矿井井塔基础设计

矿井井塔基础设计

井塔是一个矿井地面构筑物的核心，基础又是井塔的最重要部位之一。本章从基础设计资料、基础基本类型、基础方案选择原则、基础荷载组合、基础容许变形值、基础沉降观测等一些方面进行了综合论述。

标签：井塔基础；设计资料；基本类型

在矿井的地面构筑物中，井塔往往是标志性的，是连接矿井上下通道的关键生产环节。主井井塔担负着矿井原煤提升任务，副井井塔主要担负全矿所需人员、材料、设备的提升任务，所以要求结构物有较高的安全保障。井塔从生产工艺角度可涵盖井口房、井架、提升机房的功能，包括提升机、电动机、导向轮、控制室、配电室、风机间、内套架、吊车、箕斗或罐笼等。在井塔设计中，基础结构是十分重要的。根据工程资料统计，基础的材料消耗和投资造价，一般约占井塔总工程的25%左右，施工工期约为2个月。

1 基础设计需要的资料

在进行基础结构方案选择及设计计算中，一般需要掌握下列资料：

（1）地震烈度、工程地质及水文地质资料。（2）井筒设计及施工方法。（3）井筒及提升系统的平剖面布置。（4）土建施工设备及技术水平。（5）土建材料资源及地方经验。（6）井塔平剖面布置及作用在基础顶面的各种荷载组合。（7）周围建筑物的平剖面布置及其基础的设计情况。（8）各种管线管道及电缆的平剖面布置。（9）各种孔洞的要求。（10）其他需要注意或工程特殊性要求等。

2 基础结构的基本类型

在井塔工程中，目前实际应用的基础结构有如下几种类型。

2.1 天然地基上的基础：钢筋混凝土独立基础、钢筋混凝土条形基础、钢筋混凝土筏式基础、钢筋混凝土箱型基础等。

2.2 桩基础：灌注桩基础、预制桩基础、钢桩基础、爆扩桩基础、岩石锚桩基础等。

2.3 井颈基础：倒圆锥壳基础、倒圆台倒方台基础、牛腿式基础等。

2.4 其他基础：钢筋混凝土桩筏基础、钢筋混凝土箱基和锚桩组合等。

3 基礎方案选择的原则

应根据塔身结构特征、地震烈度、工程地质及水文地质情况、荷载大小及施

工能力等，通过综合的方案比较考虑，予以确定。总结国内井塔建设的实际工程经验，大体上可以按照下列原则选择基础方案。

3.1 凡地基土质均匀，容许承载力≥250kpa，基础埋深≤5m，宜采用天然地基土的基础。

3.2 当塔身平面布置与井筒中心大致接近，且硬土层离地表较深、岩溶土洞发育或出现流砂地区，均宜优先采用与井筒固接的井颈基础。

3.3 当塔身平面布置与井筒中心相距较大，且硬土或岩石层离地表≤35m，宜采用桩基础。

4 基础的荷载组合

井塔地基基础设计等级一般为甲级。根据《建筑地基基础设计规范》，地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定：

4.1 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。

4.2 计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值。

4.3 在确定基础或桩基承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作用的基本组合，采用相应的分项系数；当验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下作用的标准组合。

由于地基情况千变万化，应该仔细研究岩土工程勘察报告，注意冻害、腐蚀性、液化等影响建筑场地稳定性的不良地质作用，评价其危害程度，采取相应的处理措施。

5 地基容许变形值

地基容许变形值对于井塔结构的选型，基础方案的选择和计算有着十分密切的联系。根据《建筑地基基础设计规范》，井塔基础的平均沉降量允许值200mm，基础的倾斜（基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值）允许值0.005，基础的沉降量允许值400mm。

井塔（包括上部结构和基础）的刚度一般都很大，具有良好的适应地基变形的能力。这种刚性建筑，根据实践经验，若倾斜值≤5%尚不至于引起结构上的任何破坏。

5.1 当塔体因地基变形而引起倾斜时，则提升机的滚筒也随之倾斜。若倾斜的方向垂直于滚筒中轴，则对提升工艺的影响可以不考虑；若倾斜的方向平行于滚筒的中轴时，提升钢丝绳仍可近似地认为是垂直于地面，与滚筒的绳槽间出现倾斜角，因此过大的倾斜将导致钢丝绳的脱槽事故。

5.2 严重的井塔倾斜会导致提升容器在管道的运行中卡罐或脱罐事故，其情况相当于单绳绞车提升的情况。根据多年的实践证明倾斜值≤3%时，仍未出现事故。此外，一般地基变形都是缓慢而非突然的发展，因此容器与罐道间的关系是可以随时调整的。

5.3 地基倾斜时偏角随着井深而减少，因此对罐道的影响仅在接近于井口的一段高度范围内。此时容器已减速运行，对罐道的影响很小，特别是当在地面出车的情况，更为有利。

此外，井塔地基的均匀沉降量，在使用中可以通过调整罐道系统的竖向连接构件等，来满足生产工艺的要求。当变形较大以后，需要采取适当的措施纠偏方可继续使用。

6 基础的沉降观测

井塔基础一般均需进行系统的沉降观测。观测点宜设置在塔壁四角的角点及中央的对称位置，或框架的承重柱根部。施工观测自浇筑基础混凝土开始，根据施工阶段确定。竣工后第一次观测可作为沉降的起始点，以后三个月内每月观测一次，根据沉降速率情况再按每3个月观测一次。若在半年内沉降量小于2mm，则认为沉降已达到稳定。

7 结束语

井塔基础设计不但与地基及塔身的情况有关，而且与井筒的设计与施工、土建施工设备及技术经验水平都有着密切的联系。这就需要在方案设计前期就积极的与建设单位、施工单位、勘察单位及监理单位紧密配合，才能使井塔的基础设计安全、经济，使井塔能高效的投入到整个矿井的生产建设中去。

参考文献

[1]GB50215-2005.煤炭工业矿井设计规范[S].

[2]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].

[3]《煤矿安全规程》.2010年2月第1版.

作者简介：延伟涛（1981，4-），男，山东大学土木工程，本科，工程师。