張振宇，劉健康

（中煤西安設計工程有限責任公司，西安 710054）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟體制改革力度的加大和科學技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代化高產(chǎn)、高效的大型礦井不斷建成投產(chǎn)，引進及國產(chǎn)的大型高效新型設備，在現(xiàn)代化礦井的生產(chǎn)中得到廣泛應用。近期建成的大型煤礦原煤產(chǎn)量達到10～15Mt/a，選用的液壓支架質量一般在40t/架左右，最大為50t/架【1】。隨著采煤量快速增加，選用的液壓支架趨向大型和重型方向發(fā)展。所以，綜采設備庫地面承受的荷載也越來越重。另外，目前對于重載地面的設計，只局限于圖集19J305《重載地面、軌道等特殊樓地面》【2】的選用，但該圖集僅適用于荷載標準值≤200kPa 且均布堆載的地面，對于非均布堆載且荷載等級特重的地面缺乏相關的設計要求【3】。因此，本文結合某綜采設備庫地面設計實例進行相應的總結，以供類似工程參考。

2 計算模型

礦井綜采設備庫承擔著綜采設備的臨時堆存和日常維護等功能，所以，其地面設計時，要考慮液壓支架進出車、搬運、裝卸等各種工況。本文選取煤炭科學研究總院太原研究院研發(fā)的WC80EJ 支架搬運車，牽引車采用WC25EJ 鏟板式支架搬運車，工況為液壓支架搬運（滿載）。車輛荷載的技術指標規(guī)定見表1。

表1 車輛荷載的主要技術指標

3 計算與分析

3.1 計算數(shù)據(jù)

前、中輪接地面積A1=0.06m2；后輪接地面積A2=0.516m2；

根據(jù) GB 50037—2013《建筑地面設計規(guī)范》【4】（以下簡稱《規(guī)范》）中公式C.2.3，分別計算單個荷載的當量圓半徑：

地面混凝土選用C30，查《規(guī)范》表C.1.4 得到混凝土設計指標：

抗拉強度 ft=1.43N/mm2；彈性模量 Ec=3.0×104N/mm2；

地面壓實填土類別為濕度正常的砂土（N>30），查《規(guī)范》表C.1.5 和表C.1.6 得到：

地基的變形模量E0=40N/mm2；

綜合剛度系數(shù) β=2.49×10-3mm-1。

3.2 臨界荷位區(qū)按承載能力極限狀態(tài)計算地面厚度

3.2.1 荷載基本組合設計值

根據(jù)《規(guī)范》中公式C.2.6-1 計算單個荷載基本組合設計值：

S1=S2=S3=S4=122.64kN；S5=S6=880.32kN。

3.2.2 按臨界荷位分別計算地面厚度

選取結構重要性系數(shù)γ0=1.0，荷載區(qū)域系數(shù)kc=2.0，根據(jù)《規(guī)范》中公式C.3.1 得到地面混凝土厚度：

h1=h2=h3=h4=130.8mm；h5=h6=251.3mm。

3.2.3 確定臨界荷位區(qū)

根據(jù)《規(guī)范》中公式C.1.7 確定最大混凝土地面相對剛度半徑：

根據(jù)《規(guī)范》中公式C.2.8 確定最大荷載區(qū)域半徑：

式中，rj為計算中心荷載支承面的當量圓形計算半徑，mm。

已知，R35=5 500mm，R45=6 628mm，R15=8 020mm（R35、R45、R15為單個荷載之間的距離），同時，Romax＜R35，Romax＜R45，因此，第三、四荷載均不在臨界荷位區(qū)內，暫定板厚h=251.3mm，且S5為最不利荷載。

3.3 按正常使用極限狀態(tài)驗算抗裂度

根據(jù)《規(guī)范》中公式C.2.6-2 計算荷載短期組合的設計值：SS=628.8kN；

由《規(guī)范》中公式C.3.2 得到滿足抗裂度要求時，混凝土地面的厚度：

因此，抗裂度驗算不滿足要求，混凝土地面厚度按正常使用極限狀態(tài)時的抗裂要求進行控制，即不小于283.2mm。

3.4 按組合等效荷載作用計算地面厚度

3.4.1 考慮相鄰荷載之間的影響

選定S5為最不利荷載的計算中心，根據(jù)荷位區(qū)半徑解出：

由此可見，S1、S2不在荷位區(qū)內，無需參與計算組合等效荷載。

3.4.2 確定單個等效荷載和荷載影響角

根據(jù)《規(guī)范》中公式 C.2.4-1 計算 S3、S4、S6的等效荷載：

根據(jù)《規(guī)范》中公式C.2.10-1 計算荷載影響角：

3.4.3 換算到多個荷載計算中心的組合等效荷載

由《規(guī)范》中公式C.2.4-2 計算組合等效荷載S5s：S5s=880.32×（1+0.464 5）=1 289.2kN。

3.4.4 將組合等效荷載S5s分別代入《規(guī)范》中公式C.3.1 和公式C.3.2 中，求出地面厚度

臨界荷位區(qū)按承載能力極限狀態(tài)計算所得地面混凝土厚度：

臨界荷位區(qū)按正常使用極限狀態(tài)進行抗裂度驗算，由荷載基本組合和荷載短期組合之間的關系可知：

3.4.5 抗沖切驗算

由于 rj/L=405/753.5=0.537＞0.2，根據(jù)《規(guī)范》C.3.3 款，可不進行抗沖切驗算。

由以上的計算結果 h5、h5f、hs、hsf比較，取最不利值 hsf作為混凝土地面的厚度，即350mm。

4 地面接縫設計

礦井綜采設備庫地面應在縱橫向設置縮縫?？s縫是為防止混凝土地面在水化過程中或氣溫降低時產(chǎn)生不規(guī)則裂縫而設置的。實踐證明，縮縫的構造形式和間距大小對地面板的承載能力影響很大，間距過大或未分縫的混凝土地面，多有不規(guī)則的收縮裂縫。根據(jù)19J305《重載地面、軌道等特殊樓地面》，鋼筋混凝土地面縱向縮縫的間距在3.0~6.0m 范圍內選用，橫向縮縫的間距在6~12m 范圍內選用。

縱向縮縫采用平頭縫和企口縫，對于目前地面設計中廣泛應用的等厚板設計方案而言，不僅改善了邊角受力性能，而且施工方便。但實踐經(jīng)驗表明，企口縫的工作性能不好，易在陰企口上沿發(fā)生剪切斷裂損壞，對于承受重載的鋼筋混凝土地面，企口縫有明顯的缺點【5】，因此，本文推薦縱向縮縫采用設拉桿的平頭縫形式，上部應鋸切槽口，深度宜為30~40mm，寬度宜為3~8mm，槽內應灌塞填縫料，其構造如圖1a 所示。拉桿應采用螺紋鋼筋，設在板厚中央，并應對拉桿中部100mm 范圍內進行防銹處理。

橫向縮縫是假縫，其構造為上部有縫，下不貫通，目的是引導收縮裂縫集中于該處，斷面下部晚些時間也可能開裂，但呈鋸齒形且彼此緊貼，既可使承載力與縱向縮縫相當，又可避免邊角起翹。橫向縮縫頂部槽口深度宜為地面厚度的1/5~1/4，槽口寬度應根據(jù)施工條件、填縫料性能等因素而定，寬度宜為3~8mm，槽內應填塞填縫料，以防垃圾進入，其構造如圖1b所示。

圖1 縱橫向縮縫構造

5 結語

礦井綜采設備庫地面厚度，應根據(jù)液壓支架搬運車的荷載、混凝土強度等級和壓實填土地基變形模量，按照《規(guī)范》附錄C 進行計算確定。本文依據(jù)煤炭科學研究總院太原研究院提供的支架搬運車的樣本，壓實填土地基采用砂土墊層（N>30），按照滿載和空載工況，并將混凝土強度分為C20、C25、C30 3 種等級，逐一計算，將結果列于表2，以供設計人員參考。

表2 綜采設備庫混凝土地面厚度