采空區(qū)地表建筑物的變形特征及預防措施研究

李毅

摘 要 因礦產資源的開采，使得其地下形成采空區(qū)，為了節(jié)約土地資源，在采空區(qū)上方搭建建筑物的項目越來越多，但是由于采空區(qū)地基不穩(wěn)，地表建筑物極易出現(xiàn)變形、坍塌等問題。本文主要闡述采空區(qū)地表建筑物的變形特征以及應當如何預防建筑物出現(xiàn)上述問題，希望能夠為相關工作人員和企業(yè)提供有效建議。

關鍵詞 采空區(qū);地表建筑物;變形特征;預防措施

前言

我國礦產開采方式主要是井工開采，在開采過程中不可避免會出現(xiàn)采空區(qū)，隨著礦產開采力度加大，采空區(qū)的面積和范圍也會不斷擴大。由于采空區(qū)地下失去土巖支撐，原有平衡狀態(tài)被破壞，在這上面構建的地表建筑物會因為地基不穩(wěn)，極易出現(xiàn)變形、塌陷、沉降等問題，所以工作人員要采取有效措施對其進行防治。

1采空區(qū)地表建筑物的變形特征

1.1 斜裂縫

在采空區(qū)地表建筑物變形中，斜裂縫是一種相對比較常見的墻上裂縫。主要發(fā)生原因是：地表曲率變形使得剪力發(fā)生作用，導致建筑物墻體出現(xiàn)因主拉應力強調不足而斷裂[1]。斜裂縫這一變形特征主要出現(xiàn)在地表建筑物的門窗洞口附近、兩端窗間墻和水平砌體帶上。

1.2 墻身頂部豎向裂縫

在采空區(qū)上方，通常建有缺乏鋼筋混凝土圈梁、水平配筋砌體帶的地表建筑物，由于其沒有必要的承載支撐，在受到外界影響時，建筑物墻身頂部則會出現(xiàn)豎向裂縫。這種裂縫通常情況下會出現(xiàn)在建筑物的縱墻上，沿著墻壁長度方向分布，重點地區(qū)為墻身頂部和中部，裂縫呈現(xiàn)上寬下窄特征，由墻身頂部沿豎直方向發(fā)展，對建筑物的穩(wěn)定產生不利影響。

1.3 窗臺墻上豎向裂縫

窗臺墻上屬相裂縫的表現(xiàn)特征與墻身頂部豎向裂縫特征相同，皆是上寬下窄，通常是從窗臺墻上部開始向下擴展，窗口越寬，裂縫也就會越大，不利于建筑物的安全和穩(wěn)定。這種裂縫普遍出現(xiàn)在建筑物的中間部位（窗臺部位），兩端出現(xiàn)該變形的概率較小。

1.4 窗間墻上水平裂縫

一般情況下，窗間墻上水平裂縫出現(xiàn)在地表建筑物門窗洞口的上下水平處，其具體表現(xiàn)特點為門窗洞口邊緣處裂縫寬度大，兩端裂縫寬度小，且出現(xiàn)裂縫的上下部砌體并不會發(fā)生錯動現(xiàn)象。

1.5 勒角上豎向裂縫

勒角上豎向裂縫經(jīng)常與窗臺墻上豎向裂縫連在一起，對建筑物的整面墻產生作用，嚴重時會導致墻面破損和倒塌。這種裂縫的主要表現(xiàn)特征為上寬下窄，通常出現(xiàn)在窗臺墻的下部勒角處。

2預防地表建筑物變形的措施

2.1 基礎方案的選擇

由于采空區(qū)地下的原固有平衡被破壞，缺少土巖支撐，所以想要避免地表建筑物出現(xiàn)變形問題，就應當對采空區(qū)地下進行填補，除了用土巖填補之外，還可以用鋼筋等建筑材料搭建支撐架，從而提升采空區(qū)地面穩(wěn)固程度。采空區(qū)面積相對較大，盡管可以利用上述方法降低地面出現(xiàn)沉降的概率，但是需要消耗的人力、物力、財力也會大幅度增加，在時間的影響下，地下支撐架可能會出現(xiàn)被腐蝕、老化等問題，不利于保持地表建筑物的穩(wěn)定性。

因此，在填補、加固地下的同時，還應當做好建筑物本身的工作，從根本上提升地表建筑物抗變形的能力。由于采空區(qū)地表建筑物是否會出現(xiàn)變形，主要影響因素是地基、基礎結構和上部結構，所以在設計建筑物時，要做好基礎方案的選擇。采空區(qū)地表建筑物的基礎應具備足夠的強度、剛度和承載力，如此才能提升建筑物適應變形的能力，通過抵抗或部分吸收來預防地表變形的影響，通常備選方案有剛性方案、柔性方案以及二者結合使用。柔性方案指的是在地基與基礎之間、墻體與基礎之間增設滑動層，利用石墨、砂墊層、油氈吸收水平變形;剛性方案是指利用剛度較大的檐口圈梁、鋼筋混凝土或基礎圈梁組成空間骨架，通過提高建筑物的剛度來增強墻體抵抗變形所造成的附加應力，從而起到預防墻體出現(xiàn)裂縫的作用。將柔性方案與剛性方案結合使用，能夠有效提高地表建筑物抵抗采空區(qū)地表變形和不均勻沉降的能力。

2.2 總圖方案的調整

在決定好地表建筑物的基礎方案后，便可以確定建筑總圖方案，在實際施工中還要對其進行調整，以此來避免出現(xiàn)地表建筑物橫跨相對穩(wěn)定地帶和穩(wěn)定地帶的現(xiàn)象，盡量減小因地基出現(xiàn)不均勻沉降所造成的損害。對此，工作人員應當在滿足地表建筑物基本使用功能的前提下，對建筑、地形、平面進行設計和調整，嚴格控制擬建建筑物的長高比，縮小建筑物高差，增加整體剛度，從而提升地表建筑物的穩(wěn)定程度和堅固程度。另外，還要控制建筑物的層數(shù)和高度，結合實際情況對方案中的建筑結構進行優(yōu)化，促使結構平面符合豎向布置規(guī)則，減小平面凹進尺寸，從而避免出現(xiàn)樓板局部不連續(xù)和豎向抗側力構件不連續(xù)、建筑承載力突變等問題[2]。對于橫跨相對穩(wěn)定地帶和穩(wěn)定地帶的地表建筑物，可以通過設置沉降縫的方法來降低地基不均勻沉降對建筑物造成損害的概率。

2.3 重視地表建筑物的結構選型

由于科學合理的結構能夠大幅度提升建筑物抗變形能力，所以工作人員應當重視采空區(qū)地表建筑物的結構選型。第一，在進行結構選型時，應將延性與靜定相結合，提高建筑物結構的整體性與可靠性，平面設計和立面設計也應遵循整齊、對稱、低矮和均勻的設計原則。第二，在構造建筑物結構時，首先應在地表建筑物上安裝鋼筋混凝土圈梁，然后利用調整房屋長度尺寸來提高完整性、降低造價，隨后利用筏板基礎、雙板基礎來應對較大的地表變形，最后利用變形縫避免采空區(qū)地表出現(xiàn)不均勻沉降。第三，通過設置地表變形緩沖溝，促使基礎、地表建筑物與地基持力層相互作用，從而實現(xiàn)預防采空區(qū)地表建筑物變形。

3結束語

綜上所述，近些年來，我國政府為了節(jié)省土地資源，在采空區(qū)上部開發(fā)建設的項目越來越多，影響采空區(qū)地表建筑物變形的因素復雜多樣，其變形特征也各不相同，沉陷坍塌會對地標建筑安全和穩(wěn)定造成嚴重損害。但只要工作人員分階段采用切實可行的措施，就可以有效避免采空區(qū)地表建筑物出現(xiàn)變形問題。

參考文獻

[1] 韓春凱.老采空區(qū)上方建筑地基穩(wěn)定性評價及建筑地基處理與基礎設計[J].建材與裝飾，2018，（42）：84-85.

[2] 任連偉，周桂林，頓志林，等.采空區(qū)建筑地基適宜性及沉降變形計算工程實例分析[J].巖土力學，2018，39（08）：2922-2932，2940.