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动态地表沉陷变形对施工期建筑物的影响 第六图书馆 施工期抗采动砖混建筑物的强度和刚度均达不到设计值,在动态地表沉陷变形作用下会过早产生破坏,本文分析了地基荷载变化、构件 强度与养护期的关系,不同施工阶段的结构刚度、地表下沉速度的影响,给出了可受采动影响的临界养护期,易受采动危险性施工阶段 和允许的采动变形值。施工期抗采动砖混建筑物的强度和刚度均达不到设计值,在动态地表沉陷变形作用下会过早产生破坏,本文分 析了地基荷载变化、构件强度与养护期的关系,不同施工阶段的结构刚度、地表下沉速度的影响,给出了可受采动影响的临界养护期 ,易受采动危险性施工阶段和允许的采动变形值。地表变形 地表沉陷 施工期 建筑物 动态影响矿山测量唐志新煤炭科学 研究总院唐山分院1999第六图书馆 唐 志新 煤 炭 辞 学研 究 总院唐 山分院 一 摘 要施工 期抗 采 曲砖 混 建 筑物 的 强度 和 刚度 均 连 W -- 列设 计值 ． 在动 态地 表沉 皓 变 升 j 作 用 下 鲁 过早 产 生破坏 t 本文舟 折 了地基 荷栽 变化 、 构件 强度 与养 护期 的关 系， 不 同施工 除段 的结构 刚度 、 地 袁 下沉 遣度 的 影响 一 给 出 T可受柬 动影 响 的临界 养护期 ， 易 受束 曲破坷 的危 险期 施 工 除 和 兜许 的 秉 动 变 惠地表 沉 变 抗 采 建筑 枷施 阶艘柬 7 关 键 词 动 惠地表 沉陷 变 开 j 抗 采动 建筑 枷 施 工 阶艘 柬 曲 罩 j 响 ⋯／ 近 2 0年 来 ． 抗 采 动 建 筑 物 得到 了广 泛 的应 用 ， 抗 采 动建 筑 技术 为建 筑物的 压煤 开 采及 其 保 护 开创 了 一条 新途 径 ． 大 量的 抗采 动 建 筑 物 在 许 多 矿 区建 起 ， 然 而 在建 筑物 的施 工 过程 中 ， 常 会遇 到 地表 正 在 下沉 变 形 ， 有时 甚至是 处 于地 表下 沉 活跃 朝 ， 此时 进 行 建 筑施 工 ． 不仅 会 影响 建筑 物 的施 工 质量 ， 也会 降 低 建筑 物 的抗采动 能 力 。 处于 最终 稳定 盆 地外边 缘上 的 建筑 物 的 动 态变 形 ． 只是逐 渐 增 大 ． 没 有 性 质 上 的变 化 ， 最 终 增 大 至 稳 定值 。 而 盆地 内边缘 的建 筑物 所受 的动态 变 形 ， 不 仅 是 数 量的 变化 ， 而 是拉 仲 的压缩 、 正和 负曲率 交 替 变化 的过 程 车 文将探 讨处 于这 种 位置 上 正 在施 工 的建 筑 物受 采 动 影 响及 其 保 护 问题 ， 综 采 放 顶 煤 的 走 向长 壁 冒落 开 采 条 件 下 的 建 筑 施 工 车 文 暂 不 探 讨 。 I 建 筑地 基的荷 载转 移 采 动沉 陷前 ， 建 筑 物 基础 与地 基 保持 紧 密接 触 ， 建 筑 荷 载均 匀分 布 在地 基 上 ， 随 着 回采 工 作 面 向建 筑物 的推 进 ， 地 表沉 陷盆 地逐 渐 扩大 到建 筑 物 处 ， 靠 近 回采 工作 面 一侧 的建 筑 地 基逐 渐 开 始 下 沉 ， 下 沉 量和 范 围也 在 逐 渐 变大 ， 伴 随着 不 均 匀沉 降 量 的发 生 ， 在 发 生沉 降的 部位 会 出现 基 础 与地 基 接 触 不 紧 密 ． 甚 至脱 开 的现 象 ． 并 随着 沉 降 范 围 的 扩 大 而 扩 太 。 当 沉降 范围 扩大至 整 建筑 物时 ， 建 筑物 基 础 与 地基 的 相互作 用 状态 取礁 于此 处 下沉 曲 面形 态 和建 筑 物 的刚度 建筑 物依 据下 沉曲 面的 变形而 变 形 ． 基 础 会 出 现悬 空 和 切 入地 基 的现 象 ． 建 筑 荷 载 出现 不 均 匀的 重分 布 ， 严重 时 会发 生 局部 超 载和 破 坏 的现 象 。 2 施 工 期建 筑物的 强度和 刚 度 这 些 年来 ． 已完成 的抗 采 动建 筑 物 ， 大 多 数是 砖 2 混 结构 ． 其承 重构 件 主要是 砖墙和 钢筋 砼构 件 ． 因此 分 析一 下砖 墙 和砼 构 件的 养护 期及 其 强 度 状况是 十 分 必要 的 在 一般 条 件下 ， 气温 在 5 C以上 ， 2 4小 时 内砼 即 可 达 到终 凝 ， 在最 初 的几 天 内． 水化 产 物增 加 迅 速 ． 砼 强度 增加 很快 ． 经过 长 时 间的水 化后 ， 水 化 产物 增 加 速度 减慢 ， 砼 强度 增加 也逐 渐变 缓 。在正 常的 养护 条 件 下 ， 砼 的 强度 随龄 朝 的增 加 而增 大 ， 在 最 初 的 7 ～ 1 4天 内强 度 增 加很 快 ， 2 8天 以 后 增 加 缓 慢 ， 图 I 为 正常 养护 条 件下 砼 的强度 与 龄朝 的关 系 曲线 。对 于 中低 强度 普通 硅酸盐 砼在 达到 标准 强度 之 前 ． 7天 时 的强 度约 为 2 8天 的标准 强度 的 5 5 ～7 5 。 赫醇 [ d 母 1硅 疆 度 盅 晨 与 龄 靶 的 是 禾 实 测 资料 和 理 论 研 究证 明 ， 采 动 沉 陷 过 程中 的 动 态变 形约 占稳 定后变 形值 的 3 0 8 0 ， 因此 ， 假 定 设 计 中所 用 砼 的 强 度 恰 好 能承 受 稳 定时 的 地 表 变 形 ， 那 幺 ， 在 砼浇 筑 7天后 即 可承 受 沉 陷盆地 上 的动 态 变形 。 砖 砌墙 的养 护期 主要 对砖缝 中的 灰浆 而 言 ， 抗 采 动 建 筑物 通 常 用 混台 砂 蒙 水泥 和 白 灰 ， 其龄 朝 可参 考砼 的龄 期 ， 因此 也可 把 一周 7天 定 为 可 受 采动 影响 的临 界期 。 施 工 期建 筑 物 的 强 度 可 依 据 其 龄 期 的 强 度 变 化 ， 初步确 定能 承受 的动 态变 形 的临界期 为 7天 而 施 工期 建筑 物 的刚 度则 与建 筑 物所 处 的施 工 阶段 有 荔 钎 、 ， 么 一筑 Ⅲ 、 一 轴 竺 盼 望 掳 ＼ 。 一 刍一埘霸出 维普资讯 第六图书馆 第 2靳 唐 志 断 曲 态 地 表 沉 陷 变 开 j 对 袍 工 期 建 筑 枷 的 罩 j 响 关 。对 于单 层建 筑 物 ， 在基 础 已完 成 ． 砖 墙 砌 至檐 口 或 檐 口圈 粱未 浇 筑 之前 大 部分 建 筑 荷载 正 加 至 基 础 和雇 圈粱 上 ， 在 地表 正 曲率 变形 作 用 下 ， 建 筑 物上 部 将产 生 上 口大 、 下口小 的张 开性 裂 缝 ， 而 在 檐 口 圈 粱 浇筑 7天后 ， 建筑 物 的整体 刚度 将会 明显提 高 。另 外 ， 倾 斜 值 较 大 时 ． 砖 墙 也 会 倾 倒 ． 此 时是 施 工 阶段 受 采 动 变 形的 危 险 期 ， 而 对 于两 层 “ 上的 砖 混 建 筑 物 ， 其 危 睑期也 是 在首层 中间圈 粱浇 筑 之前 。 3 动 态沉 陷 变形对 施工 期建 筑物 的 影响 当 回采 工 作 面 从建 筑 物 下 方 通 过 时 ， 建 筑 物 所 受 的动 态 沉 陷变 形 可 分 为 三个 阶 段 a ． 以 正 曲 率和 拉 伸变 形影 响为 主 还 有逐 渐增 大 的 倾斜 变形 ； b r 下 沉 速 度较 大 阶 段 的 动 态最 大 倾 斜 变 形 g c ， 以 负 曲率 和压缩 变形 为 主 ， 还有 逐渐 变 小的 倾斜 变形 由于 水 平 滑动 屡 吸 收 地表 水平 变 形效 果 很好 ． 在 此 只 丹 析 曲率和 博斜 变 形 的影 响 下面 将建 筑物 的 施工 期 也 分三 十 阶段进 行分 析 3 1基础 施工 阶段 抗 采 动 砖 混 建筑 物 的 基 础 多 采 用 条 形 毛 石 基 础 ， 其 顶 面为 钢筋 砼 圈粱 ， 毛石 基础 整体 刚 度较 低 易 开 裂 ， 在上 部 砖砌 墙 未 砌 之 前 ， 只 是 其 本 身 自重 荷 载 ， 动态 沉 陷变形 不 会使 其产 生 严重 破 坏 ， 中度 开 裂 对其承 载 力也不 会产 生较 大影 响 。因此 ， 在 通常 情况 下 ， 在采 动沉 陷 变形 的活跃期 ， 仍 可开 挖 基槽 并进 行 基 础 藏 工 。 3 ． 2首层 中 问 圈 粱或 单层 房 屋 的檐 口圈 粱 浇 筑 之 前酐 段 a 动 态 正曲率 的影 响及 允许 值 此时 砖 墙 砌 至 设计 高 度 ， 正 要 浇 筑 首 层 中 间 圈 粱或 单屡 房 屋 的檐 口圈梁 建筑 物的 上部 结构 似 没 有封 口的 “ 松 散砌 体 ” ． 抵 抗 采 动变 形的 能 力 最差 ， 主 要 是正 曲率 变 形会 使 砖 墙 上 口开 裂 ． 遭 是 施 工 阶 段 易受 采 动破 坏 的 危 险期 ， 此 时应 限制 地 表 曲率 变 形 值 不能 大 于 昔 通 砖石 结 构 建 筑舸 的 允许 值 ， 即 K 0 21 0 ／ m 。 根 据 枣 庄 、 峰 峰 、 鹤 壁 等 矿 区的 实测 资料 ， 动 志 曲率 最 大值仅 占其静态 值 的 1 1 ～6 0 ， 利用 煤矿 地 表 移动 基本 规 律 计算 出 的动 态 曲率最 大 值 是 其 静 态值 的 1 5 6 5 ， 该 值 是随 推进速 度 的增 大而 减 小 ， 因此 ， 当回采工 面 从施 工期 建 筑物 下 方推 过 时 ． 所 产 生 的正 曲率 变 形可 估 算为 0 ． 6 5 K ， K 为 盆 地边 缘静 志 曲率 最大 值 所 以施 工 中的建 筑物 允许 的动 态地 表 正曲 率值 为 O ． 2 1 0 _ ” ／ m≥0 ． 6 5 K 。 b动态 倾斜 的影 响及 允 许 值 在 动 态 正 曲率 变 形 推 过 之后 ． 动 态 倾 斜 的 最 大 值 即料 到 来 ． 地 表 倾斜 能 使建 筑 物重 心 发生 偏斜 ， 引 起 地基 反 力重 新 分 布 ， 严 重 时会 使 建 菹 物 倾 斜 至 于 倒塌 。 作 为 一般 砖 混结 构 的 民用建筑 ． 取其 砖墙 厚 度 为 2 4 c m． 层高 为 3 m， 经 计算 该 砖 墙 不产 生 I 嗄倒 的 允许 倾 斜值 可 定为 4 0 mm／ r a 动 态 倾 斜 最大 值 与 静 态最 大 值 之 比约 为 0 2 ～ 0 8 5 ． 推 进速 度 快 ， 动态 下沉 盐地 变 缓 ． 该 比值 变 小 。 倾 斜与 采厚 成 正 比 ， 与 采深 成 反 比， 在 每次 采厚 小于 3 m 来 源 大于 1 0 0 n x的 条件 下 ， 施 工期 建筑 物 的 砖墙 不会产 生倾 覆 。 c 动 态 负曲率 的影 响 在动 态倾 斜 最 大 值 出现 之 后 ， 随 着逐 渐 产 生 负 曲率 变 形 。在 此施 工 阶段 ． 同样 大 小的 曲率 变 形 值 ． 负曲 率对 建 筑物 的影 响 小于 正 曲率的 影 响 ， 因此 ， 只 要能 承 受 该 开 采 条 件 下 的正 曲率 变 形 ， 也 就 能承 受 同样 数值 的 负 曲率 变形 。 3 ． 3首 层 中 闻匿 粱 或 单 屡房 屋 的檐 口盈 桑 浇 筑 之 后 阶段 如 前 所 述 ， 在 砼 圈 梁 浇 筑 后 2 4小 时 砼 终 凝 ， 7 天后 达 到 设计 强 度 的 5 5 ～ 7 5 ， 施 工 至此 阶 段 建 筑 物 的强 度 和剐 度 得 明显提 高 。况且 随 建 筑高 度 的 增 加 和 时间 的 延 长 ． 建 筑物 的强 度 和 副 度 也 在 不 断 提 高 这 时可 根据 建 筑物 的 藏 工高 度和 龄 期怙 算 建 筑 物 的 强度 和剐 度 ， 进 而 反 求允 许 的 更 大 的动 态 变 形 值 。 4 地 表下 沉 速 度对建 筑物 的影 响 地 表 下沉 速度 是 地表 沉陷 变形 活 跃 程度 的重 要 指标 。然 而 ， 在 建 筑物 的 长宽 尺寸 范 围 内 t 均 匀而 快 速的 地 表 下 沉 对建 筑物 不 会 产 生 破 坏 ； 若 单 位长 度 上 的 下 沉 速 度差 是 相 同的 ， 对建 筑 舸 也只 是 产 生 顺 斜 变 形 ； 单 位 长度 上 的下 沉 建度 差 数值 相 同 - 符 号 相 反 或数 值不 等 时 ． 地 表 料会 产生 动 态 的曲 率变 形 - 至 使建筑 舸 产生 变形 甚 至破 坏 。 s结论 a处 于动 态 地表 沉 陷盆 地 上 的建 筑 舸 ， 地基 上 的 建筑 荷载 将 发生 新 的不 均匀 丹布 ， 严 重时 会 使 建 维普资讯 第六图书馆 j ‘2 期 1 9 9 9年5 q 矿 山利 量 M I NE SURVEY i NG N O． 2 M av1999 经 纬仪 三维观测 p 参 文 l 9 - 甩 酬 ， - q 伫 关 键 词 高 点 疆 {雁 滑 蠕 岩 体 预 报往 年； 三 堆 观 测 、 的盲 殍 言 嚣 釜 譬 在 山区地形下， 矿 山的尾矿坝岸堤的高边坡 受 具有合适精度的 日常连续位移监测方法 ， 即可预测 水的 浸蚀 作 用或 雨季 的影 响 以及 自身 的风 化作 用和 倾覆 舟矩 怍 用 ． 有 时 会 发生 大的 岩 体 倾 覆 或 滑 塌 现 象 ； 在 露天 矿 的高 边坡 中 ， 有 时也 会发 生边坡 的 自然 崩 塌现 象 ； 在 大 多位 于 山区采 用 空 场 采 矿 法 的 金 属 矿 山 中 ， 对 许 多矿 体 开 采 后 形戚 的 采 空 区来 怍 任 何 处理 ， 有 的矿 山还 需 要 在 较 大的 地 下 空 区局 围 进 行 采 矿工 作 ． 空 医 上覆 岩 层的 稳定 状 况 及 可 能 会 发 生 的 突然 塌 陷事 故 ， 给地 上 、 下的 构建 筑 物及 人 员带 来 安 全隐 患 。上述 现象 的共 同特 征有 ． a ． 会 对 财产 和人 身安全 造成 很 大 的危 害 ； b ． 一 旦 发生 ， 即 为 突发性 的 和不 可抗 拒 的 c ． 发 生 塌 陷 现象 的发 展 过程 不 是 突 变 的 ． 是 可 以 通过 科 学 的 监 测 手 段 ， 对 过 程 进 行 跟 踪 ， 对现 象可 能发 生的 时间和 范 围进行 预报 。 岩 体 滑塌 的过 程是 一 十 岩体 在外 界 自然 力 如 水 的浸 蚀 、 风化 、 倾覆 力矩 或 人 为的 工程 等 因 素的 怍 用 下 ， 自身结 构 发 生 离 层 、 分 离到 突 发 性 滑 塌 的过 程 。 和预 报 出滑塌 范 围和时 间 而 在 位移 监 测 中 ， 普遍 采 用 的 较 为 可 靠 的 常 规 监测 方 法是 在 欲监 测滑 塌体 上 建立 位 移动 态 观 测 点 线 ， 使 用光 学 测量 仪器 如 水准 仪 、 经 纬仪 对 滑塌 体 进 行三 维 监 测。 在山 区地 形情 况 下对 易 发生 突发 性 滑 塌 的 岩体 进 行 位 移监 测 有 两 个 突 出 的特 点 ① 在 山 区地形 ， 三 角高程 测 量方 法是 优先 要考 虑 的方法 。而 三 角高 程测 量 中 的高 程 确 定 ， 是 以 观测 站 对 观 测 点 之 间 距 离 为基 础 进 行计 算 的 ， 这 个距 离 是 随 着 滑 塌 体 的 三 维运 动 不 断改 变 的 ， 其 变 化 已直 接 影 响 科 监 测精 度 和水 平 位移的 确 定。当所测 量的 垂直 角从 1 o 。 到 2 5 。 变 化 时 ， 对垂 直 位移 的计 算 影响 已达 到 测 站到 测 点 之 间的 距 离 变化 的 l 7 ， 2 ～4 6 6 ％ ， 需 要 经常 修 正 观 测站与 各观 测 点之 间 的距 离来 保 证沉 降观 测 的 精 度 ； 对 滑 塌 体 的 观 测 是 在 精 塌 体 可 能 发 生 突 发性 滑 塌 情 况 下 进行 的 。 因此 ． 人 员 不 能 刊 观 测 物发 生破 坏 。 b施工 中的砖 混结 构 建筑 物 ， 相 对 于 某一 高 度 或 阶段 而 言 ， 可 把 7天 定为 可 受 采 动 影 响 的 临 界 龄 期 。 c 抗 采 动砖 混建 筑物 施 工 中 ， 砖 墙 砌 至首 层 中 间 圈粱 或 单层房 屋 培 口圈粱 ， 圈粱 浇筑 之前 ， 此 阶段 是 易 受 采动 破 坏 的危 险 期 ， 所 允 许 的 动态 变 形 最 大 值 分 别 是 曲 率 K 一0 ． 2 1 0 叫／ m≥ 0 ． 6 5 K ， K 为 盆地 边 缘 静 态 曲率 最 大值 ， 倾 斜 小于 4 0 mr n ／ m 及 相 应的术 平变 形值 。 d在 首层 中 间圈 粱或 单 层 房 屋 的话 口 圈粱 浇 筑 7天 之后 ， 此 阶段 建 筑物 的 强 窿和 刚度 得 到 明显 提高 ， 可 根 据 建 筑 物的 施工 高 度 和龄 期 估 算建 筑 物 的强 度 和 刚度 ， 进 而 反求 允 许 的 更 大 的 动 态地 表 变 形 值 。 e均 匀而 快速 的 地 表 下 沉 对 建筑 物 不 会 产 生 破 坏 ， 单 位长 度 上 的 下沉 速 度 差 不 等 引起 动 态 的 地 表 曲率 变形 ； 相 同时也 只产 生 倾斜 变形 ． 较 大 的曲 率 变形 易使 建筑 物产 生破 坏 。 参考文献 [ 1 ] 罔晖酱． 崔蛙竞等． 建筑粕下 采堞 北审 煤寰工业出监 社l 9B 3 [ 2 ] 蔡正球著． 混最土性抱 北审 中田建 筑工正 出粗社 出 监 ．1 98 2 1 0 [ 3 ] 喑 尔演工业太学等璃 建茸材料． 北京 中晖建筑工业 出 版 社 ．1 9 8 6 牧 稿 日期 l g9 9年 4 目 2 0 日 维普资讯 第六图书馆