淺談采空區(qū)上部建筑物的設(shè)計

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摘要：結(jié)合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》、《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，通過某一綜合樓，探討采空區(qū)上部建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，以積累特殊場地建筑物的設(shè)計經(jīng)驗，從而設(shè)計出安全、經(jīng)濟、合理的建筑。 

關(guān)鍵詞：采空區(qū)建筑物設(shè)計方法結(jié)構(gòu)處理措施  abstract: combining with norms of seismic design of building, building foundation design specifications, the norms of the arrangement of buildings, waters, railways and major coal pillar and coal mining regulations, design specification of concrete structures, and taking the example of a multiple building, the paper discusses the building structure design of goaf upper to accumulate the building design experience of special sites, so as to design a safe, economical and reasonable building.  key words: goaf; building; design method; structural processing measure  中圖分類號：td229文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：2095-2104（2012）  魯中奇石文化中心位于北埠市場商業(yè)區(qū)，地上四層，地下一層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，長156米，寬40米，標(biāo)準(zhǔn)層高4.8米，建筑高度19.65米，7度抗震設(shè)防，設(shè)計地震加速度值0.10g，建筑場地類別ⅱ類，框架抗震等級二級。  本工程位于北埠煤礦采空區(qū)影響范圍內(nèi)，地處丘陵區(qū)，屬丘陵地貌，廠區(qū)經(jīng)人工改造后地勢較平坦，地表被第四系坡洪積物覆蓋。根據(jù)工程地質(zhì)資料，地層自上至下為：第四系、侏羅系、上二迭系、下二迭系及石炭系。  1 采空區(qū)特征參數(shù)計算及設(shè)計處理  1.1 采深采厚比  計算公式：n=h/m  式中n為采深采厚比值，h為采煤頂板深度，m為采煤總厚度，m=2.2米。  該場地：h=270米。  經(jīng)計算得：n=123  由以上計算知采深采厚比（n）遠(yuǎn)大于30，根據(jù)規(guī)范可知，當(dāng)采深采厚比遠(yuǎn)大于30時，地面一般不會出現(xiàn)大的裂縫和塌陷，只能出現(xiàn)連續(xù)有規(guī)律的地表移動和變形。  1.2 采空區(qū)移動過程的持續(xù)時間  按公式t總=7+2×h/c計算，  式中：t總——總移動時間（月）;  h——煤層頂板埋深（米）  c——開采面推進(jìn)進(jìn)度（米/月）  廠區(qū)內(nèi)h=270米，c=30米/月。  計算得：t總=25個月。因北埠煤礦在該地段最后停采時間為2001年，至今已超過120個月，因此目前為止該場地地表移動已基本進(jìn)入穩(wěn)定期。  1.3地表殘余沉降預(yù)計  根據(jù)地質(zhì)資料，采空區(qū)主要影響半徑為80~100米。該場地處于北埠煤礦2層煤采空區(qū)范圍及2、4、7層煤綜合采空巖石移動影響范圍邊界之內(nèi)，在移動盆地未形成之前，尚有剩余變量存在。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，地表變形值根據(jù)我國煤礦實際情況可按下列方法計算：  典型指數(shù)法  負(fù)指數(shù)函數(shù)法  概率積分法  根據(jù)北埠煤礦的實際情況，按概率積分法對地表有可能的移動和變形進(jìn)行預(yù)計。  2 采空區(qū)上部建筑物荷載影響深度的確定  為了避免建筑物荷載影響范圍在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，還應(yīng)確定建筑物的上部荷載影響深度，其影響深度按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定計算。  2.1 土中自重應(yīng)力的計算  pc=∑γihi  式中 γi——標(biāo)高以上第i層土的容重，kn/m3；  hi——標(biāo)高以上第i層土的厚度，m  2.2 土中附加應(yīng)力的計算  pz=αcp0 (p0=p-γ0d)  式中 αc——附加應(yīng)力系數(shù)（按規(guī)范查表）；  p0——基底平均附加應(yīng)力，kn/m2；  p——基底平均壓力，kn/m2；  d——基礎(chǔ)埋深，m  一般來說，當(dāng)?shù)鼗懈郊討?yīng)力等于相應(yīng)位置處自重應(yīng)力的20%時，即可以認(rèn)為附加應(yīng)力對該深度以下地基的影響可忽略不計。  3 采空區(qū)上部建筑物地基的處理措施  地基土要求均勻一致，承載力不宜太高，對于承載力過高的堅硬巖石，基礎(chǔ)底面下置換500mm厚的砂墊層。當(dāng)?shù)鼗脸休d力差異較大時，應(yīng)設(shè)置變形縫使其成為各自獨立的單體，條件允許時，可通過加強建筑物的強度和剛度實施。  回填土地基要密實處理，可采用分層壓實和整層夯實的方法，壓實系數(shù)為0.93~0.97。  4 采空區(qū)上部建筑物的設(shè)計處理措施  從以上分析，我們可以得出本場區(qū)范圍內(nèi)，采空區(qū)的覆蓋層能夠在長時間范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，也就是上部建筑物的地基是穩(wěn)定的，這時采空區(qū)對上部建筑的影響可以忽略不計。但實際上，采空區(qū)的地基是復(fù)雜的，也可能在建筑物的使用過程中遭受其他不利因素的影響，如地震、采空區(qū)內(nèi)地下水的逐年疏干，致使原有的覆蓋層遭受破壞，引起新一輪的沉降變形。所以說建筑物仍存在較多的安全隱患，必須在設(shè)計時采取一定的措施。  根據(jù)設(shè)計實踐和經(jīng)驗，采空區(qū)上部建筑物的結(jié)構(gòu)處理措施有以下幾種：  建筑物的長軸應(yīng)平行于地表下沉等值線。  建筑物體型力求簡單，以矩形為宜，避免立面高低起伏，  必要時設(shè)變形縫。  （3）3層及以上建筑物單體長度以20~30米為宜，嚴(yán)格控制建筑物的長高比，過長時設(shè)置變形縫分開。  （4）嚴(yán)格控制建筑物的層數(shù)和高度，并對建筑物的使用要求提出限制。  （5）框架結(jié)構(gòu)采用完全現(xiàn)澆，不宜采用裝配式結(jié)構(gòu)。  （6）加強上部結(jié)構(gòu)的整體剛度，特別要加強基礎(chǔ)的整體剛度，采用筏基、箱基、柱下條基等整體性好，剛度大，性能較強的基礎(chǔ)形式，禁止使用樁基礎(chǔ)。  （7）在設(shè)計允許的范圍內(nèi)盡量淺埋基礎(chǔ)，采用覆土少，自重輕的基礎(chǔ)，以減少建筑物的荷載影響深度。  （8）盡可能減少上部建筑物的自重，如采用輕型砌塊，框架結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)隔墻，以減少建筑物的荷載影響深度  （9）盡可能考慮上部結(jié)構(gòu)做成靜定體系。  （10）室內(nèi)地坪做法宜在砂墊層上鋪設(shè)磚、預(yù)制混凝土塊或鋼絲網(wǎng)混凝土板等。  5 結(jié)語  近年來，煤礦采空區(qū)上部建筑物出現(xiàn)質(zhì)量事故的例子屢見不鮮，根據(jù)資料表明，這類問題大多數(shù)是由于在建筑物的設(shè)計階段對地基的活性估計不足，輕視了采空區(qū)對上部建筑物的影響。魯中奇石文化中心的設(shè)計實踐證明，雖然采空區(qū)對上部建筑物的影響很大，但是只要在工程設(shè)計、施工及使用過程中分別采取切實可行的措施，采空區(qū)對地基的活化影響是可以消除的，這類事故也是可以避免的。當(dāng)然，以上敘述是針對魯中奇石文化中心的采空區(qū)覆蓋層提出的，而實際上采空區(qū)的情況十分復(fù)雜，必須在設(shè)計之初對采空區(qū)進(jìn)行可靠的穩(wěn)定性評價，對地基的活性有了充分的認(rèn)識后，再采取切實可行的設(shè)計方法。