【摘要】隨著社會的不斷發(fā)展和我國交通建筑業(yè)的快速發(fā)展，目前針對煤礦采空區(qū)的勘察與處理問題越來越受到相關部門的重視。特別是近年來，隨著高層建筑的興建和土地的合理規(guī)劃利用，在采空區(qū)修建高層建筑物對采空區(qū)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文結(jié)合煤礦采空區(qū)的勘察與處理工程實例，對采空區(qū)巖土工程穩(wěn)定性問題進行了分析和探討。

【關鍵詞】煤礦采空區(qū)；巖土工程；地質(zhì)勘察

目前我國大多數(shù)礦山，留下大量未處理的采空區(qū)，采空區(qū)的存在，嚴重影響了礦山的安全生產(chǎn)。采空區(qū)對工程的危害是顯著的，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是采空區(qū)頂板大面積冒落，產(chǎn)生氣流沖擊，對井下工作人員和設備產(chǎn)生重大傷害，而且可能引起地表沉陷和開裂，地面建筑物的陷落、倒塌及礦區(qū)地震等形式的嚴重地壓災害；另一個就是在礦山開采過程匯總，采空區(qū)圍巖受爆破震動影響導致巖體裂隙發(fā)育，甚至貫通地表或連通老窿積水，發(fā)生透水事故，從而淹沒坑道何工作面，造成損失。由此可見，采空區(qū)穩(wěn)定性研究已成為一個重要的研究課題。

一、工程概況

某大酒店高21層，由主樓及裙樓組成，主樓東西長42m，南北寬20m，框剪結(jié)構；裙樓位于主樓東、南、西三側(cè)，外包尺寸東西長66m，南北寬43～50m，高度均為3層，框架結(jié)構，主、群樓均設一層地下室，彼此結(jié)構獨立。

場區(qū)抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，分組為第二組。

場區(qū)地層主要為石炭～二疊系煤系地層，整體走向NE，傾向NW，傾角平緩，上覆第四系地層由黏性土組成，厚度約10m。場區(qū)共含煤21層，煤層總厚度5.32m，其中場地可采、局部可采煤層6層，場地位置實際開采煤層為17煤、20煤和21煤。場區(qū)內(nèi)煤礦開采方法為走向長臂法，頂板管理為自由垮落法。各采煤工作面基本情況詳見表1-1：

二、場地穩(wěn)定性評價

1采煤沉陷對建筑物地基的影響

采煤沉陷區(qū)，建筑物的地基處理或設計主要考慮的是地基的承載力和地基的變形，對于該項目前期工程的擬建設場地，結(jié)合采煤沉陷區(qū)建筑物地基的特點、建筑物的地基承載能力、地基的允許變形量等對該場地進行分析和評價。

1.1 采煤沉陷區(qū)建筑物地基的特點

位于采空區(qū)上的建筑物地基基礎，與一般場地上的建筑物相比，有以下特點：

（1）建筑物的地基范圍不同。一般建筑物地基的深度為地基沉降計算影響深度，寬度為以應力擴散角向下擴散至地基沉降計算深度為止，對于先建后采的建筑物，從開采礦物底板到地面各巖層的移動與變形都對建筑物有影響，其平面范圍視建筑物在地表移動盆地的位置不同而不同。對于先采后建的建筑物，則建筑物的地基范圍在深度上則較非采動影響區(qū)的同類建筑物的地基深度深，但較先建后采的建筑物的地基深度卻要淺的多。

（2）建筑物的地基變形組成不同。一般建筑物，地基變形主要是沉降，基本上是地基土受建筑物荷載壓縮和固結(jié)所致；而采空區(qū)上建筑物地基，其沉降變形除地基土本身的壓縮和固結(jié)變形外，還會受采空區(qū)巖、土層的變形和移動制約，除垂直方向的下沉外、還有由于非建筑荷載作用而產(chǎn)生的地基土扭曲。

（3）地基中應力狀態(tài)不同。一般建筑物會在原自重應力場中形成因其重量產(chǎn)生的附加應力；而采空區(qū)上建筑物除其自重引起的附加應力外，還存在由于采礦引起的附加應力。

（4）建筑物地基沉降穩(wěn)定所需的時間不同。一般建筑物地基沉降穩(wěn)定的時間為地基土的壓縮和固結(jié)所需要的時間；而采空區(qū)上的建筑物，地基穩(wěn)定時間還受到地表殘余沉陷所需的時間制約。

1.2 采煤沉陷區(qū)建筑物地基的承載能力

采煤沉陷區(qū)建筑地基除受建筑物自身荷載產(chǎn)生的附加應力場外，還受到地表殘余移動變形引起的附加應力場影響。建議采用地基的臨塑荷載作為地基承載力的特征值，其計算公式為：

（2-1）

式中： 為地基的臨塑荷載，kPa；

為基礎埋深范圍內(nèi)土層的重力密度，kN/m3；

為基礎埋深，m；

為基礎底面下土的粘聚力，kPa；

為基礎底面下土的內(nèi)摩擦角，°；

、 為地基承載力系數(shù)，可以查表確定（林在貫等.巖土工程手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1994年）。

鑒于地表的殘余移動變形仍然可能達到較大水平且采煤沉陷區(qū)地基條件比較復雜，建議在預計的地表殘余移動變形破壞等級超過Ⅰ級的采煤沉陷區(qū)域，進一步加大其地基承載力設計標準值，采用提高的地基承載力標準值，以確保建筑物的安全：

（2-2）

式中， 為地基承載力特征值，kPa；

為按臨塑荷載計算的基地承載力標準值，kPa；

為地基承載力提高系數(shù)，對基礎設有鋼筋混凝土圈梁的建筑物可按表2-1選用（表中L為建筑物獨立單元長度，H為建筑物基礎底面至檐口的高度）。

表2-1 采煤沉陷區(qū)地基承載力提高系數(shù)

地基土的類型 值

礫砂、粗砂、中砂1.201.50

細砂、粉砂、砂質(zhì)粉土1.501.80

粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、粘土1.401.75

1.3 采煤沉陷區(qū)建筑物地基的允許變形量

地基土層承受上部建筑物的荷載，必然會產(chǎn)生變形，從而引起建筑物基礎沉降。當場地土質(zhì)堅實時，地基的沉降較小，對工程正常使用影響?。坏舻鼗鶠檐浫跬翆忧液癖〔痪?，或地基下方隱伏有老采空區(qū)破碎巖體而受到建筑物附加荷載擾動失穩(wěn)時，地基將發(fā)生嚴重的沉降和不均勻下沉，其結(jié)果將影響建筑物的正常、安全的使用。因此，在采煤沉陷區(qū)上興建建筑物，在地基承載力和變形兩個條件中，滿足地基變形條件也是十分重要的。

為防止因地基變形或不均勻沉降造成建筑物的開裂與損壞，必須對地基變形特別是不均勻下沉加以控制，要求地基的變形值Δ應滿足：

（2-3）

式中， 為地基允許沉降與變形值，根據(jù)建筑物的結(jié)構特點、使用條件和地基土的類別確定。不同建筑物地基的允許變形值，我國建筑部發(fā)布的《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）給出了明確的規(guī)定。

三、結(jié)語

采動影響區(qū)擬建建筑物的處理措施包括采空區(qū)治理、地基基礎處理與設計及建筑物的建筑、結(jié)構抗采動影響設計。該場地對應的地下采空區(qū)尚未完全、充分垮落，擬建工程屬于先建后采類工程建設活動，為確保擬建建筑物的功能可靠、結(jié)構安全，建議應對上述部分房屋對應的采空區(qū)進行注漿治理，同時建筑物的設計應采取一定的抗采動影響措施。

參考文獻

[1]常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊-4版.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]中華人民共和國建設部.GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50011-2010建筑抗震設計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，2010.