采空區建筑物設計與保護技術措施分析

王喜強

【摘要】在采空區興建建筑受采動影響存在著較大的安全隱患，針對性地通過對地基穩定分析、地基加固措施、建筑物加固保護和建筑物糾偏方法等幾方面建立安全保護技術體系。提出了建筑物抗變形結構技術措施，以建筑物傾斜為主要觀測目標，進行了建筑物采動變形觀測設計，針對建筑物受采動影響可能傾斜過大的安全風險，提出了適合于建筑物的基礎糾偏維修措施。研究成果可實現采動影響區上方興建建筑安全運行，為合理利用采空區開創了一條有效技術途徑，具有一定的應用價值。

【關鍵詞】采空區 穩定分析 地基加固 建筑物加固 變形糾偏

礦開采使地下礦體層形成空洞,成為采空區,而隨著城市經濟建設的快速發展，一些礦區為減少占用耕地、有效利用土地資源,準備在或正在已有采空區地表建設建筑物或構筑物。由于采空區的存在，在新建筑物荷載或其他荷載諸如交通荷載等作用下，部分采空區可能會出現“活化”現象。使得地表出現大面積變形等,造成地表建筑物或構筑物的破壞甚至出現人員傷亡。因此采空區穩定性評價在可行性研究階段需要得到高度重視和謹慎處理。為避免影響生態環境和巨大經濟損失,必須對采空區上方及其附近地面建筑物地基穩定性進行評價。根據主要建建物的移動變形特點，可采取的安全技術措施主要有:避、抗、測、修等方法。即從建筑選址、抗破壞、抗傾覆的剛度和強度驗算、變形監測、維修和調整方面綜合考慮采空區建筑物的安全問題。

1 采空區地基穩定性分析

煤層開采后，上覆巖層形成垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。一般來說，垮落帶和斷裂帶的巖體內部結構遭到破壞，而彎曲帶的巖層性態改變較小。在已穩定的采空區地表新建建筑物時，建筑物荷載影響到地表以下一定深度，如果建筑荷載的影響深度足以觸及到開采所形成的垮落帶、斷裂帶時，就會破壞其業已平衡狀態而重新發生移動，使穩定地表重新沉降；如建筑荷載僅影響斷裂帶時，殘余沉降相對較小；如建筑荷載影響到垮落帶時，殘余沉降相對要大的多，對建筑物的危害也較大。因地面建筑物荷載施加引起的地基中附加應力的分布具有集中力作用線上的附加應力最大向周圍逐漸減小，距離集中力作用點越深附加應力范圍越廣、附加應力越小的規律。而地基中的自重應力具有隨深度逐漸增大的規律。

2 新建建筑物地基處理措施

受采動影響的建筑物基礎，不僅向地基傳遞豎向荷載，還要承受由于地表采動變形作用而產生的水平荷載，以及作用于建筑物豎面內的彎矩和剪力。因此最好采用整體性較好的基礎。構筑物的基礎材料一般是混凝土或鋼筋混凝土，基礎的加固可分為兩類，一類是擴大基礎底面積，一類是提高基礎的強度和剛度，這樣既可使地基所承受的壓應力不超過允許限度，又可提高基礎承載能力和底部抗傾覆能力。混凝土標號應比原設計基礎的混凝土標號高一級。基礎下墊層可采用砂墊層，具體厚度和技術要求應根據地表的變形值和具體條件進行計算。由于采空區地表會有沉降，可能會導致建筑物產生變形，因此須對建筑物采用抗變形設計。建筑物的抗變形措施分為剛性措施和柔性措施。當采用剛性措施時要保證基礎結構的剛度和強度必須足以抵抗地表變形的影響和能夠承受采動所產生的附加內力, 此類措施包括板式基礎、圈梁和聯系梁等。柔性措施是讓建筑物基礎結構具有足夠的柔性和可彎曲性保證基礎能夠隨地基移動而位移不使結構產生較大的應力，此類措施有滑動層、雙板基礎和變形縫等。

3 采動區建筑物加固保護措施

采動區現有建筑物采取新技術加固保護措施應根據建筑物的結構形式、建筑物尺寸、建筑物質量及預計的變形值選擇確定,包括以下四個方面:（1）設置變形縫：設置變形縫是將建筑物自屋頂至基礎分成若干個彼此不聯系的、長度較小、剛度較好、自成抗變形體系的獨立單體，這樣可以提高建筑物適應地表變形能力，減小作用于建筑物的附加應力，從而減輕建筑物的開采損壞。（2）設置鋼筋混凝土圈梁：設置鋼筋混凝土圈梁是提高建筑物抵抗地表變形能力的有效措施。其作用在于增強建筑物整體性和剛度,提高磚石砌體抗彎、抗剪和抗拉能力，可在一定程度上避免建筑物墻體出現裂縫等損壞現象。設置墻壁上的鋼筋混凝土圈梁主要是承受地表變形引起的附加彎矩和附加剪力;設置于基礎上的鋼筋混凝土圈梁,主要承受地表水平變形引起建筑物的附加應力以及地表曲率變形引起的附加彎矩和附加剪力。（3）設置滑動層：在基礎與基礎圈梁之間用易滑動的材料設置滑動層,如兩層油氈及兩層油氈間加滑石粉或云母片，目的是把基礎與上部結構分開,當地表變形作用在基礎上時產生的附加應力一部分通過滑動層產生的摩擦力傳到上部結構,一部分被滑動層吸收，使傳到上部結構的附加應力顯著減小，有效地避免了上部結構損壞。（4）設置鋼筋混凝土構造柱：設置鋼筋混凝土構造柱,其作用在于增強建筑物整體剛度，提高建筑物的抗扭和抗剪能力，可在一定程度上減小地表扭曲變形對建筑物產生的附加應力，減小建筑物的損失。

4 建筑物糾偏方法

糾偏是一項非常規工程，所需的技術難度較高，風險也比較大。糾偏工程是否成功，首先在于根據傾斜建筑物的具體情況、土質條件和傾斜原因等選擇合適的、具有針對性的方法。可供選擇的糾偏方法有：應力解除法、堆載加壓法、灌漿法、千斤頂法、加墊鋼片法等。較為常用的是應力接觸法，其原理是通過在建筑物沉降量較小的一側布置應力釋放孔，在適當的深度掏取部分軟弱地基，從而改變地基的原始應力狀態，釋放沉降量較小一側的地基應力，增大該側沉降，從而達到糾偏目的。

5結論

在采空區地表新建建筑，要結合具體情況，首先評價采空區的穩定性，并采取相應的處理技術措施，才能確保建筑物的安全。針對性地對建筑地基進行強化和加固處理，使其能較好承受由于沉降產生的應力。另外采空區新建建筑本身存在危險性，須長期進行沉降觀測，發現問題及時采取糾偏、補強等措施以確保安全。

參考文獻：

[1]何萬龍.山區開采沉陷與采動數損害[M].北京:中國科學技術出版社.2003.9.

[2]余學義.地表剩余沉陷的預計方法[M].西安:西安礦業學 院學報.1996.3.

[3]張俊英,王金莊.采空區地表新建建筑地基穩定性評價技術研究[J].礦山測量,2003(9).

[4]井彥林,李寅良,等.煤礦采空區建筑場地的穩定性分析[J].陜西煤炭,2002(1).