采空區(qū)建筑物設(shè)計(jì)與保護(hù)技術(shù)措施分析

王喜強(qiáng)

【摘要】在采空區(qū)興建建筑受采動(dòng)影響存在著較大的安全隱患，針對(duì)性地通過(guò)對(duì)地基穩(wěn)定分析、地基加固措施、建筑物加固保護(hù)和建筑物糾偏方法等幾方面建立安全保護(hù)技術(shù)體系。提出了建筑物抗變形結(jié)構(gòu)技術(shù)措施，以建筑物傾斜為主要觀測(cè)目標(biāo)，進(jìn)行了建筑物采動(dòng)變形觀測(cè)設(shè)計(jì)，針對(duì)建筑物受采動(dòng)影響可能傾斜過(guò)大的安全風(fēng)險(xiǎn)，提出了適合于建筑物的基礎(chǔ)糾偏維修措施。研究成果可實(shí)現(xiàn)采動(dòng)影響區(qū)上方興建建筑安全運(yùn)行，為合理利用采空區(qū)開(kāi)創(chuàng)了一條有效技術(shù)途徑，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】采空區(qū) 穩(wěn)定分析 地基加固 建筑物加固 變形糾偏

礦開(kāi)采使地下礦體層形成空洞,成為采空區(qū),而隨著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，一些礦區(qū)為減少占用耕地、有效利用土地資源,準(zhǔn)備在或正在已有采空區(qū)地表建設(shè)建筑物或構(gòu)筑物。由于采空區(qū)的存在，在新建筑物荷載或其他荷載諸如交通荷載等作用下，部分采空區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)“活化”現(xiàn)象。使得地表出現(xiàn)大面積變形等,造成地表建筑物或構(gòu)筑物的破壞甚至出現(xiàn)人員傷亡。因此采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)在可行性研究階段需要得到高度重視和謹(jǐn)慎處理。為避免影響生態(tài)環(huán)境和巨大經(jīng)濟(jì)損失,必須對(duì)采空區(qū)上方及其附近地面建筑物地基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)主要建建物的移動(dòng)變形特點(diǎn)，可采取的安全技術(shù)措施主要有:避、抗、測(cè)、修等方法。即從建筑選址、抗破壞、抗傾覆的剛度和強(qiáng)度驗(yàn)算、變形監(jiān)測(cè)、維修和調(diào)整方面綜合考慮采空區(qū)建筑物的安全問(wèn)題。

1 采空區(qū)地基穩(wěn)定性分析

煤層開(kāi)采后，上覆巖層形成垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。一般來(lái)說(shuō)，垮落帶和斷裂帶的巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，而彎曲帶的巖層性態(tài)改變較小。在已穩(wěn)定的采空區(qū)地表新建建筑物時(shí)，建筑物荷載影響到地表以下一定深度，如果建筑荷載的影響深度足以觸及到開(kāi)采所形成的垮落帶、斷裂帶時(shí)，就會(huì)破壞其業(yè)已平衡狀態(tài)而重新發(fā)生移動(dòng)，使穩(wěn)定地表重新沉降；如建筑荷載僅影響斷裂帶時(shí)，殘余沉降相對(duì)較??；如建筑荷載影響到垮落帶時(shí)，殘余沉降相對(duì)要大的多，對(duì)建筑物的危害也較大。因地面建筑物荷載施加引起的地基中附加應(yīng)力的分布具有集中力作用線上的附加應(yīng)力最大向周圍逐漸減小，距離集中力作用點(diǎn)越深附加應(yīng)力范圍越廣、附加應(yīng)力越小的規(guī)律。而地基中的自重應(yīng)力具有隨深度逐漸增大的規(guī)律。

2 新建建筑物地基處理措施

受采動(dòng)影響的建筑物基礎(chǔ)，不僅向地基傳遞豎向荷載，還要承受由于地表采動(dòng)變形作用而產(chǎn)生的水平荷載，以及作用于建筑物豎面內(nèi)的彎矩和剪力。因此最好采用整體性較好的基礎(chǔ)。構(gòu)筑物的基礎(chǔ)材料一般是混凝土或鋼筋混凝土，基礎(chǔ)的加固可分為兩類，一類是擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積，一類是提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度和剛度，這樣既可使地基所承受的壓應(yīng)力不超過(guò)允許限度，又可提高基礎(chǔ)承載能力和底部抗傾覆能力?；炷翗?biāo)號(hào)應(yīng)比原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的混凝土標(biāo)號(hào)高一級(jí)?；A(chǔ)下墊層可采用砂墊層，具體厚度和技術(shù)要求應(yīng)根據(jù)地表的變形值和具體條件進(jìn)行計(jì)算。由于采空區(qū)地表會(huì)有沉降，可能會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生變形，因此須對(duì)建筑物采用抗變形設(shè)計(jì)。建筑物的抗變形措施分為剛性措施和柔性措施。當(dāng)采用剛性措施時(shí)要保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度必須足以抵抗地表變形的影響和能夠承受采動(dòng)所產(chǎn)生的附加內(nèi)力, 此類措施包括板式基礎(chǔ)、圈梁和聯(lián)系梁等。柔性措施是讓建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有足夠的柔性和可彎曲性保證基礎(chǔ)能夠隨地基移動(dòng)而位移不使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，此類措施有滑動(dòng)層、雙板基礎(chǔ)和變形縫等。

3 采動(dòng)區(qū)建筑物加固保護(hù)措施

采動(dòng)區(qū)現(xiàn)有建筑物采取新技術(shù)加固保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式、建筑物尺寸、建筑物質(zhì)量及預(yù)計(jì)的變形值選擇確定,包括以下四個(gè)方面:（1）設(shè)置變形縫：設(shè)置變形縫是將建筑物自屋頂至基礎(chǔ)分成若干個(gè)彼此不聯(lián)系的、長(zhǎng)度較小、剛度較好、自成抗變形體系的獨(dú)立單體，這樣可以提高建筑物適應(yīng)地表變形能力，減小作用于建筑物的附加應(yīng)力，從而減輕建筑物的開(kāi)采損壞。（2）設(shè)置鋼筋混凝土圈梁：設(shè)置鋼筋混凝土圈梁是提高建筑物抵抗地表變形能力的有效措施。其作用在于增強(qiáng)建筑物整體性和剛度,提高磚石砌體抗彎、抗剪和抗拉能力，可在一定程度上避免建筑物墻體出現(xiàn)裂縫等損壞現(xiàn)象。設(shè)置墻壁上的鋼筋混凝土圈梁主要是承受地表變形引起的附加彎矩和附加剪力;設(shè)置于基礎(chǔ)上的鋼筋混凝土圈梁,主要承受地表水平變形引起建筑物的附加應(yīng)力以及地表曲率變形引起的附加彎矩和附加剪力。（3）設(shè)置滑動(dòng)層：在基礎(chǔ)與基礎(chǔ)圈梁之間用易滑動(dòng)的材料設(shè)置滑動(dòng)層,如兩層油氈及兩層油氈間加滑石粉或云母片，目的是把基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)分開(kāi),當(dāng)?shù)乇碜冃巫饔迷诨A(chǔ)上時(shí)產(chǎn)生的附加應(yīng)力一部分通過(guò)滑動(dòng)層產(chǎn)生的摩擦力傳到上部結(jié)構(gòu),一部分被滑動(dòng)層吸收，使傳到上部結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力顯著減小，有效地避免了上部結(jié)構(gòu)損壞。（4）設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱：設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱,其作用在于增強(qiáng)建筑物整體剛度，提高建筑物的抗扭和抗剪能力，可在一定程度上減小地表扭曲變形對(duì)建筑物產(chǎn)生的附加應(yīng)力，減小建筑物的損失。

4 建筑物糾偏方法

糾偏是一項(xiàng)非常規(guī)工程，所需的技術(shù)難度較高，風(fēng)險(xiǎn)也比較大。糾偏工程是否成功，首先在于根據(jù)傾斜建筑物的具體情況、土質(zhì)條件和傾斜原因等選擇合適的、具有針對(duì)性的方法?？晒┻x擇的糾偏方法有：應(yīng)力解除法、堆載加壓法、灌漿法、千斤頂法、加墊鋼片法等。較為常用的是應(yīng)力接觸法，其原理是通過(guò)在建筑物沉降量較小的一側(cè)布置應(yīng)力釋放孔，在適當(dāng)?shù)纳疃忍腿〔糠周浫醯鼗?，從而改變地基的原始?yīng)力狀態(tài)，釋放沉降量較小一側(cè)的地基應(yīng)力，增大該側(cè)沉降，從而達(dá)到糾偏目的。

5結(jié)論

在采空區(qū)地表新建建筑，要結(jié)合具體情況，首先評(píng)價(jià)采空區(qū)的穩(wěn)定性，并采取相應(yīng)的處理技術(shù)措施，才能確保建筑物的安全。針對(duì)性地對(duì)建筑地基進(jìn)行強(qiáng)化和加固處理，使其能較好承受由于沉降產(chǎn)生的應(yīng)力。另外采空區(qū)新建建筑本身存在危險(xiǎn)性，須長(zhǎng)期進(jìn)行沉降觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取糾偏、補(bǔ)強(qiáng)等措施以確保安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]何萬(wàn)龍.山區(qū)開(kāi)采沉陷與采動(dòng)數(shù)損害[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.2003.9.

[2]余學(xué)義.地表剩余沉陷的預(yù)計(jì)方法[M].西安:西安礦業(yè)學(xué) 院學(xué)報(bào).1996.3.

[3]張俊英,王金莊.采空區(qū)地表新建建筑地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)研究[J].礦山測(cè)量,2003(9).

[4]井彥林,李寅良,等.煤礦采空區(qū)建筑場(chǎng)地的穩(wěn)定性分析[J].陜西煤炭,2002(1).