老采区新城镇建设地基稳定性评价

2019-09-09崔毅斌周小雨

城市建设理论研究（电子版） 2019年8期

崔毅斌周小雨

河南省煤田地质局物探测量队河南郑州 450009

一、工程概况

评价区位于安阳市铜冶镇，规划建设11层住宅楼。评价区位于白莲坡煤矿矿区范围内，本区域下方及附近白莲坡煤矿曾开采过二1煤层，采厚0.97～5.46m，平均3.03m，煤层倾角8～10°，采深60～170m，开采时间为2009年以前，集中在上世纪80～90年代，短壁后退式炮采，全部垮落法管理顶板。

二、稳定性分析

图1 地表下沉盆地示意图

在煤层开采后，采空区域上方会形成垮落破碎带，反应在地表上为出现一个比开采区范围大的下沉盆地，如图1所示。一般情况下用下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等指标来描述地表移动和变形。下沉盆地内地表移动过程可分为三个时期，第一时期为初始期（从地表下沉值达到10mm时起，到下沉速度低于50mm/月止）、第二时期为活跃期（下沉速度高于50mm/月（急倾斜煤层下沉速度高于30mm/月）的一段时间）、第三时期为衰退期（从活跃期结束时开始，到六个月内下沉值低于30mm为止）。

依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（煤炭科学研究总院、中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会），地表移动延续时间（T）可根据T＝2.5H0（单位：天）计算，H0-工作面平均采深（m）。

拟建场地附近对拟建场地有影响的采空区的最大采深为170m，依据上式计算，地表移动的延续时间约425天，即1.16年，拟建场地附近的采空区最晚开采时间为2008年，因此，附近的采空区已基本稳定。

三、地表残余沉陷变形预计计算

根据拟建项目区即铜冶镇地区的地质条件及白寨煤矿煤层开采情况等，参考白寨矿区的地表移动参数，选取参数见下表：

此次变形预计计算采用概率积分法预计程序和等值线绘制程序进行计算，对可能产生的地表残余沉陷变形进行了预计计算，此次计算结果为：预计地表下沉为20～310mm，南北方向的倾斜变形为-2mm/m～2mm/m，南北方向水平变形-0.5mm/m～1.5mm/m，东西方向的倾斜变形为-3mm/m～4.5mm/m，东西方向水平变形为-1.5mm/m～3mm/m，拟建项目区域均受到采空区残余沉陷变形影响。

四、地基稳定性评价

1、垮落断裂带高度计算

煤层开采的厚度、煤层开采倾角及开采尺寸、以及覆岩岩性和顶板管理方法等为老采空区垮落断裂带发育高度的影响因素，参照《三下采煤规范》，拟建工程区为中硬岩层，采用的计算公式如下：

其中，∑M指的是分层开采煤层累计采厚，单位为m。

评价区下方开采了二1煤层，采厚0.97～5.46m，按照采厚6.0m计算，评价区垮落断裂带的理论计算最高发育高度为51.1m。

2、建筑物荷载影响深度计算

采空区上建设新的建筑物会使原有地基土的应力发生变化从而造成老采空区上方建筑物地基变形。新建建筑物荷载的影响深度深与建筑物荷载大小息息相关，荷载越大影响深度就越大。针对下方有高压缩性土、采空区垮落断裂带等不稳定因素存在时，也就是本次计算所采用的计算方法，即取新建建筑在某深度所产生的附加应力小于该深度地基自重应力10%时，此时的深度即为本次计算所得的荷载影响深度（H影）。

根据岩土勘察相关钻孔资料，新建项目区上层覆盖土厚度平均为8.0m，计算容重取20kN/m3，根据此次勘察钻孔化验资料，表土层以下的基岩计算容重取25kN/m3，地下水位以下取浮容重。

地基附加应力的计算公式为：σZ=kP0，其中：k表示各种荷载下的竖向附加应力系数；P0指的是作用于基础底面平均附加压力，单位为kN/m2。

基础底面平均附加压力的计算公式为P0= P - r0D，其中：P指的是建筑物基础底面处竖向均布荷载，单位为kN/m2；而r0则表示为基础底面标高以上天然土层的容重；D为基础埋深，单位为m。

老采空区上方规划建设住宅楼，住宅楼设计长约60m，宽13m。考虑到今后新建住宅楼将设置变形缝，建筑物按长30m、宽15m为例进行计算，基底埋深4.5m，单层建筑面积荷载为18kN/m2，拟建层数考虑为2～11层。经计算，2～11层楼房的建筑荷载影响深度分别为12.5m、15.5m、17.5m、19.5m、21.5m、23.5m、24.5m、25.5m、26.5m、27.5m。

3、采空区地基稳定性评价

煤层开采完成后形成的采空区存在不稳定状态，其采空区的稳定性主要由垮落断裂带高度与建筑荷载影响深度之和与煤层开采的最小采深的大小有关，当满足垮落断裂带高度值（H裂）+建筑荷载影响深度值（H影）＜最小采深值（H临）此种情况，即H裂+H影＜H临时，可以确定新增加建筑物的荷载不会影响采空区垮落断裂带的重新移动，使处于相对稳定的状态（图2）。