石棉矿采空区建筑地基稳定性分析与评价

王 伟

辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连 116029

石棉矿的开采产生了大面积采空区，因此采空区的建筑地基稳定性评价成为至关重要的课题。

大连金州石棉矿位于金州新区东部，东经121°40′～121°50′，北纬约38°14′，开采长度沿走向为4000m，沿倾向采深为-450m，地表影响带宽度500m，采空区影响面积2km2。

1 地质背景

大连金州石棉矿处于辽东古隆起的南翼，基底为古老的太古界鞍山群变质岩系，基底之上为晚元古界震旦系和古生界地层。矿区主要出露震旦系中统地层，震旦系中统的长岭子组、南关岭组、甘井子组和营城子组，从矿区的西南向东北方向逐次展示，呈单斜状构造，平均倾角60°，第四系中更新统下段、上更新统下段及全新统下段的松散沉积物覆盖于基岩之上。

2 工程地质条件

2.1 工程概况描述

某小区1#楼建设场地位于原金州石棉矿1#斜井采空区，地上6层，地下半层。地基下部有条北东方向的探矿巷道，存在不良地质作用，对1#楼的建设存在一定的影响。

2.2 工程勘察

为了查明采空区范围、地层分布、岩体完整程度等情况，在1#楼布置2个钻孔，查明地层分布如下：

1）杂填土（Q4ml）；

2）上部为含碎石粉质粘土，下部为碎石（Q3dl-pl）；

3）辉绿岩侵入体（βμ）；

4）白云质灰岩（Z2g）：包括蛇纹石化白云质灰岩，石棉矿层，条带状白云质灰岩，破碎状白云质灰岩，硅质白云岩等。

γ C φ frk（MPa）Es（104MPa） （MPa）岩石名称 （kN/m3） （°）辉绿岩 27～29 29～98 5 6～10 25白云质灰岩 26 25～70 5 6 25

3 地基稳定性评价

1#楼西南角坐落在采空区深部边缘上，考虑矿柱的情况下，不需计算地表变型参数。采空区矿柱面积比率为30%左右，矿柱强度为10300kN/m2，辉绿岩体抗压强度54.60MPa，在建筑荷载较小的情况下，坑道上覆岩体不易产生剪切破坏。1#楼地基下部的北东方向探矿巷道，位于60m以上，为评价上覆岩体稳定性，巷道顶板压力Q与深度H的关系式如下[1]：

式中： 2a为巷道宽度，取2a=4.00m。计算顶板岩层自然平衡的临界深度H0，用H与H0的关系来评价巷道顶板的稳定性，评价标准为：当H＜H0时，地基不稳定；当H0＜H＜1.5H0时，地基稳定性差；当H＞1.5H0时，地基稳定。通过计算得临界深度H0=21.00m，已知顶板至地面H=36.50m，36.5/21=1.74，地基稳定。通过布置的两个钻孔钻探证明，蛇纹石化白云质灰岩较坚硬完整，坑道未被充填，顶板未坍塌变形，进一步证明该采空区深部边缘对1#楼地基无影响。但考虑到其西南角存在采空区，在结构设计时，应加强上部结构刚度，以增加建筑物的整体性。

4 采空区基础与上部结构设计建议

4.1 地基基础

采空区地表的最大工程地质问题是地基移动变形。对于建筑物地基的均匀下沉，可以事先预留沉降标高。对于不均匀下沉，超过建筑物承受限度时，会产生建筑物变形，必须进行地基变形验算，并对基础采取相应措施。在进行基础设计时，应采取多种方案进行经济技术比较，以安全第一为原则。

在有可能产生连续变形且数值小或不变形地段，尽量利用表层岩土工程性能好的坚硬天然地基，同时应提高基础刚度，增强其整体性。

4.2 采空区地表建筑的工程措施

采空区上部的建筑造型力求简单，控制长高比；应避免将内外纵墙中断、转折，应增强建筑整体刚度，减小横墙的间距。应设置伸缩缝；控制相邻建筑物的间距等。

4.3 采空区建筑的结构措施

尽量减小墙体重量，选用轻型结构，设置圈梁，增强建筑物刚度和强度，合理布置纵横墙；同时应增强基础刚度、强度，减小基底附加应力等。重要建筑物应考虑将抗震设防烈度提高一度来采取抗震措施。

5 结论

本文结合工程实例，提出采空区地基基础与上部结构设计的一些建议，应用数据准确，来源可靠，理论依据充分，基本满足评价采空区地基稳定性的要求，达到了预期目的。

[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册.4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]朱元武，刘春香，贺金强.采空区场地高层建筑地基稳定性评价[J].工业建筑，2009，39：738-740.