煤矿采空区建筑结构论文范文

1采空区稳定性评价

煤矿采空区稳定性影响因素与所开采煤层厚度、埋深、产状及开采方式、开采时间、开采程度、顶板管理方式等密切相关，并受后期重复采动、地面附加荷载、地质环境改变及地震活动等影响。

1.1采空区地面变形特征对地基稳定性的影响该拟建地块一开采最小深度130m，各煤层采厚0.65~0.85m，开采时间为20世纪70—90年代，因此该拟建场地采空区具有采深大、采厚小，且停采时间久的特点。根据采空区地面变形的一般规律可知，各煤层采空区在采深较大、采深采厚比大于30地段，在变形活跃期内产生的地面变主要为连续变形，不会出现冒落、裂缝、台阶等急剧变形特征，该类地面变形对地面构筑物的危害程度较小。

1.2地表移动所处阶段对地基稳定性的影响该拟建地块一煤层最大采深165m，采空区塌陷引起的地表移动时间约1.4a，而采空区停采时间为2001年，停采时间距今已12a以上，属“老采空区”，因此根据煤矿开采时间评价，拟建场地采空区地面变形阶段已经进入衰退阶段，上覆岩层的应力状态已经趋于相对平衡状态，塌陷变形已经相对稳定。

1.3采空区剩余空隙体积估算根据该地块各煤层采空区的分布及叠加情况，煤层厚M=2.30m，煤层采出率K=75%，采空区剩余空隙率△V=0.15，故采空区剩余空隙换算等量的最大采厚值h=M×K×△V=242（mm）。

1.4残余变形对地基稳定性的影响该拟建场地采空区为老采空区，当地质环境条件发生改变，或遭受地震活动等影响时，老采空区将发生“活化”作用，地面将再次产生变形，从而影响地基的稳定。不管是何种原因引起的老采空区“活化”，均通过地面变形而影响地基的稳定性，各种不同原因所引起的老采空区活化变形量的总和应与老采空区残余变形总量相近。如果能够预测出老采空区残余变形总量，并将其与现行相关规范所规定的有关限值进行对比，即可对拟建场地采空区稳定性进行评价。本次地表残余变形的估算方法采用概率积分法，地表残余倾斜值最大为2.8mm/m，残余水平变形最大为1.3mm/m，残余曲率最大为0.16mm/m2。根据《岩土工程勘察规范》第5.5.5条中的相关规定，拟建场地残余变形值均小于规范规定的限值。据此评价，拟建场地地面残余变形对地基稳定性的影响程度较小。

1.5采深采厚比对地基稳定性的影响根据该拟建地块下伏各采空区采深及累积采厚计算场地内采深采厚比为57，远大于30，表明各采空区在变形期内产生的地面变形主要为连续变形，不会出现冒落、裂缝、台阶等急剧变形特征，该类地面变形对地面构筑物的危害程度较小。

1.6老采空区“活化”对地基稳定性的影响综上所述，引起老采空区“活化”的主要因素主要为地震活动的影响。该拟建地块设计地震基本烈度7度，设计地震基本加速度0.10g，设计地震分组为第二组。根据史料记载，该拟建地块地震活动强度微弱，历史上未曾发生过破坏性地震，但遭受区外地震活动影响频繁，在较高烈度地震影响下，采动区上方原已相对稳定的岩体将有可能变得不稳定，从而可能使老采空区产生活化变形，影响地基稳定性。老采空区是否发生“活化”及其破坏程度与地震震级、震中距及地震烈度等有关。老采空区“活化”将引发采空区新的地面变形，新地面变形量的大小与地面残余变形量有关，同时会加剧地面残余变形量的释放，对该拟建块地地基的稳定性造成一定程度的影响。

2采空区抗变形措施

拟建地块地基稳定性为相对稳定场地，基本适宜工程建设。在相对稳定场地内进行项目建设是可行的，但应对相对稳定场地内的建筑物采取基础和上部结构的抗变形措施。拟建地块在设计过程中采取了如下抗变形措施。

2.1总图方案调整首先对建筑总图方案进行调整，以避免拟建建筑物跨越相对稳定场地和稳定场地，减小地基的不均匀沉降对建筑物造成的损害。同时在满足建筑物使用功能的前提下，建筑体形、平面力求简单，高差不宜过大。严格控制建筑物长高比，以增加其整体刚度。严格控制建筑物的高度和层数。优化结构方案，使得结构平面、竖向布置规则，减少平面凹进尺寸，尽量避免楼板局部不连续，避免竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。对于跨越相对稳定场地和稳定场地的住宅楼，通过设置沉降缝的措施以减小地基的不均匀沉降对建筑物造成的损害。

2.2加强基础及上部结构刚度多层住宅楼均采取了抗变形能力较强的柱下条形基础；以该地块住宅1#楼为例，条形基础梁的截面为350mm×500mm~350mm×900mm，基础翼缘宽度横向为1000mm，纵向为1200mm，翼缘根部厚度为350mm，条形基础端部均伸出轴线外1000mm，采用C35混凝土浇筑。该工程条形基础梁截面较正常场地上建筑物的条形基础梁取值大，梁高取1/6跨度，以增强基础的刚度和抗变形能力。为了尽可能减轻上部建筑物的自重，该工程内外隔墙均采用密度较轻的烧结空心砖，并且基础埋深尽量浅埋，以减少建筑物的荷载影响深度。同时根据勘察报告中提供的岩土资料，对建筑物的沉降进行了计算控制。

2.3对地震力进行放大拟建地块建筑按建筑抗震不利地段设计，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.1.8条要求［3］，“抗震不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震震动参数可能产生的放大作用，其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值应根据不利地段的具体情况确定，在1.1~1.6范围内采用。”拟建场地的建筑物结构计算时地震力放大1.2倍；此处取值1.2倍是综合结构安全以及控制投资成本考虑的。

2.4沉降观测对拟建场地及建筑物自建设施工开始至运营期间，应由建设单位委托有资质的变形(沉降)观测单位进行变形(沉降)观测。变形(沉降)观测点的设置及观测要求是：建设场地及建筑物变形(沉降)观测应包含建筑工程的整个施工期内和使用期间。建筑物施工期内的观测次数和间隔时间，应根据施工进度及时进行。一般建筑可在底层框架柱脱模后开始观测，每加高1层观测1次，主体封顶后1个月观测1次，竣工时总观测次数不得小于5次。建筑物竣工后，根据建筑物施工期内沉降变形情况追踪观测，依据沉降量与时间关系曲线制定，直到基本稳定为止。

3结语

近年来，为了节约土地资源，在煤矿采空区上部进行开发建设的项目越来越多，虽然煤矿采空区对上部建筑物的影响很大，但是只要在工程设计、施工及以后的使用阶段分别采取切实可行的措施，采空区对上部建筑物的影响是可以避免的。然而，煤矿采空区的具体实际情况十分复杂，必须在设计前委托有相关资质的单位对煤矿采空区进行可靠的稳定性评价，以此为依据，才能具体情况具体分析，采取针对性的处理措施，以达到煤矿采空区上部建筑物既安全可靠又经济实用的目的。

作者：王刚王婷单位：江苏省第一工业设计院有限责任公司