浅谈采空区上部建筑物的设计

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摘要：结合《建筑抗震设计规范》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》、《混凝土结构设计规范》，通过某一综合楼，探讨采空区上部建筑结构设计，以积累特殊场地建筑物的设计经验，从而设计出安全、经济、合理的建筑。 

关键词：采空区建筑物设计方法结构处理措施  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  中图分类号：td229文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）  鲁中奇石文化中心位于北埠市场商业区，地上四层，地下一层，钢筋混凝土框架结构，长156米，宽40米，标准层高4.8米，建筑高度19.65米，7度抗震设防，设计地震加速度值0.10g，建筑场地类别ⅱ类，框架抗震等级二级。  本工程位于北埠煤矿采空区影响范围内，地处丘陵区，属丘陵地貌，厂区经人工改造后地势较平坦，地表被第四系坡洪积物覆盖。根据工程地质资料，地层自上至下为：第四系、侏罗系、上二迭系、下二迭系及石炭系。  1 采空区特征参数计算及设计处理  1.1 采深采厚比  计算公式：n=h/m  式中n为采深采厚比值，h为采煤顶板深度，m为采煤总厚度，m=2.2米。  该场地：h=270米。  经计算得：n=123  由以上计算知采深采厚比（n）远大于30，根据规范可知，当采深采厚比远大于30时，地面一般不会出现大的裂缝和塌陷，只能出现连续有规律的地表移动和变形。  1.2 采空区移动过程的持续时间  按公式t总=7+2×h/c计算，  式中：t总——总移动时间（月）;  h——煤层顶板埋深（米）  c——开采面推进进度（米/月）  厂区内h=270米，c=30米/月。  计算得：t总=25个月。因北埠煤矿在该地段最后停采时间为2001年，至今已超过120个月，因此目前为止该场地地表移动已基本进入稳定期。  1.3地表残余沉降预计  根据地质资料，采空区主要影响半径为80~100米。该场地处于北埠煤矿2层煤采空区范围及2、4、7层煤综合采空岩石移动影响范围边界之内，在移动盆地未形成之前，尚有剩余变量存在。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，地表变形值根据我国煤矿实际情况可按下列方法计算：  典型指数法  负指数函数法  概率积分法  根据北埠煤矿的实际情况，按概率积分法对地表有可能的移动和变形进行预计。  2 采空区上部建筑物荷载影响深度的确定  为了避免建筑物荷载影响范围在采空区影响范围内，还应确定建筑物的上部荷载影响深度，其影响深度按《建筑地基基础设计规范》的规定计算。  2.1 土中自重应力的计算  pc=∑γihi  式中 γi——标高以上第i层土的容重，kn/m3；  hi——标高以上第i层土的厚度，m  2.2 土中附加应力的计算  pz=αcp0 (p0=p-γ0d)  式中 αc——附加应力系数（按规范查表）；  p0——基底平均附加应力，kn/m2；  p——基底平均压力，kn/m2；  d——基础埋深，m  一般来说，当地基中附加应力等于相应位置处自重应力的20%时，即可以认为附加应力对该深度以下地基的影响可忽略不计。  3 采空区上部建筑物地基的处理措施  地基土要求均匀一致，承载力不宜太高，对于承载力过高的坚硬岩石，基础底面下置换500mm厚的砂垫层。当地基土承载力差异较大时，应设置变形缝使其成为各自独立的单体，条件允许时，可通过加强建筑物的强度和刚度实施。  回填土地基要密实处理，可采用分层压实和整层夯实的方法，压实系数为0.93~0.97。  4 采空区上部建筑物的设计处理措施  从以上分析，我们可以得出本场区范围内，采空区的覆盖层能够在长时间范围内保持稳定，也就是上部建筑物的地基是稳定的，这时采空区对上部建筑的影响可以忽略不计。但实际上，采空区的地基是复杂的，也可能在建筑物的使用过程中遭受其他不利因素的影响，如地震、采空区内地下水的逐年疏干，致使原有的覆盖层遭受破坏，引起新一轮的沉降变形。所以说建筑物仍存在较多的安全隐患，必须在设计时采取一定的措施。  根据设计实践和经验，采空区上部建筑物的结构处理措施有以下几种：  建筑物的长轴应平行于地表下沉等值线。  建筑物体型力求简单，以矩形为宜，避免立面高低起伏，  必要时设变形缝。  （3）3层及以上建筑物单体长度以20~30米为宜，严格控制建筑物的长高比，过长时设置变形缝分开。  （4）严格控制建筑物的层数和高度，并对建筑物的使用要求提出限制。  （5）框架结构采用完全现浇，不宜采用装配式结构。  （6）加强上部结构的整体刚度，特别要加强基础的整体刚度，采用筏基、箱基、柱下条基等整体性好，刚度大，性能较强的基础形式，禁止使用桩基础。  （7）在设计允许的范围内尽量浅埋基础，采用覆土少，自重轻的基础，以减少建筑物的荷载影响深度。  （8）尽可能减少上部建筑物的自重，如采用轻型砌块，框架结构采用轻质隔墙，以减少建筑物的荷载影响深度  （9）尽可能考虑上部结构做成静定体系。  （10）室内地坪做法宜在砂垫层上铺设砖、预制混凝土块或钢丝网混凝土板等。  5 结语  近年来，煤矿采空区上部建筑物出现质量事故的例子屡见不鲜，根据资料表明，这类问题大多数是由于在建筑物的设计阶段对地基的活性估计不足，轻视了采空区对上部建筑物的影响。鲁中奇石文化中心的设计实践证明，虽然采空区对上部建筑物的影响很大，但是只要在工程设计、施工及使用过程中分别采取切实可行的措施，采空区对地基的活化影响是可以消除的，这类事故也是可以避免的。当然，以上叙述是针对鲁中奇石文化中心的采空区覆盖层提出的，而实际上采空区的情况十分复杂，必须在设计之初对采空区进行可靠的稳定性评价，对地基的活性有了充分的认识后，再采取切实可行的设计方法。