石棉礦采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性分析與評價(jià)

王 偉

遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連 116029

石棉礦的開采產(chǎn)生了大面積采空區(qū)，因此采空區(qū)的建筑地基穩(wěn)定性評價(jià)成為至關(guān)重要的課題。

大連金州石棉礦位于金州新區(qū)東部，東經(jīng)121°40′～121°50′，北緯約38°14′，開采長度沿走向?yàn)?000m，沿傾向采深為-450m，地表影響帶寬度500m，采空區(qū)影響面積2km2。

1 地質(zhì)背景

大連金州石棉礦處于遼東古隆起的南翼，基底為古老的太古界鞍山群變質(zhì)巖系，基底之上為晚元古界震旦系和古生界地層。礦區(qū)主要出露震旦系中統(tǒng)地層，震旦系中統(tǒng)的長嶺子組、南關(guān)嶺組、甘井子組和營城子組，從礦區(qū)的西南向東北方向逐次展示，呈單斜狀構(gòu)造，平均傾角60°，第四系中更新統(tǒng)下段、上更新統(tǒng)下段及全新統(tǒng)下段的松散沉積物覆蓋于基巖之上。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 工程概況描述

某小區(qū)1#樓建設(shè)場地位于原金州石棉礦1#斜井采空區(qū)，地上6層，地下半層。地基下部有條北東方向的探礦巷道，存在不良地質(zhì)作用，對1#樓的建設(shè)存在一定的影響。

2.2 工程勘察

為了查明采空區(qū)范圍、地層分布、巖體完整程度等情況，在1#樓布置2個(gè)鉆孔，查明地層分布如下：

1）雜填土（Q4ml）；

2）上部為含碎石粉質(zhì)粘土，下部為碎石（Q3dl-pl）；

3）輝綠巖侵入體（βμ）；

4）白云質(zhì)灰?guī)r（Z2g）：包括蛇紋石化白云質(zhì)灰?guī)r，石棉礦層，條帶狀白云質(zhì)灰?guī)r，破碎狀白云質(zhì)灰?guī)r，硅質(zhì)白云巖等。

γ C φ frk（MPa）Es（104MPa） （MPa）巖石名稱 （kN/m3） （°）輝綠巖 27～29 29～98 5 6～10 25白云質(zhì)灰?guī)r 26 25～70 5 6 25

3 地基穩(wěn)定性評價(jià)

1#樓西南角坐落在采空區(qū)深部邊緣上，考慮礦柱的情況下，不需計(jì)算地表變型參數(shù)。采空區(qū)礦柱面積比率為30%左右，礦柱強(qiáng)度為10300kN/m2，輝綠巖體抗壓強(qiáng)度54.60MPa，在建筑荷載較小的情況下，坑道上覆巖體不易產(chǎn)生剪切破壞。1#樓地基下部的北東方向探礦巷道，位于60m以上，為評價(jià)上覆巖體穩(wěn)定性，巷道頂板壓力Q與深度H的關(guān)系式如下[1]：

式中： 2a為巷道寬度，取2a=4.00m。計(jì)算頂板巖層自然平衡的臨界深度H0，用H與H0的關(guān)系來評價(jià)巷道頂板的穩(wěn)定性，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)H＜H0時(shí)，地基不穩(wěn)定；當(dāng)H0＜H＜1.5H0時(shí)，地基穩(wěn)定性差；當(dāng)H＞1.5H0時(shí)，地基穩(wěn)定。通過計(jì)算得臨界深度H0=21.00m，已知頂板至地面H=36.50m，36.5/21=1.74，地基穩(wěn)定。通過布置的兩個(gè)鉆孔鉆探證明，蛇紋石化白云質(zhì)灰?guī)r較堅(jiān)硬完整，坑道未被充填，頂板未坍塌變形，進(jìn)一步證明該采空區(qū)深部邊緣對1#樓地基無影響。但考慮到其西南角存在采空區(qū)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)剛度，以增加建筑物的整體性。

4 采空區(qū)基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

4.1 地基基礎(chǔ)

采空區(qū)地表的最大工程地質(zhì)問題是地基移動變形。對于建筑物地基的均勻下沉，可以事先預(yù)留沉降標(biāo)高。對于不均勻下沉，超過建筑物承受限度時(shí)，會產(chǎn)生建筑物變形，必須進(jìn)行地基變形驗(yàn)算，并對基礎(chǔ)采取相應(yīng)措施。在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取多種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，以安全第一為原則。

在有可能產(chǎn)生連續(xù)變形且數(shù)值小或不變形地段，盡量利用表層巖土工程性能好的堅(jiān)硬天然地基，同時(shí)應(yīng)提高基礎(chǔ)剛度，增強(qiáng)其整體性。

4.2 采空區(qū)地表建筑的工程措施

采空區(qū)上部的建筑造型力求簡單，控制長高比；應(yīng)避免將內(nèi)外縱墻中斷、轉(zhuǎn)折，應(yīng)增強(qiáng)建筑整體剛度，減小橫墻的間距。應(yīng)設(shè)置伸縮縫；控制相鄰建筑物的間距等。

4.3 采空區(qū)建筑的結(jié)構(gòu)措施

盡量減小墻體重量，選用輕型結(jié)構(gòu)，設(shè)置圈梁，增強(qiáng)建筑物剛度和強(qiáng)度，合理布置縱橫墻；同時(shí)應(yīng)增強(qiáng)基礎(chǔ)剛度、強(qiáng)度，減小基底附加應(yīng)力等。重要建筑物應(yīng)考慮將抗震設(shè)防烈度提高一度來采取抗震措施。

5 結(jié)論

本文結(jié)合工程實(shí)例，提出采空區(qū)地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些建議，應(yīng)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，來源可靠，理論依據(jù)充分，基本滿足評價(jià)采空區(qū)地基穩(wěn)定性的要求，達(dá)到了預(yù)期目的。

[1]《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]朱元武，劉春香，賀金強(qiáng).采空區(qū)場地高層建筑地基穩(wěn)定性評價(jià)[J].工業(yè)建筑，2009，39：738-740.