淺談采空區(qū)上部建筑物的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：采空區(qū)建筑物設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)處理措施 

abstract: combining with norms of seismic design of building, building foundation design specifications, the norms of the arrangement of buildings, waters, railways and major coal pillar and coal mining regulations, design specification of concrete structures, and taking the example of a multiple building, the paper discusses the building structure design of goaf upper to accumulate the building design experience of special sites, so as to design a safe, economical and reasonable building. 

key words: goaf; building; design method; structural processing measure 

中圖分類號(hào)：td229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：2095-2104（2012） 

魯中奇石文化中心位于北埠市場(chǎng)商業(yè)區(qū)，地上四層，地下一層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)156米，寬40米，標(biāo)準(zhǔn)層高4.8米，建筑高度19.65米，7度抗震設(shè)防，設(shè)計(jì)地震加速度值0.10g，建筑場(chǎng)地類別ⅱ類，框架抗震等級(jí)二級(jí)。 

本工程位于北埠煤礦采空區(qū)影響范圍內(nèi)，地處丘陵區(qū)，屬丘陵地貌，廠區(qū)經(jīng)人工改造后地勢(shì)較平坦，地表被第四系坡洪積物覆蓋。根據(jù)工程地質(zhì)資料，地層自上至下為：第四系、侏羅系、上二迭系、下二迭系及石炭系。 

1 采空區(qū)特征參數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì)處理 

1.1 采深采厚比 

計(jì)算公式：n=h/m 

式中n為采深采厚比值，h為采煤頂板深度，m為采煤總厚度，m=2.2米。 

該場(chǎng)地：h=270米。 

經(jīng)計(jì)算得：n=123 

由以上計(jì)算知采深采厚比（n）遠(yuǎn)大于30，根據(jù)規(guī)范可知，當(dāng)采深采厚比遠(yuǎn)大于30時(shí)，地面一般不會(huì)出現(xiàn)大的裂縫和塌陷，只能出現(xiàn)連續(xù)有規(guī)律的地表移動(dòng)和變形。 

1.2 采空區(qū)移動(dòng)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間 

按公式t總=7+2×h/c計(jì)算， 

式中：t總——總移動(dòng)時(shí)間（月）; 

h——煤層頂板埋深（米） 

c——開(kāi)采面推進(jìn)進(jìn)度（米/月） 

廠區(qū)內(nèi)h=270米，c=30米/月。 

計(jì)算得：t總=25個(gè)月。因北埠煤礦在該地段最后停采時(shí)間為2001年，至今已超過(guò)120個(gè)月，因此目前為止該場(chǎng)地地表移動(dòng)已基本進(jìn)入穩(wěn)定期。 

1.3地表殘余沉降預(yù)計(jì) 

根據(jù)地質(zhì)資料，采空區(qū)主要影響半徑為80~100米。該場(chǎng)地處于北埠煤礦2層煤采空區(qū)范圍及2、4、7層煤綜合采空巖石移動(dòng)影響范圍邊界之內(nèi)，在移動(dòng)盆地未形成之前，尚有剩余變量存在。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》，地表變形值根據(jù)我國(guó)煤礦實(shí)際情況可按下列方法計(jì)算： 

典型指數(shù)法 

負(fù)指數(shù)函數(shù)法 

概率積分法 

根據(jù)北埠煤礦的實(shí)際情況，按概率積分法對(duì)地表有可能的移動(dòng)和變形進(jìn)行預(yù)計(jì)。 

2 采空區(qū)上部建筑物荷載影響深度的確定 

為了避免建筑物荷載影響范圍在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，還應(yīng)確定建筑物的上部荷載影響深度，其影響深度按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定計(jì)算。 

2.1 土中自重應(yīng)力的計(jì)算 

pc=∑γihi 

式中 γi——標(biāo)高以上第i層土的容重，kn/m3； 

hi——標(biāo)高以上第i層土的厚度，m 

2.2 土中附加應(yīng)力的計(jì)算 

pz=αcp0 (p0=p-γ0d) 

式中 αc——附加應(yīng)力系數(shù)（按規(guī)范查表）； 

p0——基底平均附加應(yīng)力，kn/m2； 

p——基底平均壓力，kn/m2； 

d——基礎(chǔ)埋深，m 

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)鼗�中附加�?yīng)力等于相應(yīng)位置處自重應(yīng)力的20%時(shí)，即可以認(rèn)為附加應(yīng)力對(duì)該深度以下地基的影響可忽略不計(jì)。 

3 采空區(qū)上部建筑物地基的處理措施 

地基土要求均勻一致，承載力不宜太高，對(duì)于承載力過(guò)高的堅(jiān)硬巖石，基礎(chǔ)底面下置換500mm厚的砂墊層。當(dāng)?shù)鼗�土承載力差異較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置變形縫使其成為各自獨(dú)立的單體，條件允許時(shí)，可通過(guò)加強(qiáng)建筑物的強(qiáng)度和剛度實(shí)施。 

回填土地基要密實(shí)處理，可采用分層壓實(shí)和整層夯實(shí)的方法，壓實(shí)系數(shù)為0.93~0.97。 

4 采空區(qū)上部建筑物的設(shè)計(jì)處理措施 

從以上分析，我們可以得出本場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)，采空區(qū)的覆蓋層能夠在長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，也就是上部建筑物的地基是穩(wěn)定的，這時(shí)采空區(qū)對(duì)上部建筑的影響可以忽略不計(jì)。但實(shí)際上，采空區(qū)的地基是復(fù)雜的，也可能在建筑物的使用過(guò)程中遭受其他不利因素的影響，如地震、采空區(qū)內(nèi)地下水的逐年疏干，致使原有的覆蓋層遭受破壞，引起新一輪的沉降變形。所以說(shuō)建筑物仍存在較多的安全隱患，必須在設(shè)計(jì)時(shí)采取一定的措施。 

根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)上部建筑物的結(jié)構(gòu)處理措施有以下幾種： 

建筑物的長(zhǎng)軸應(yīng)平行于地表下沉等值線。 

建筑物體型力求簡(jiǎn)單，以矩形為宜，避免立面高低起伏， 

必要時(shí)設(shè)變形縫。 

（3）3層及以上建筑物單體長(zhǎng)度以20~30米為宜，嚴(yán)格控制建筑物的長(zhǎng)高比，過(guò)長(zhǎng)時(shí)設(shè)置變形縫分開(kāi)。 

（4）嚴(yán)格控制建筑物的層數(shù)和高度，并對(duì)建筑物的使用要求提出限制。 

（5）框架結(jié)構(gòu)采用完全現(xiàn)澆，不宜采用裝配式結(jié)構(gòu)。 

（6）加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度，特別要加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體剛度，采用筏基、箱基、柱下條基等整體性好，剛度大，性能較強(qiáng)的基礎(chǔ)形式，禁止使用樁基礎(chǔ)。 

（7）在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)盡量淺埋基礎(chǔ)，采用覆土少，自重輕的基礎(chǔ)，以減少建筑物的荷載影響深度。 

（8）盡可能減少上部建筑物的自重，如采用輕型砌塊，框架結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)隔墻，以減少建筑物的荷載影響深度 

（9）盡可能考慮上部結(jié)構(gòu)做成靜定體系。 

（10）室內(nèi)地坪做法宜在砂墊層上鋪設(shè)磚、預(yù)制混凝土塊或鋼絲網(wǎng)混凝土板等。 

5 結(jié)語(yǔ) 

近年來(lái)，煤礦采空區(qū)上部建筑物出現(xiàn)質(zhì)量事故的例子屢見(jiàn)不鮮，根據(jù)資料表明，這類問(wèn)題大多數(shù)是由于在建筑物的設(shè)計(jì)階段對(duì)地基的活性估計(jì)不足，輕視了采空區(qū)對(duì)上部建筑物的影響。魯中奇石文化中心的設(shè)計(jì)實(shí)踐證明，雖然采空區(qū)對(duì)上部建筑物的影響很大，但是只要在工程設(shè)計(jì)、施工及使用過(guò)程中分別采取切實(shí)可行的措施，采空區(qū)對(duì)地基的活化影響是可以消除的，這類事故也是可以避免的。當(dāng)然，以上敘述是針對(duì)魯中奇石文化中心的采空區(qū)覆蓋層提出的，而實(shí)際上采空區(qū)的情況十分復(fù)雜，必須在設(shè)計(jì)之初對(duì)采空區(qū)進(jìn)行可靠的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，對(duì)地基的活性有了充分的認(rèn)識(shí)后，再采取切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方法。