定面層厚度，將彈石路面厚度等效換算為瀝青層的厚度，最后根據(jù)瀝青路面的設(shè)計(jì)方法，即可得設(shè)計(jì)基層的厚度。

5 結(jié)語

從彈石路面的路用性能及其便于維修等方面來看，修建彈石路面是針對(duì)礦區(qū)沉陷各種不確定因素中可能出現(xiàn)問題的綜合處理方案，具有普遍適用性。