建筑場地老采空區(qū)勘察及處理方法范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了建筑場地老采空區(qū)勘察及處理方法參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:針對老采空區(qū)不良地質(zhì)基礎(chǔ)導(dǎo)致的建筑下沉問題，旨在勘查前期能夠?qū)Σ煽諈^(qū)的范圍進行準(zhǔn)確的探測和劃定，以及為地基處理措施的選擇提供依據(jù)。探討了采用物探勘測，鉆探驗證的方法對目標(biāo)區(qū)域采空區(qū)進行綜合地質(zhì)勘探與研究，并提出了相應(yīng)地基處理措施。

關(guān)鍵詞:采空區(qū);綜合勘探;地基處理;穩(wěn)定性

引言

在過去的幾十年中，由于煤炭資源的開采，在中西部地區(qū)的一些老能源基地造成了大規(guī)模、大范圍的采空塌陷區(qū)，導(dǎo)致上覆巖體冒落、斷裂和彎曲，使巖體力學(xué)強度降低，造成老采空區(qū)上方建筑地基的承載能力下降。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略和基礎(chǔ)建設(shè)的加速實施，隨著小城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展，由于可供建筑的地面嚴(yán)重不足，一些地區(qū)工業(yè)廠房和住宅樓不得不建在老采空區(qū)上方。在建筑物荷載作用下，有可能使原本處于相對平衡狀態(tài)的冒裂帶巖體重新活化，使冒裂帶巖體再壓密。地下殘留空洞再冒落，導(dǎo)致地表產(chǎn)生附加移動和變形，進而使新建建筑物沉降，局部開裂、傾斜、直至倒塌。因此，開展對老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性評價及其變形破壞規(guī)律的研究工作，對老采空區(qū)建筑地基的處理，采空區(qū)建筑物的布置及其抗變形結(jié)構(gòu)設(shè)計等都具有極其重要的理論和實際運用價值。目前，采空區(qū)建筑地基的處理一般采用灌漿技術(shù)，針對該項技術(shù)的研究和工程實踐已有十多年的時間，取得了一定的成效，但是，由于對老采空區(qū)建筑物移動變形規(guī)律研究不夠，一方面在采空區(qū)建筑地基處理設(shè)計中忽視了采空區(qū)的影響，留下了安全隱患;另一方面，使得采空區(qū)建筑地基處理設(shè)計的安全性偏高，增大了建設(shè)費用。根據(jù)大量資料表明，礦區(qū)停止開采以后，采動破碎巖體會進行長期的蠕動，地表會繼續(xù)進行緩慢的移動變形［1］。并且開采沉陷使采空區(qū)形成由殘留空洞和破裂巖體構(gòu)成的不良地質(zhì)條件。考慮采空區(qū)上方建筑荷載有可能使得原本處于相對平衡狀態(tài)的上覆巖層重新發(fā)生“活化”，從而威脅到建筑物的安全和穩(wěn)定［2］。因此，前期勘察中對采空區(qū)采深、采厚以及采空范圍的劃定就顯得無比重要。在實際工程勘察中，由于建筑場地范圍大、地質(zhì)異常區(qū)不清楚、鉆探成本高等原因，導(dǎo)致直接采用鉆探對建筑場地進行勘測經(jīng)濟成本高而結(jié)果不理想［3-4］，文中主要探討采用物探與鉆探相結(jié)合的綜合勘察方法，先劃定物探異常區(qū)再進行鉆探驗證，旨在結(jié)合工程實例說明其可行性以及實際效果。

1老采空區(qū)現(xiàn)場勘測技術(shù)與方法

建筑場地工程地質(zhì)采礦條件的調(diào)查，主要是收集包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文氣象條件、采空情況等詳細資料，并對礦區(qū)分布圖、地貌圖、地質(zhì)柱狀圖等資料進行分析，采空區(qū)初步勘探工作步驟如圖1所示。

2采空區(qū)綜合物探與鉆探驗證

2．1瞬變電磁法勘探技術(shù)

瞬變電磁法屬于主動性勘測方法，適合目標(biāo)埋深50～600m，適合于復(fù)雜地形，具有自動化數(shù)據(jù)采集、施工難度小等特點，但容易被常見的導(dǎo)電體等因素干擾。老采空區(qū)中遭到破壞的上覆巖層的電阻率、密度、彈性等物理特征相對于完整覆巖發(fā)生的巨大改變，為使用物探勘測采空區(qū)提供了物理前提。瞬變電磁的工作原理:瞬變電磁法(TEM)，是一種時間域電磁法。其探測原理是在發(fā)送回線上加載電流脈沖擊波，產(chǎn)生一個向地下傳播的一次磁場，在受到地下不均勻介質(zhì)的影響后將產(chǎn)生渦流，俗稱“煙圈”。由于一次場的頻率域較高，屈服深度小，衰減快，因此可以探測淺部地層。該“煙圈”在衰減過程中會產(chǎn)生二次場向地表傳播，該二次場屈服深度大，能夠反映深部地質(zhì)的電性分布。由于實際地下介質(zhì)電性不同，在視電阻率圖上會產(chǎn)生異常現(xiàn)象，推斷礦體、地下水、殘留空洞等的位置。圖2為瞬變電磁法在礦區(qū)的視電阻率剖面等值線圖，可以清楚地反映地下采空區(qū)的空間位置特征。采空區(qū)的地質(zhì)及其地球物理特征:根據(jù)礦區(qū)生產(chǎn)地質(zhì)報告及其他相關(guān)資料，礦區(qū)內(nèi)不同深度覆巖巖性電性特征見表1。 一般情況下，巖石的電阻率除了跟其物質(zhì)組成有關(guān)以外，還跟其巖石的含水率有著密切的關(guān)系，即巖石的含水率越高，則其電阻率越低，反之亦然。在采空區(qū)上覆巖層發(fā)生破壞以后，其整體的電阻率會高于完整巖體的電阻率，而在邊緣區(qū)域，電阻率相差不大，且呈現(xiàn)層狀延伸狀態(tài)。如果含有充水裂隙的巖層其整體區(qū)域電阻率降低，會在視電阻率圖上顯示為低阻異常。由于空氣的電阻率較高，空氣附近區(qū)域的電阻率會明顯高于周圍未采空區(qū)的電阻率。由于煤層的開采，采空區(qū)上覆巖層破壞后形成“三帶”，該三帶內(nèi)巖性裂隙發(fā)育，此區(qū)域巖性的電阻率會高于正常覆巖。

2．2高密度電阻率法

高密度電阻率方法一般在地面布置很多電極，電極的位置在不斷的改變，同時把電極先相關(guān)的位置測出來，從而達到對不同的深度探測的目的，如圖3所示。礦井高密度電阻率法是一種新型的直流電法技術(shù)，是集測深和剖面于一體的一種多裝置，多極距的組合方法，具有一次布極即可進行多點，多極距和多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點;并通過數(shù)據(jù)處理求取比值參數(shù)，可突出異常信息，減少多解性與其它方法比較，此法具有高效率、信息豐富、解釋方便、勘探能力顯著。可減少井下通訊不便可能造成的跑極錯誤和保證電極接地條件穩(wěn)定的特點，是用于解決開采地質(zhì)條件和水文地質(zhì)等問題的理想礦井物探方法，非常適合井下施工。

2．3工程鉆探驗證

鉆探是以“點”的方式直接獲取采動巖體破壞情況，探明地下覆巖結(jié)構(gòu)特征的最直接和最有效的方法。從鉆探過程中獲取的資料不僅可以用來查明垮落帶、裂隙發(fā)育以及覆巖情況詳細的資料，而且可以對物探成果進行對比修正，從而獲取老采空區(qū)綜合地質(zhì)資料，為以后的建筑物地基和建筑物設(shè)計提供有效幫助。鉆探應(yīng)查明下列內(nèi)容:①采空區(qū)覆巖(土)性狀、結(jié)構(gòu)特征以及驗證采空區(qū)的分布范圍、空間和頂?shù)装甯叱?②采空區(qū)垮落帶、斷裂帶和彎曲帶的分布、埋深、密實程度和變形破壞狀況;③采空區(qū)中瓦斯等有害氣體賦存狀況;④采空區(qū)地下水賦存條件，包括地下水的水力聯(lián)系、地下水位及類型。

3老采空區(qū)地基處理措施及監(jiān)測方法

3．1采空區(qū)處理措施

大量實例證明，建筑物地基進行抗變形設(shè)計能夠有效提高抵抗采空區(qū)地基的不均勻沉降。下面簡要介紹國內(nèi)大型工業(yè)建筑物常見的幾種抗變形基礎(chǔ)型式。柱下獨立基礎(chǔ):此基礎(chǔ)的剛度小，抵抗地表不均勻沉降的能力不足，適合在采空區(qū)中部區(qū)域構(gòu)筑，一般會在基礎(chǔ)之間加設(shè)地梁以增加建筑物基礎(chǔ)的整體性。柱下條形基礎(chǔ):此基礎(chǔ)整體性好，還能承受較大的上部荷載，但是一般會改造成柱下十字交叉條形基礎(chǔ)底，以應(yīng)對地表不均勻沉降較大的區(qū)域。筏板基礎(chǔ):筏板基礎(chǔ)常見于采空區(qū)淺部破碎地基上的基礎(chǔ)樣式。相對于條形基礎(chǔ)，其附加應(yīng)力較小從而提高使用地基移動變形的能力。

3．2老采空區(qū)建筑物變形監(jiān)測

對于新建建筑物，尤其是高層建筑物以及大型工業(yè)廠房，不僅需要進行抗變形措施，而且還要對上方的建筑物進行定期沉降觀測。通過監(jiān)測采空區(qū)上方建筑物地基和基礎(chǔ)的殘余變形，不僅可以確保建筑物安全和正常的運行，同為采空區(qū)進一步建設(shè)大型建筑物的地基和房屋設(shè)計提供實測數(shù)據(jù)。老采空區(qū)建筑物的沉降監(jiān)測主要包括建筑物控制網(wǎng)和建筑物場地監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)，觀測點的重復(fù)觀測和數(shù)據(jù)的整理分析。建筑物場地控制點的布設(shè)應(yīng)布設(shè)在建筑物的周邊區(qū)域，工作基點也有可能在變形區(qū)域內(nèi)，并產(chǎn)生一定的變形。建筑物觀測點的布設(shè)應(yīng)能夠反映建筑物特征變化的區(qū)域，并且觀測點能夠長期保存，根據(jù)工程實踐，觀測點應(yīng)該布設(shè)下述位置:①框架建筑物應(yīng)該在每個立柱上布設(shè)一點;箱型建筑物布設(shè)在拐角處;②不同建筑基礎(chǔ)相鄰處的兩側(cè);③按照對稱軸線布設(shè);④建筑物觀測點應(yīng)該和建筑物地表監(jiān)測點組成閉合環(huán)。

4結(jié)語

對地下老采空區(qū)進行地質(zhì)勘察以查清老采空區(qū)空洞分布、地基裂隙發(fā)育特征和覆巖破壞程度，對進一步進行建筑設(shè)計和施工提供基本依據(jù)是非常重要和必需的。文中詳細介紹了采空區(qū)初步勘察階段的任務(wù)和技術(shù)方法。結(jié)合本采空區(qū)的特點，提出了以物探先行鉆探驗證的方法，從而準(zhǔn)確提供采空區(qū)的地質(zhì)資料。以礦區(qū)剖面瞬變電磁視電阻率等值線圖為例，說明了瞬變電磁法在老采空區(qū)的地質(zhì)勘察能夠起到重要的作用。最后介紹廢棄采空區(qū)建筑物地基的處理措施和建筑物抗變形設(shè)計原則，闡述了采空區(qū)新建建筑物監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)技術(shù)要求。

參考文獻:

［1］滕永海，張俊英．老采空區(qū)地基穩(wěn)定性評價［J］．煤炭學(xué)報，1997，22(5):58-62．

［2］彭紅衛(wèi)．瞬變電磁勘探法在煤礦采空區(qū)的應(yīng)用［J］．山東煤炭科技，2009，37(1):67-68．

［3］劉黎東，李志華，郝明．高精度重磁技術(shù)在鐵礦采空區(qū)勘察中的應(yīng)用研究［J］．鐵道工程學(xué)報，2010，27(10):8-10．

［4］張俊英．采空區(qū)地表建筑地基穩(wěn)定性模糊綜合評價方法［J］．北京科技大學(xué)學(xué)報，2009，31(11):1368-1372.

作者：蘇龍 郝淑榮 單位：陽泉新宇巖土工程有限責(zé)任公司