煤層采空區(qū)住宅的勘察設計與樁施工分析

譚樹增

（江蘇煤炭地質勘探二隊，江蘇徐州 221006）

1 工程與勘察工作概況

1.1 工程概況

工程項目位于老采空區(qū)，由1～2層臨街商業(yè)輔樓、14棟16～18層住宅以及1層大底盤地下車庫組成，總建筑面積為16.3 萬m2。本次僅勘察3#、6#、11#、12#、13#、16#、17#房，主樓均含有一層地下車庫，結構形式以框架或剪力墻結構為主?？辈旆秶鐖D1所示。

圖1 勘察范圍

1.2 地質勘察

根據相關要求對場地地質進行勘察，勘察采用鉆探、重型動力觸探、標準貫入、波速試驗、土工試驗等多種手段相結合。根據勘察資料1層煤，深度為14.0～28.8 m，采煤厚為0.8～2.3 m；3層煤，深度25.1～44.5 mm，采煤厚度0.8～2.5 m；1層煤與3層煤地下水已充滿承壓水，水位與淺部潛水位基本一致；對擬建建筑物影響較大，開采不規(guī)范、垮落不密實、有空洞等，易造成地表發(fā)生非連續(xù)變形。17、20、21煤，深度為100～180 m（位于擬建場地以外約100 m），影響較小，可忽略。

2 采空區(qū)場地和地基評價分析

2.1 采空區(qū)場地評價

（1）適用性好。采空區(qū)塌陷斷裂帶密集，對擬建建筑工程影響較小；工程建設對采空區(qū)穩(wěn)定性影響較小；施工中需要擬用一般工程防護措施，如建筑高度、結構措施等。（2）適用性一般。采空區(qū)塌陷斷裂帶基本密集，對擬建建筑工程影響較??；工程建設會影響采空區(qū)穩(wěn)定性，可采取控制建筑高度、加強抗震設計結構、基樁處理等方案，減小采空區(qū)殘余變形對擬建工程的影響，需要進行采空區(qū)地基處理，處理難度大，成本低。（3）適用性較差。采空區(qū)塌陷不充分，存在地表不連續(xù)變形的可能性，對擬建工程的影響較大，需要對規(guī)劃建筑高度、加強抗震設計結構、強化基樁處理和地基處理等進行綜合設計，施工復雜難度大、成本較高。

擬建場地及附近基巖地質如圖2所示，擬建場地區(qū)域構造如圖3所示。

圖2 擬建場地及附近基巖地質

圖3 擬建場地區(qū)域構造

16#房有1煤巷道通過，5#、11#、12#、13#、16#、17#房有3煤巷道通過，對所在區(qū)域進行工程適宜性建設評價，可根據采空區(qū)相關穩(wěn)定性、在建工程的相互影響因素、采取樁基礎技術措施的難易度、建筑造價等，對場地進行注漿處理，將探查與注漿相結合，保證地基和樁施工效果。

2.2 地基評價分析

該區(qū)域地質條件復雜，有分層開采的煤層采空區(qū)，目前工程建設趨于穩(wěn)定，工程建設會加劇地面塌陷的風險，場地的工程建設適宜性差。對淺部采空區(qū)進行地基處理后，場地作為建設用地較為適宜。1、3煤采空區(qū)屬于淺層采空區(qū)，開采方法包括房柱式、非正規(guī)長壁法、穿巷式，大部分區(qū)域已基本密實，部分區(qū)域垮落不密實，仍殘留空洞，易發(fā)生變化，產生地表不連續(xù)變形。17、20、21煤采空區(qū)為中、深層采空區(qū)，開采方法均為長壁法，地表變形為連續(xù)變形。擬建場地剩余下沉量20～200 mm，剩余傾斜最大值20 mm/m，剩余最大水平變形量20 mm/m，剩余地表變形值較大，均勻性較差，應按照不均勻地基進行設防、設計。

3 采空區(qū)住宅地基施工分析

3.1 高層住宅主樓地基方案

高層住宅主樓為地上16～18層，地下1層與車庫以通道相連，基底標高基本一致，剪力墻結構，基底標高約26.65～27.25 m，位于含砂姜黏土。地基基礎方案包括淺基礎、樁基礎兩種，具體需要根據實際情況進行選擇。該建筑場地為“適宜性差”地段，需進行地基特殊處理、抗變形措施，依據建筑抗變形措施及要求，結合采空區(qū)沉降變形、殘余變形的情況，對1、3煤采空區(qū)均進行注漿處理。設計時應綜合造價及工期各方面因素，選取較為合理的方案。兩種地基基礎方案比較如表1所示。

表1 兩種地基基礎方案比較

3.2 基樁施工分析

（1）注漿工藝參數。不同地區(qū)煤層開采方法存在差異性，頂底板巖石性質不同，會導致采空區(qū)充填條件、殘余孔隙存在不同，會造成不同采空地區(qū)使用的治理基樁施工技術、注漿材料配比存在差異。對采空區(qū)進行大規(guī)模注漿處理前，應進行區(qū)域注漿試驗，以確保采空區(qū)的安全，以達到最佳的處理效果，確定注漿方法、漿料比等施工參數。

（2）注漿施工工藝。根據勘察和現(xiàn)場數據分析，本工程煤層采空區(qū)位于地下水位以下，存在充水情形，難以判斷采空區(qū)水流動和流向。應根據相關采空區(qū)注漿工藝經驗，對注漿材料和配合比進行設計，以保障漿液填充采空區(qū)的空隙。注漿施工配比分析如表2所示。

表2 注漿施工配比分析

3.3 樁基施工對周邊環(huán)境的影響分析

該住宅項目以農田、菜地和空地為主，附近以居民區(qū)為主，樁基施工會影響周邊環(huán)境。為了保證基坑的順利開挖、基礎施工過程中基坑的穩(wěn)定性、安全性，可對擬建基坑進行專門的支護和降水方案設計?；又ёo設計應進行相應的計算工作，如基坑安全性、抗?jié)B流穩(wěn)定性、相應的變形驗算等。除此之外，施工時應做好監(jiān)測工作，及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，并采取針對性采取措施，避免影響后期施工建設質量與效率。

3.4 基樁檢測

注漿施工后，需要對注漿的效果進行質量檢測，可采用綜合物探、鉆探和地表變形監(jiān)測相結合的方法對住宅小區(qū)注漿處置工程質量進行檢測。

針對煤層可能存在空化區(qū)域、未填充實區(qū)域，重點檢測其基樁注漿質量。檢測得到結果后，采空區(qū)區(qū)域注漿后地基穩(wěn)定性增強，表明該地基處置工程效果較好，滿足施工相關要求，再進行后續(xù)施工操作。

4 結語

研究采空區(qū)場地穩(wěn)定性評價的方法較多，在實際的工作中，由于場地與擬建建筑條件不同，在勘察設計中需要對具體采空區(qū)場地和地基施工進行深入探究，施工過程中對影響采空區(qū)穩(wěn)定性的因素進行預測分析。在采空區(qū)住宅施工過程中，應采取相應基樁處理措施，加強地基剛度。同時，應考慮基樁的防腐措施，采取必要的措施進行解決，以增強建筑物安全性、穩(wěn)定性。