摘要：井下工作面开采之后，地面会发生大幅度沉降。通常开采沉陷的同时，不断加高路堤，以维持铁路轨面标高。某矿区既有铁路框架桥，由于开采沉陷影响，桥上路堤高度已达4.7m，预计桥上路堤高度最终将达到9m。采用理论计算方法，基于现有结构配筋，分别计算了现有结构正截面抗弯承载力和最终结构的实际受力。经对比发现，该桥不能满足堆填9m高路堤的承载要求，需进行加固处理。
关键词：矿区 铁路桥 沉陷 承载力 加固
1 工程概况
某矿区铁路框架桥由6×3个独立钢筋混凝土框架结构组成，具体平面布置见图1-1。其中，中间4×3个框架于2001年建成通车，后因采动影响于2007年进行沉陷加固改造，包括在桥两侧各新建2个宽为5m的钢筋混凝土框架，并将中间②③框架进行加固处理，将其侧墙和底板分别加厚200mm。受井下工作面采动影响，该已发生大幅下沉，桥体上方堆积矸石高度约4.7m，且路堤坡脚已达到桥边护栏。该桥桥上路堤最大设计高度为2.5m，而目前实际路堤高度已大于设计高度。根据开采沉陷预计，该桥还将经历一次开采沉陷影响，最终桥面路堤高度将达到9m。为确保工程安全，需要对其结构承载力进行校核。
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图1-1 桥平面图（单位：mm）
2 荷载计算
2.1 计算条件
该桥为钢筋混凝土铁路箱涵，路线中间为单线铁路。桥体使用的主要材料为：混凝土采用C30，钢筋采用HRB335钢筋。框架断面尺寸为6.96m×7.60m，底板厚度为0.76m，顶板厚度为0.64m，两侧墙宽度为0.48m。
2.2 荷载计算
2.2.1 箱涵顶板自重（取每延米计算）
厚度0.64m，容重25kN/m3 g1=0.64×1×25=16kN/m
2.2.2 填筑煤矸石引起的竖向压力和水平压力
①箱涵顶部竖向压力 p=KγH
系数K取1.415；γ取20kN/m3；H取9m
p=1.415×20×9=254.7kPa
取每延米计算，9m煤矸石的竖向压力为：
g2=254.7×1=254.7kN/m。
②箱涵顶部及底部的水平压力 e=ξγH1
ξ取0.35；γ取20kN/m3；H1顶部9m，底部9+6.7=15.7m。
e=0.35×20×9=63kPa，e′=0.35×20×15.7=109.9kPa。
取每延米计算，涵洞顶部侧向水平压力：p1=63kN/m；
涵洞底部侧向水平压力：p2=109.9kN/m。
2.2.3 列车静活载在箱涵两侧引起的侧向土压力
应按列车静活载换算为当量均布土层厚度计算。
h0=■，对于顶面：h0=■。γ取20kN/m3；
为轨底平面上活载竖向压力强度。
计算时取横向分布宽度2.5m；纵向分布宽度：当采用集中轴重时为轴距1.435m；当采用每延米荷重时为1.0m。
q=■=61.32kPa或q=■=36.8kPa。取61.32kPa，因此，h0=■=■=3m。所以，3m的当量均布土层厚度引起的侧向土压力为：e3=0.35×20×3=21kPa，取每延米计算，p3=21kN/m。
2.2.4 列车活载
取中-活荷载，计算列车活载对箱涵的竖向压力和水平压力。列车活载在轨底平面上的横向分布宽度为2.5m，其在路基内与竖直线成一角度（正切为0.5）向外扩散，可按下列公式计算：
水平压力：e=ξqh；竖向压力：qh=■。
上式h取9m，ξ取0.35，qh=165/（2.5+9）=14.3kPa，e=0.35×14.3=5kPa。
钢筋混凝土涵洞，其顶上填土厚度超过1m时，不计列车竖向动力作用，故冲击系数μ=1.0。
取每延米计算，列车活载施加在箱涵顶部的作用力为：
竖向压力：qv=14.3kN/m。水平压力：qH=5kN/m。
3 现有承载能力计算
3.1 现有钢筋布置
由于该桥横向现布置有6个框架，其中承受铁路荷载的为②③框架，因此校验计算取这两个框架进行。桥体钢筋布置见图3-3所示。
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图3-1 框架钢筋布置及计算截面示意
3.2 正截面抗弯承载力验算
混凝土采用C30，受力主筋采用HRB335，其相关参数取自参考文献[2]。安全等级1.0，主筋净保护层厚度3cm。
3.2.1 顶板截面
中部D、D1、D2：h=64cm，h0=64-3-1.1=59.9cm；
侧墙D17：h=64+30=94cm，h0=94-3-0.8=90.2cm。
3.2.2 底板截面
中部D6、D7、D8、D9、D10：h=（76+20）cm。
顶板截面验算结果见表3-1。
表3-1 底板各计算截面正截面承载力验算
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4 结构内力计算
采用国际通用Ansys计算软件，取框架横向宽度1m，建立平面模型。采用beam188单元，地基采用文克尔地基模型，共计500个单元。材料和几何参数均取实际工程参数。计算分3种荷载组合进行：
荷载组合①：均布竖向荷载285.3kN/m。荷载组合②：梯形分布侧向压力，上底84kN/m，下底135.9kN/m。荷载组合③：荷载组合①+荷载组合②。
5 结论
通过对现有钢筋混凝土结构正截面承载力能力和路堤高度为9m时的实际内力进行对比发现，框架局部截面承载能力将不能满足承载要求，需采取局部加固措施，或者改变路堤堆填方式，采用轻质路堤堆填方案，以减小结构上部荷载作用。