郭軻軼 張洋洋

（中煤科工生態(tài)環(huán)境科技有限公司，天津 300450）

小煤窯采空區(qū)具有采深淺、隱蔽性強(qiáng)、開采無規(guī)律、缺乏采掘信息等特點(diǎn)[1]，而且小煤窯大多采用巷道式或房柱式開采，留有大量的煤柱，這種采空區(qū)早期不易形成下沉盆地，大多數(shù)情況下初期地表變形并不明顯，但隨著時(shí)間的推移，在煤柱失穩(wěn)后，地表又重新產(chǎn)生新的移動(dòng)變形。小煤窯采空區(qū)存在發(fā)生突然且劇烈變形并對(duì)其上方的建筑物造成嚴(yán)重破壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在小煤窯上方建造建筑物時(shí)，必須對(duì)小煤窯采空區(qū)進(jìn)行處理，特別是大型建筑物，為保證建筑物的安全性、使用性、耐久性等方面的要求，應(yīng)采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施[2]。

本文以山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司寺河二號(hào)井新征場地采空區(qū)地基評(píng)價(jià)與抗變形設(shè)計(jì)的工程為實(shí)例，研究小煤窯采空區(qū)上方建設(shè)大型建筑物地基注漿處理與建筑物的安全防護(hù)技術(shù)。

1 工程概況

山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司寺河二號(hào)井新征場地位于該礦礦區(qū)內(nèi)部西南片區(qū)，規(guī)劃建設(shè) 1#大型公寓樓、2#大型公寓樓、大型聯(lián)合建筑、大型辦公樓，項(xiàng)目區(qū)占地面積約0.064 km2，總建筑面積約62000 m2，具體情況如圖1。該區(qū)域地勢平坦，地面標(biāo)高約+788 m，由厚13～34 m 的第四系黃土廣泛覆蓋。

圖1 擬建建筑物位置圖

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要開采山西組3#煤層。3#煤層厚約6.0 m，平均采深約85 m，開采時(shí)間多為90年代末期，采煤方式為倉房式開采，煤層開采不規(guī)律，殘留較多煤柱，頂板冒落不充分，地表變形不明顯，形成大量采空區(qū)。通過鉆探和物探勘測，3#煤層上覆地層已出現(xiàn)明顯的冒落、裂縫等現(xiàn)象，根據(jù)鉆孔揭露，冒落裂縫帶高度在3#煤層上方約20～30 m。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，未見大的地質(zhì)構(gòu)造，覆巖由中砂巖、泥巖、細(xì)砂巖等組成。

2 地基處理與地表變形預(yù)計(jì)

2.1 地基注漿處理工程

1）鉆探工程

此次注漿治理工程共設(shè)計(jì)帷幕孔52 個(gè)，內(nèi)部注漿孔117 個(gè)，共計(jì)169 孔。鉆孔采用Φ130 mm開孔，進(jìn)入穩(wěn)定基巖以下3.0 m 后，下Φ110 mm套管，然后用Φ89 mm 鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至煤層底板1 m 處終孔。該項(xiàng)目實(shí)際施工鉆孔162 個(gè)，總進(jìn)尺14 416.48 m。

2）注漿工程

該注漿治理工程漿液配比采用：水固比（水:水泥和粉煤灰混合體）1:1，固相比（水泥:粉煤灰）2:8～4:6。其中水泥用礦渣硅酸鹽水泥32.5#，粉煤灰用Ⅱ級(jí)灰，使用建筑用石子、石沙作為填充骨料。此外，注漿施工時(shí)還用了一定量的速凝劑（水玻璃），模數(shù)為2.4～3.4，濃度為30～45 °Be′。

選用的注漿工藝為靜注，施工順序按照先帷幕后內(nèi)部注漿孔的注漿順序進(jìn)行，在遇到掉鉆的鉆孔注漿時(shí)，投入一定的碎石骨料，采用邊注漿邊投放的方法[3]。當(dāng)孔口注漿壓力達(dá)到1.0～1.2 MPa，流量在50～70 L/min，穩(wěn)定10～15 min 時(shí)，認(rèn)為該孔的注漿結(jié)束。該區(qū)域總的注漿量為91 179.5 m3，其中帷幕孔注漿量為31 235.2 m3，內(nèi)部注漿孔注漿量為59 944.3 m3。

通過采空區(qū)注漿處理工程，基本上完成了對(duì)地下暗空?qǐng)龅奶畛?，確保了該區(qū)域不會(huì)發(fā)生因煤柱失穩(wěn)產(chǎn)生突然性劇烈變形。

2.2 地表沉陷變形預(yù)計(jì)

通過注漿充填了采空區(qū)空洞，但隨著混合漿液的固結(jié)和脫水，填充體的體積縮小，使填充體不能完全填滿整個(gè)采空區(qū)空洞，采空區(qū)地表在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍會(huì)出現(xiàn)一定的殘余沉陷變形，這將對(duì)該區(qū)域新建的建（構(gòu)）筑物施工造成一定影響，特別是在建設(shè)大型建筑時(shí)，仍需考慮注漿處理后地表殘余下沉變形的影響[4]。

該項(xiàng)目地表變形預(yù)計(jì)采用的方法為概率積分法[5]，選取的參數(shù)見表1。

表1 開采沉陷技術(shù)參數(shù)選取

經(jīng)測算，項(xiàng)目區(qū)地表下沉最大值118 mm，傾斜變形最大值1.9 mm/m，水平變形最大值-1.6 mm/m。工程區(qū)域?qū)⒃冖窦?jí)沉陷變形影響范圍內(nèi)，新建建筑物仍需采取必要的安全技術(shù)措施。計(jì)算了場地內(nèi)各建筑物的地表最大變形值，見表2。

3 安全技術(shù)措施

3.1 安全監(jiān)測技術(shù)措施

針對(duì)該項(xiàng)目建筑物為大型建筑物的特點(diǎn)，主要監(jiān)測建筑物的移動(dòng)變形，其目的是為了了解新建建筑物的沉陷變形情況，為建筑物的變形調(diào)整和維修提供必要的依據(jù)[6]。

1）測點(diǎn)的布設(shè)

移動(dòng)變形監(jiān)測采取相對(duì)觀測方式，即對(duì)相對(duì)下沉的地表和地基進(jìn)行重點(diǎn)觀測，對(duì)地表水平移動(dòng)的變形數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)建筑物的傾斜變形進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)項(xiàng)目區(qū)場地內(nèi)的各建筑物單獨(dú)設(shè)置觀測系統(tǒng)。

布設(shè)觀測點(diǎn)的方法是：首先將4 個(gè)地表測點(diǎn)均勻地布設(shè)在建筑物基座的四周位置，一般沿東西南北走向，從建筑物基座到地表測點(diǎn)一般有3～5 m 的距離；二是設(shè)置了4 個(gè)基礎(chǔ)測點(diǎn)，分別在地表點(diǎn)位對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行測量；三是在建筑物上部結(jié)構(gòu)上布置4 對(duì)傾斜觀測點(diǎn)，與地表測點(diǎn)和基礎(chǔ)測點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)。圖2 所示為觀測點(diǎn)布設(shè)示意圖。

2）觀測方法及精度要求[7]

利用精密水準(zhǔn)儀對(duì)地表測點(diǎn)和基礎(chǔ)測點(diǎn)的相對(duì)下沉值進(jìn)行定期觀測，并根據(jù)各測點(diǎn)的相對(duì)下沉值，計(jì)算出地表傾斜變形值和基礎(chǔ)傾斜變形值，根據(jù)各測點(diǎn)的相對(duì)下沉值，對(duì)各測點(diǎn)和基礎(chǔ)傾斜變形值進(jìn)行綜合觀測。水準(zhǔn)觀測精度要求不得低于三等水準(zhǔn)。

各建筑物傾斜變形觀測采用不低于兩個(gè)測回并取其平均值的正倒鏡進(jìn)行觀測，觀測建筑物傾斜變形值采用2″以上的精密經(jīng)緯儀和鋼尺。根據(jù)建筑物上下對(duì)應(yīng)測點(diǎn)的水平位移值，以及建筑物的高度等因素，得出建筑物傾斜變形值。

水準(zhǔn)觀測與傾斜變形觀測，在下沉穩(wěn)定之前，每個(gè)月觀測一次。

3.2 抗變形技術(shù)措施

抗變形技術(shù)措施主要由剛性措施和柔性措施組成[8-9]。其中，剛性措施主要是為了抵抗地表變形而增加建筑物的整體剛性，柔性措施主要是為了增強(qiáng)建筑物的吸收變形能力，如增加變形縫、設(shè)置滑動(dòng)層、開挖緩沖溝等。該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)建筑物都屬于大型建筑物，根據(jù)其建筑型式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取的抗變形措施如下：

1）建筑基礎(chǔ)采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。根據(jù)計(jì)算，大型公寓樓基礎(chǔ)筏板厚度為1000 mm，大型聯(lián)合建筑基礎(chǔ)筏板厚度為1100 mm，大型寫字樓基礎(chǔ)筏板厚度為1000 mm。

2）大型公寓樓設(shè)有地下室，在基礎(chǔ)和地下室外側(cè)刷1 道瀝青；大型聯(lián)合建筑及大型辦公樓在基礎(chǔ)的C15 混凝土墊層上鋪設(shè)兩層油氈。

3）對(duì)建筑物的一些結(jié)構(gòu)梁和柱增大其剛度，適當(dāng)增加其配筋量[10]。

4）所有管道支座做成鉸支座，地面敷設(shè)，并增加柔性接頭。

目前，四棟大型建筑物都已建設(shè)完成并投入使用，所有建筑物均沒有出現(xiàn)任何破壞。

4 結(jié)語

結(jié)合山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河二號(hào)井新征場地建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)該區(qū)域的采空區(qū)特性進(jìn)行分析研究，對(duì)場地地基進(jìn)行了注漿處理、工后場地地表變形預(yù)計(jì)，提出了建筑物的抗變形措施和安全保護(hù)技術(shù)措施，保證了建筑工程的順利實(shí)施，為同類工程提供一定的參考依據(jù)。