煤礦采空區建筑結構論文范文

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1采空區穩定性評價

煤礦采空區穩定性影響因素與所開采煤層厚度、埋深、產狀及開采方式、開采時間、開采程度、頂板管理方式等密切相關，并受后期重復采動、地面附加荷載、地質環境改變及地震活動等影響。

1.1采空區地面變形特征對地基穩定性的影響該擬建地塊一開采最小深度130m，各煤層采厚0.65~0.85m，開采時間為20世紀70—90年代，因此該擬建場地采空區具有采深大、采厚小，且停采時間久的特點。根據采空區地面變形的一般規律可知，各煤層采空區在采深較大、采深采厚比大于30地段，在變形活躍期內產生的地面變主要為連續變形，不會出現冒落、裂縫、臺階等急劇變形特征，該類地面變形對地面構筑物的危害程度較小。

1.2地表移動所處階段對地基穩定性的影響該擬建地塊一煤層最大采深165m，采空區塌陷引起的地表移動時間約1.4a，而采空區停采時間為2001年，停采時間距今已12a以上，屬“老采空區”，因此根據煤礦開采時間評價，擬建場地采空區地面變形階段已經進入衰退階段，上覆巖層的應力狀態已經趨于相對平衡狀態，塌陷變形已經相對穩定。

1.3采空區剩余空隙體積估算根據該地塊各煤層采空區的分布及疊加情況，煤層厚M=2.30m，煤層采出率K=75%，采空區剩余空隙率△V=0.15，故采空區剩余空隙換算等量的最大采厚值h=M×K×△V=242（mm）。

1.4殘余變形對地基穩定性的影響該擬建場地采空區為老采空區，當地質環境條件發生改變，或遭受地震活動等影響時，老采空區將發生“活化”作用，地面將再次產生變形，從而影響地基的穩定。不管是何種原因引起的老采空區“活化”，均通過地面變形而影響地基的穩定性，各種不同原因所引起的老采空區活化變形量的總和應與老采空區殘余變形總量相近。如果能夠預測出老采空區殘余變形總量，并將其與現行相關規范所規定的有關限值進行對比，即可對擬建場地采空區穩定性進行評價。本次地表殘余變形的估算方法采用概率積分法，地表殘余傾斜值最大為2.8mm/m，殘余水平變形最大為1.3mm/m，殘余曲率最大為0.16mm/m2。根據《巖土工程勘察規范》第5.5.5條中的相關規定，擬建場地殘余變形值均小于規范規定的限值。據此評價，擬建場地地面殘余變形對地基穩定性的影響程度較小。

1.5采深采厚比對地基穩定性的影響根據該擬建地塊下伏各采空區采深及累積采厚計算場地內采深采厚比為57，遠大于30，表明各采空區在變形期內產生的地面變形主要為連續變形，不會出現冒落、裂縫、臺階等急劇變形特征，該類地面變形對地面構筑物的危害程度較小。

1.6老采空區“活化”對地基穩定性的影響綜上所述，引起老采空區“活化”的主要因素主要為地震活動的影響。該擬建地塊設計地震基本烈度7度，設計地震基本加速度0.10g，設計地震分組為第二組。根據史料記載，該擬建地塊地震活動強度微弱，歷史上未曾發生過破壞性地震，但遭受區外地震活動影響頻繁，在較高烈度地震影響下，采動區上方原已相對穩定的巖體將有可能變得不穩定，從而可能使老采空區產生活化變形，影響地基穩定性。老采空區是否發生“活化”及其破壞程度與地震震級、震中距及地震烈度等有關。老采空區“活化”將引發采空區新的地面變形，新地面變形量的大小與地面殘余變形量有關，同時會加劇地面殘余變形量的釋放，對該擬建塊地地基的穩定性造成一定程度的影響。

2采空區抗變形措施

擬建地塊地基穩定性為相對穩定場地，基本適宜工程建設。在相對穩定場地內進行項目建設是可行的，但應對相對穩定場地內的建筑物采取基礎和上部結構的抗變形措施。擬建地塊在設計過程中采取了如下抗變形措施。

2.1總圖方案調整首先對建筑總圖方案進行調整，以避免擬建建筑物跨越相對穩定場地和穩定場地，減小地基的不均勻沉降對建筑物造成的損害。同時在滿足建筑物使用功能的前提下，建筑體形、平面力求簡單，高差不宜過大。嚴格控制建筑物長高比，以增加其整體剛度。嚴格控制建筑物的高度和層數。優化結構方案，使得結構平面、豎向布置規則，減少平面凹進尺寸，盡量避免樓板局部不連續，避免豎向抗側力構件不連續、樓層承載力突變。對于跨越相對穩定場地和穩定場地的住宅樓，通過設置沉降縫的措施以減小地基的不均勻沉降對建筑物造成的損害。

2.2加強基礎及上部結構剛度多層住宅樓均采取了抗變形能力較強的柱下條形基礎；以該地塊住宅1#樓為例，條形基礎梁的截面為350mm×500mm~350mm×900mm，基礎翼緣寬度橫向為1000mm，縱向為1200mm，翼緣根部厚度為350mm，條形基礎端部均伸出軸線外1000mm，采用C35混凝土澆筑。該工程條形基礎梁截面較正常場地上建筑物的條形基礎梁取值大，梁高取1/6跨度，以增強基礎的剛度和抗變形能力。為了盡可能減輕上部建筑物的自重，該工程內外隔墻均采用密度較輕的燒結空心磚，并且基礎埋深盡量淺埋，以減少建筑物的荷載影響深度。同時根據勘察報告中提供的巖土資料，對建筑物的沉降進行了計算控制。

2.3對地震力進行放大擬建地塊建筑按建筑抗震不利地段設計，根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第4.1.8條要求［3］，“抗震不利地段建造丙類及丙類以上建筑時，除保證其在地震作用下的穩定性外，尚應估計不利地段對設計地震震動參數可能產生的放大作用，其水平地震影響系數最大值應乘以增大系數。其值應根據不利地段的具體情況確定，在1.1~1.6范圍內采用。”擬建場地的建筑物結構計算時地震力放大1.2倍；此處取值1.2倍是綜合結構安全以及控制投資成本考慮的。

2.4沉降觀測對擬建場地及建筑物自建設施工開始至運營期間，應由建設單位委托有資質的變形(沉降)觀測單位進行變形(沉降)觀測。變形(沉降)觀測點的設置及觀測要求是：建設場地及建筑物變形(沉降)觀測應包含建筑工程的整個施工期內和使用期間。建筑物施工期內的觀測次數和間隔時間，應根據施工進度及時進行。一般建筑可在底層框架柱脫模后開始觀測，每加高1層觀測1次，主體封頂后1個月觀測1次，竣工時總觀測次數不得小于5次。建筑物竣工后，根據建筑物施工期內沉降變形情況追蹤觀測，依據沉降量與時間關系曲線制定，直到基本穩定為止。

3結語

近年來，為了節約土地資源，在煤礦采空區上部進行開發建設的項目越來越多，雖然煤礦采空區對上部建筑物的影響很大，但是只要在工程設計、施工及以后的使用階段分別采取切實可行的措施，采空區對上部建筑物的影響是可以避免的。然而，煤礦采空區的具體實際情況十分復雜，必須在設計前委托有相關資質的單位對煤礦采空區進行可靠的穩定性評價，以此為依據，才能具體情況具體分析，采取針對性的處理措施，以達到煤礦采空區上部建筑物既安全可靠又經濟實用的目的。

作者：王剛王婷單位：江蘇省第一工業設計院有限責任公司