黄佑洪

(贵州省煤矿设计研究院)

地下开采沉陷稳定区民房地基稳定性研究

黄佑洪

(贵州省煤矿设计研究院)

通过对地下开采沉陷稳定区民房稳定性影响因素的分析，提出了采用软硬基础结构地基建设民房的方法，研究了软硬基础结构地基的原理、力学特性及施工工艺，与普通沟槽结构民房进行对比分析，应用效果十分显著，在一定程度上解决了沉陷稳定区民房容易开裂的问题，具有较好的社会效益和经济效益，对同类区域民房建设具有一定的参考意义。

开采沉降区 软硬基础 稳定性

我国矿产资源较为丰富，以煤为主，其次为磷、铁、铝土等，大多为地下开采，带动国家经济发展的同时也带来了很多安全隐患，地下开采破坏了岩体原有力学平衡，使上覆岩层变形和破坏，导致地表民房不同程度开裂和破坏[1-2]，村民人身财产安全受到严重威胁。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定，针对矿区内的建(构)筑物必须搬迁后才能进行采掘工作，否则必须留设保安煤柱，同时，为防止重复压煤，又不影响居民的生产生活，可尽量利用已经稳定的沉陷区作为搬迁地址新建建(构)筑物，但是沉陷区的稳定是相对的，仍有不同程度的移动和变形。因此，本文从地下开采沉陷稳定区新建民房地基稳定性进行研究，采用软硬基础相结合的特殊地基结构建设民房，即使地表有少量下沉，也不致使新建的房屋开裂和破坏，保证居民及房屋安全。

1 地下开采对地面建筑物的影响

地下开采对地表的影响分为2类:一类是移动，包括下沉和水平移动；另一类是变形，包括倾斜、曲率变化、水平变形、剪应变和扭曲。一般来讲，当建筑物地表出现均匀下沉时，建筑物中不会产生附加力，因而建筑物本身不会损坏。而倾斜则不同，地面建筑物随地表倾斜而倾斜，由于倾斜造成建筑物重心偏移，既影响建筑物的稳定性，又使建筑物内部产生附加应力，同时导致建筑物基础的承重力重新分布。倾斜对底面积小而高大的杆状建筑物，如烟囱、水塔、电杆和高压线塔的影响特别明显。建筑物的底面越小，高度越高，则相同倾斜所产生的附加应力也越大。当重心超出底面积的范围时，建筑物将失稳而倒塌破坏。对于一般的低层民用建筑来说，民房楼层较少，一般为1～3层，高10 m左右，因此，倾斜产生的附加应力较小，对民房产生的危害也较小。

对民房影响较大的因素是曲率。由于地表曲率的存在，使地表由平面变为曲面，建筑物基础与地表之间的平衡状态受到破坏。曲率有正曲率和负曲率之分，在正曲率的影响下，建筑物基础的两端处于悬空状态，而在负曲率的影响下，建筑物基础成为两端有支点的简支梁。当曲率引起的附加应力超过结构的承载能力时，建筑物将遭受破坏。在正曲率作用下，建筑物出现上宽下窄的竖向裂缝和倒“八”字形裂缝。在负曲率作用下，建筑物主要出现正“八”字形裂缝和水平裂缝。一般来讲，曲率对底面积小的建筑物影响较小，对长度大的建筑物影响较大。

2 软硬基础地基建设方案

2.1 常用民房地基结构

在未受地下开采影响及地质条件影响的地区农村民房建设中，通常采用沟槽式地基，这种结构施工工艺简单，地基建设投资少，工期短。矿产资源的开采逐渐影响到村民民房的稳定性，大多数矿区均有民房开裂破坏的情况，主要采用技术手段进行修复[3-4]，实在不能住人后再搬迁，提高了村民人身财产安全风险。

2.2 基本原理

软硬基础是指在房屋地基中采用软基础和硬基础相结合的一种方法。基础分2个部分，一部分是软层，由粗沙及细沙经夯实而成，在较大的重力作用下，被压缩而向周围松散表土产生微小变形，从而将部分重力向其他支点转移；另一部分是硬层，和普通基础一样，由石块及混凝土砌实而成，位于软层上部，有较大的抗压强度，能支撑较重的物体，如图1所示。当无软层基础时，建筑物的重力主要由硬基础承担，表土层仅承担小部分；而当在硬层下面加入软层后，随着软层被建筑物压缩，会将部分重力转移到表土层上，即硬层承担的重力将减少，而表土层承担的重力将增大，如图2所示。

图1 软硬基础结构示意

图2 基础有无软层时受力情况

根据以上原理在沉陷稳定区建设房屋，可在房屋受到曲率影响时，房屋的一端下沉量大，另一端下沉量小时，下沉量小的一端地基软层会被压缩，房屋的下沉量增大，达到与另一端下沉量相差不大的水平，不至于使房屋产生开裂破坏。

2.3 力学特性

墙体的开裂主要受曲率影响，曲率发生变化，建筑物的受力将重新分布，一般有3个阶段，即曲率变化期、受力重新分布期和受力平衡期。

以每堵墙设置3个孔桩(A、B、C)为例，对整个结构的力学特性进行分析研究，如图3所示，在岩体未发生移动时，A、B、C 3个基础受力相同，建筑物处于稳定状态。但当岩体出现不均匀下沉时，基岩层的曲率就会发生变化。

图3 曲率未变化时墙体力学特性

图4 A、C点下沉量大时基础受力曲线

图5 C点下沉量大时基础受力曲线

2.4 施工工艺

软硬基础施工中地基的开挖可采用圆形孔桩或方形孔桩形式，不采用常用的沟槽式。首先，将地基挖至基岩以下2～4 m深，以利用基岩较好的抗压性能使整个房屋有较好的稳定性；然后将粗沙和细沙混合充填,并夯实到0.5～1 m深度作为软层基础；再用混凝土石块填实其余部分作为硬层基础,从而组成软硬基础结构。所有基础做到同一水平标高后,用钢筋混凝土施工基座及地圈梁等部分，使所有基础连为一体，然后往上施工墙体及顶圈梁等。基座施工工艺见图6。在软硬基础上采用φ14 mm普通钢筋以150 mm×150 mm间排距制作钢筋网，再用φ22 mm的螺纹钢作柱筋施工钢筋混凝土基座。

3 应用效果

某村寨位于贵州省修文县永兴煤矿井田范围内，村民60余户，经过多年的煤炭开采，村寨保护煤柱已被破坏，导致90%以上的民房开裂，严重的已不能住人。后经与矿方协调赔偿事宜后，大部分村民均重新在原地新建民房，一种是普通的沟槽式民房，另一种是软硬基础式民房。通过对已建成使用2 a的二层楼民房进行比较，采用沟槽式建设的民房墙体有约0.2 mm的裂缝，雨季房顶积水深度前后不一致，相差约10 cm；而采用软硬基础建设的民房墙体没有裂缝，仅是雨季房顶积水深度前后不一致，相差约5 cm。相比之下，采用软硬基础建设的民房比采用沟槽式建设的民房要稳定得多，不足之处在于前者工程造价要高些。

图6 基座施工工艺(单位：mm)

4 结 论

(1)本文对在地下开采沉陷稳定区新建民房的地基稳定性进行了理论研究，并成功应用到开采沉陷稳定区的民房建设之中，具有较好的社会效益和经济效益，为解决矿山沉降区房屋建筑稳定性问题提供了借鉴和参考。

(2)通过应用效果分析，得出采用软硬基础相结合的方法在地下开采矿山沉陷稳定区新建民房是合理可行的，优点是可降低民房受地面沉降影响发生开裂的几率，较大程度地保证了房屋结构的稳定性，在一定程度上更好地保障了村民人身财产安全。

[1] 杜计平，汪理会.煤矿特殊开采方法[M].徐州：中国矿业大学出版社,2003.

[2] 马 军.阳泉矿区开采对房屋地基的影响[J]．山西建筑，2005(20):96-97．

[3] 张 薇.房屋建筑地基处理方法初探[J]．黑龙江科技信息，2012(4):316．

[4] 邓风亭，张国伟.房屋建筑地基不均匀沉降处理及应对方法[J]．建筑知识：学术刊，2012(B04):249，251．

2015-03-17)

黄佑洪(1984—)，男，工程师，硕士，550025 贵州省贵阳市花溪区大水沟。