老采空区土地建设工程实践

我国采煤塌陷区量大面广利用率低，目前为止我国保有采煤沉陷土地面积约1.50～2万km2，利用率不到30%，对社会环境造成比较严重的影响。而与此同时，资源型城市建设用地紧张，与采煤塌陷区土地废弃矛盾突出。如何安全合理有效地利用采煤塌陷区土地具有重要的社会和经济意义[1-5]。在此，以河南平顶山明珠世纪城开发工程为例，详细介绍老采煤塌陷区土地建筑开发利用技术与工程应用情况。

塌陷区土地建筑利用不仅利用了作为废弃地的塌陷区土地资源，改善了城市人居环境，而且提升了土地商业价值，对促进城市经济发展具有很好的推动作用[6-8]。

1 井下开采条件

河南明珠世纪城项目区，占地面积30万m2，拟建住宅楼。平煤集团在下方附近区域开采了己组煤，分三层开采，最大累计采厚5.1 m，煤层倾角5°～10°，最小开采深度120 m左右，钻探资料第四系盖层厚度一般50 m，开采时间为上世纪50—70年代，均采用长壁炮采、全陷法管理顶板，煤层顶板多为泥岩、砂泥岩、各类砂岩，覆岩岩性属于中硬结构。项目区下方开采情况如图1所示，项目区全部位于采煤塌陷区范围内。

2 残余沉陷变形

煤层开采后，上方地表在初始期、活跃期和衰退期这个移动时间区间内，沉陷已经发生了累计最终沉陷的95%以上。由于地层内裂缝压实或者上覆荷载影响，后续地表还将产生一定的残余沉陷变形，这可能对新建建筑物产生一定的损害影响。

图1 项目区下方采掘情况

地表残余沉陷变形可通过选取残余变形下沉系数，通常采用概率积分法进行计算，计算开采厚度可以按照煤层工作面采厚考虑。通常情况下，根据距离开采结束时间间隔长短，残余下沉系数可以简化见表1，其它参数与正常预计时所选用的参数基本相同。对部分开采( 条带开采、落跺式开采、房柱式开采等) 或开采时残留较多的煤柱时，应适当加大下沉系数。

表1自然沉降状态下地表残余下沉系数参考值开采结束时间/a及以上残余下沉系数

通过计算，项目区地表残余沉陷值达到30～260 mm，地表倾斜与水平变形均位于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中Ⅰ级范围内。

3 建筑地基稳定性评估

塌陷区新建建构筑物荷载将通过基础向下纵深传递，如果该建筑荷载附加应力影响深度波及到井下采空区上方垮落裂隙带的话，岩体间的空隙、裂缝以及离层空间等被压实，地表可能发生较大的残余沉陷变形。

正常条件下建筑荷载产生的附加应力等于相应深度处地基层的自重应力的20% 时，认为附加应力对该深度处地基产生的影响可忽略不计，采空区裂隙带上方时，一般应计算附加应力直至地基自重应力10% 位置处。如图2所示，当煤层开采深度等于荷载影响深度和裂缝带高度之和即H=Hz+Hli，则认为是处于临界稳定状态；当H>Hz+Hli，即为稳定状态，反之H

图2 塌陷区地基稳定性状态

项目区新建楼房按长30 m、宽15 m(常规尺寸)进行计算，标准层高按3 m考虑，基底埋深3 m，建筑物的荷载为18 kN/m2(系单层建筑面积荷载大小)，评价层数考虑7～13层，建筑物荷载最大影响深度为33 m，见表2。

表2新建建筑物荷载影响深度计算表层数7 9 11 13基底附加压力/(kN·m-2)34地基自重应力的10%基底下深度Z处附加应力σZ 2338........945影响深度/m

垮落裂隙带高度根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》[9]中推荐方法进行计算，最大累计采厚按照5.5 m，得到相应Hli=50 m，即裂隙带高度顶界面位于煤层顶板之上50 m。可以看出裂隙带高度(50 m)加上荷载影响深度(33 m)远小于煤层开采深度120 m，因此区域新建建筑物地基是稳定的，建筑荷载不会使采空区再次发生较大不均匀沉降。

4 建筑物抗变形技术

项目区地表后期将受到老采空区残余沉陷变形影响，采动影响程度为Ⅰ级，为了保护新建建筑物结构安全使用，按照Ⅱ 级采动影响进行抗变形设计。主要包括以下方面：

(1)严格限制楼层层数和高度，尽量避开残余沉陷集中区域，各单体体型应力求简单，单体长度一般不超过30 m，设置变形缝。

(2)基础应尽可能浅埋，在基础梁下设置水平滑动层，且同一单体水平滑动层应设置在同一标高上，同一单体的钢筋混凝土基础梁应成一闭合的箍，钢筋混凝土基础圈梁和联系梁的配筋按地表水平变形值校核计算。

文章来源：《中国土地》 网址: http://www.zgtdzz.cn/qikandaodu/2021/0305/480.html