煤層采空區住宅的勘察設計與樁施工分析

譚樹增

（江蘇煤炭地質勘探二隊，江蘇徐州 221006）

1 工程與勘察工作概況

1.1 工程概況

工程項目位于老采空區，由1～2層臨街商業輔樓、14棟16～18層住宅以及1層大底盤地下車庫組成，總建筑面積為16.3 萬m2。本次僅勘察3#、6#、11#、12#、13#、16#、17#房，主樓均含有一層地下車庫，結構形式以框架或剪力墻結構為主。勘察范圍如圖1所示。

圖1 勘察范圍

1.2 地質勘察

根據相關要求對場地地質進行勘察，勘察采用鉆探、重型動力觸探、標準貫入、波速試驗、土工試驗等多種手段相結合。根據勘察資料1層煤，深度為14.0～28.8 m，采煤厚為0.8～2.3 m；3層煤，深度25.1～44.5 mm，采煤厚度0.8～2.5 m；1層煤與3層煤地下水已充滿承壓水，水位與淺部潛水位基本一致；對擬建建筑物影響較大，開采不規范、垮落不密實、有空洞等，易造成地表發生非連續變形。17、20、21煤，深度為100～180 m（位于擬建場地以外約100 m），影響較小，可忽略。

2 采空區場地和地基評價分析

2.1 采空區場地評價

（1）適用性好。采空區塌陷斷裂帶密集，對擬建建筑工程影響較小；工程建設對采空區穩定性影響較小；施工中需要擬用一般工程防護措施，如建筑高度、結構措施等。（2）適用性一般。采空區塌陷斷裂帶基本密集，對擬建建筑工程影響較小；工程建設會影響采空區穩定性，可采取控制建筑高度、加強抗震設計結構、基樁處理等方案，減小采空區殘余變形對擬建工程的影響，需要進行采空區地基處理，處理難度大，成本低。（3）適用性較差。采空區塌陷不充分，存在地表不連續變形的可能性，對擬建工程的影響較大，需要對規劃建筑高度、加強抗震設計結構、強化基樁處理和地基處理等進行綜合設計，施工復雜難度大、成本較高。

擬建場地及附近基巖地質如圖2所示，擬建場地區域構造如圖3所示。

圖2 擬建場地及附近基巖地質

圖3 擬建場地區域構造

16#房有1煤巷道通過，5#、11#、12#、13#、16#、17#房有3煤巷道通過，對所在區域進行工程適宜性建設評價，可根據采空區相關穩定性、在建工程的相互影響因素、采取樁基礎技術措施的難易度、建筑造價等，對場地進行注漿處理，將探查與注漿相結合，保證地基和樁施工效果。

2.2 地基評價分析

該區域地質條件復雜，有分層開采的煤層采空區，目前工程建設趨于穩定，工程建設會加劇地面塌陷的風險，場地的工程建設適宜性差。對淺部采空區進行地基處理后，場地作為建設用地較為適宜。1、3煤采空區屬于淺層采空區，開采方法包括房柱式、非正規長壁法、穿巷式，大部分區域已基本密實，部分區域垮落不密實，仍殘留空洞，易發生變化，產生地表不連續變形。17、20、21煤采空區為中、深層采空區，開采方法均為長壁法，地表變形為連續變形。擬建場地剩余下沉量20～200 mm，剩余傾斜最大值20 mm/m，剩余最大水平變形量20 mm/m，剩余地表變形值較大，均勻性較差，應按照不均勻地基進行設防、設計。

3 采空區住宅地基施工分析

3.1 高層住宅主樓地基方案

高層住宅主樓為地上16～18層，地下1層與車庫以通道相連，基底標高基本一致，剪力墻結構，基底標高約26.65～27.25 m，位于含砂姜黏土。地基基礎方案包括淺基礎、樁基礎兩種，具體需要根據實際情況進行選擇。該建筑場地為“適宜性差”地段，需進行地基特殊處理、抗變形措施，依據建筑抗變形措施及要求，結合采空區沉降變形、殘余變形的情況，對1、3煤采空區均進行注漿處理。設計時應綜合造價及工期各方面因素，選取較為合理的方案。兩種地基基礎方案比較如表1所示。

表1 兩種地基基礎方案比較

3.2 基樁施工分析

（1）注漿工藝參數。不同地區煤層開采方法存在差異性，頂底板巖石性質不同，會導致采空區充填條件、殘余孔隙存在不同，會造成不同采空地區使用的治理基樁施工技術、注漿材料配比存在差異。對采空區進行大規模注漿處理前，應進行區域注漿試驗，以確保采空區的安全，以達到最佳的處理效果，確定注漿方法、漿料比等施工參數。

（2）注漿施工工藝。根據勘察和現場數據分析，本工程煤層采空區位于地下水位以下，存在充水情形，難以判斷采空區水流動和流向。應根據相關采空區注漿工藝經驗，對注漿材料和配合比進行設計，以保障漿液填充采空區的空隙。注漿施工配比分析如表2所示。

表2 注漿施工配比分析

3.3 樁基施工對周邊環境的影響分析

該住宅項目以農田、菜地和空地為主，附近以居民區為主，樁基施工會影響周邊環境。為了保證基坑的順利開挖、基礎施工過程中基坑的穩定性、安全性，可對擬建基坑進行專門的支護和降水方案設計。基坑支護設計應進行相應的計算工作，如基坑安全性、抗滲流穩定性、相應的變形驗算等。除此之外，施工時應做好監測工作，及時發現施工中存在的問題，并采取針對性采取措施，避免影響后期施工建設質量與效率。

3.4 基樁檢測

注漿施工后，需要對注漿的效果進行質量檢測，可采用綜合物探、鉆探和地表變形監測相結合的方法對住宅小區注漿處置工程質量進行檢測。

針對煤層可能存在空化區域、未填充實區域，重點檢測其基樁注漿質量。檢測得到結果后，采空區區域注漿后地基穩定性增強，表明該地基處置工程效果較好，滿足施工相關要求，再進行后續施工操作。

4 結語

研究采空區場地穩定性評價的方法較多，在實際的工作中，由于場地與擬建建筑條件不同，在勘察設計中需要對具體采空區場地和地基施工進行深入探究，施工過程中對影響采空區穩定性的因素進行預測分析。在采空區住宅施工過程中，應采取相應基樁處理措施，加強地基剛度。同時，應考慮基樁的防腐措施，采取必要的措施進行解決，以增強建筑物安全性、穩定性。