采空区建筑物设计与保护技术措施分析

采空区建筑物设计与保护技术措施分析
作者：王喜强
来源：《商情》2016年第48期
【摘要】在采空区兴建建筑受采动影响存在着较大的安全隐患，针对性地通过对地基稳定分析、地基加固措施、建筑物加固保护和建筑物纠偏方法等几方面建立安全保护技术体系。

提出了建筑物抗变形结构技术措施，以建筑物倾斜为主要观测目标，进行了建筑物采动变形观测设计，针对建筑物受采动影响可能倾斜过大的安全风险，提出了适合于建筑物的基础纠偏维修措施。

研究成果可实现采动影响区上方兴建建筑安全运行，为合理利用采空区开创了一条有效技术途径，具有一定的应用价值。

【关键词】采空区稳定分析地基加固建筑物加固变形纠偏
矿开采使地下矿体层形成空洞,成为采空区,而随着城市经济建设的快速发展，一些矿区为减少占用耕地、有效利用土地资源,准备在或正在已有采空区地表建设建筑物或构筑物。

由于采空区的存在，在新建筑物荷载或其他荷载诸如交通荷载等作用下，部分采空区可能会出现“活化”现象。

使得地表出现大面积变形等,造成地表建筑物或构筑物的破坏甚至出现人员伤亡。

因此采空区稳定性评价在可行性研究阶段需要得到高度重视和谨慎处理。

为避免影响生态环境和巨大经济损失,必须对采空区上方及其附近地面建筑物地基稳定性进行评价。

根据主要建建物的移动变形特点，可采取的安全技术措施主要有:避、抗、测、修等方法。

即从建筑选址、抗破坏、抗倾覆的刚度和强度验算、变形监测、维修和调整方面综合考虑采空区建筑物的安全问题。

1 采空区地基稳定性分析
煤层开采后，上覆岩层形成垮落带、断裂带和弯曲带。

一般来说，垮落带和断裂带的岩体内部结构遭到破坏，而弯曲带的岩层性态改变较小。

在已稳定的采空区地表新建建筑物时，建筑物荷载影响到地表以下一定深度，如果建筑荷载的影响深度足以触及到开采所形成的垮落带、断裂带时，就会破坏其业已平衡状态而重新发生移动，使稳定地表重新沉降；如建筑荷载仅影响断裂带时，残余沉降相对较小；如建筑荷载影响到垮落带时，残余沉降相对要大的多，对建筑物的危害也较大。

因地面建筑物荷载施加引起的地基中附加应力的分布具有集中力作用线上的附加应力最大向周围逐渐减小，距离集中力作用点越深附加应力范围越广、附加应力越小的规律。

而地基中的自重应力具有随深度逐渐增大的规律。

2 新建建筑物地基处理措施
受采动影响的建筑物基础，不仅向地基传递竖向荷载，还要承受由于地表采动变形作用而产生的水平荷载，以及作用于建筑物竖面内的弯矩和剪力。

因此最好采用整体性较好的基础。

构筑物的基础材料一般是混凝土或钢筋混凝土，基础的加固可分为两类，一类是扩大基础底面
积，一类是提高基础的强度和刚度，这样既可使地基所承受的压应力不超过允许限度，又可提高基础承载能力和底部抗倾覆能力。

混凝土标号应比原设计基础的混凝土标号高一级。

基础下垫层可采用砂垫层，具体厚度和技术要求应根据地表的变形值和具体条件进行计算。

由于采空区地表会有沉降，可能会导致建筑物产生变形，因此须对建筑物采用抗变形设计。

建筑物的抗变形措施分为刚性措施和柔性措施。

当采用刚性措施时要保证基础结构的刚度和强度必须足以抵抗地表变形的影响和能够承受采动所产生的附加内力, 此类措施包括板式基础、圈梁和联系梁等。

柔性措施是让建筑物基础结构具有足够的柔性和可弯曲性保证基础能够随地基移动而位移不使结构产生较大的应力，此类措施有滑动层、双板基础和变形缝等。

3 采动区建筑物加固保护措施
采动区现有建筑物采取新技术加固保护措施应根据建筑物的结构形式、建筑物尺寸、建筑物质量及预计的变形值选择确定,包括以下四个方面:（1）设置变形缝：设置变形缝是将建筑物自屋顶至基础分成若干个彼此不联系的、长度较小、刚度较好、自成抗变形体系的独立单体，这样可以提高建筑物适应地表变形能力，减小作用于建筑物的附加应力，从而减轻建筑物的开采损坏。

（2）设置钢筋混凝土圈梁：设置钢筋混凝土圈梁是提高建筑物抵抗地表变形能力的有效措施。

其作用在于增强建筑物整体性和刚度,提高砖石砌体抗弯、抗剪和抗拉能力，可在一定程度上避免建筑物墙体出现裂缝等损坏现象。

设置墙壁上的钢筋混凝土圈梁主要是承受地表变形引起的附加弯矩和附加剪力;设置于基础上的钢筋混凝土圈梁,主要承受地表水平变形引起建筑物的附加应力以及地表曲率变形引起的附加弯矩和附加剪力。

（3）设置滑动层：在基础与基础圈梁之间用易滑动的材料设置滑动层,如两层油毡及两层油毡间加滑石粉或云母片，目的是把基础与上部结构分开,当地表变形作用在基础上时产生的附加应力一部分通过滑动层产生的摩擦力传到上部结构,一部分被滑动层吸收，使传到上部结构的附加应力显著减小，有效地避免了上部结构损坏。

（4）设置钢筋混凝土构造柱：设置钢筋混凝土构造柱,其作用在于增强建筑物整体刚度，提高建筑物的抗扭和抗剪能力，可在一定程度上减小地表扭曲变形对建筑物产生的附加应力，减小建筑物的损失。

4 建筑物纠偏方法
纠偏是一项非常规工程，所需的技术难度较高，风险也比较大。

纠偏工程是否成功，首先在于根据倾斜建筑物的具体情况、土质条件和倾斜原因等选择合适的、具有针对性的方法。

可供选择的纠偏方法有：应力解除法、堆载加压法、灌浆法、千斤顶法、加垫钢片法等。

较为常用的是应力接触法，其原理是通过在建筑物沉降量较小的一侧布置应力释放孔，在适当的深度掏取部分软弱地基，从而改变地基的原始应力状态，释放沉降量较小一侧的地基应力，增大该侧沉降，从而达到纠偏目的。

5结论
在采空区地表新建建筑，要结合具体情况，首先评价采空区的稳定性，并采取相应的处理技术措施，才能确保建筑物的安全。

针对性地对建筑地基进行强化和加固处理，使其能较好承
受由于沉降产生的应力。

另外采空区新建建筑本身存在危险性，须长期进行沉降观测，发现问题及时采取纠偏、补强等措施以确保安全。

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