工程论文采煤沉陷区建筑物加固与维修

　　本篇工程论文通过开采沉陷预计，分析建筑物将受采动影响的损害程度，对地面建筑物采取适当保护加固措施，可以保证建筑物的安全使用;通过开采措施的选择，在开采后地表不积水的前提下，减少地表变形对建筑物的影响，对已产生损坏的建筑物，采取适当的维修技术，可以保证建筑物的安全使用，从而实现不迁村安全采煤。

　　《煤炭学报》是中国煤炭学会主办的煤炭系统最高水平的综合性学术刊物，现为双月刊，112页。主要刊载与煤炭科学技术相关的基础理论和重大工程研究的理论成果，包括煤田地质学、矿山岩体力学、采矿工程、煤矿安全、环境保护、煤矿机电一体化、煤的加工与利用、煤炭经济研究等领域的学术论文。30多年来，为传播煤炭科学技术起到了重要的作用。多年来，《煤炭学报》一直以“登一流文章，创一流期刊”为指导思想，培养了一支基础理论知识扎实、专业水平高的稳定的编辑队伍，使《煤炭学报》质量逐步提高。

　　摘要：目前，我国村庄建筑物下压煤开采问题尤为突出，特殊开采技术和建筑物保护技术已被广泛应用于村庄下采煤，受开采影响而损坏建筑物，需进行加固和维修处理后，才能保证建筑物安全使用。文章提出了对采煤沉陷区的受损建筑物的加固和维修措施。

　　关键词：采煤沉陷;开采技术;建筑物;加固维修

　　据不完全统计，我国村庄建筑物下压煤高达87.6亿吨，尤其是人口稠密，村庄集中的华东地区，占我国村庄下压煤量的55%以上。村庄下压煤不仅损失煤炭资源，而且还会浪费已有的开拓工程，造成生产接替紧张，原煤产量降低，矿井服务年限缩短等一系列问题。因此，村庄压煤问题表现的尤为突出，村庄搬迁固然能解放村庄下煤炭资源，但各个矿区都面临村庄搬迁选址难、搬迁更难的局面。为此，既要有效地采出煤炭资源，同时又要保证开采引起的地表移动与变形不影响地面建筑物的安全使用，就需采用特殊开采方法进行采煤，并对因开采而影响的地面建筑物给予保护和加固维修。本文针对采煤沉陷区受损的建筑物，提出加固和维修措施，在对建筑物采取适当保护和维修措施后，保证建筑物安全使用的前提下，提高回采率，以实现不迁村采煤，提高矿井服务年限。

　　1　建筑物下采煤存在的问题

　　1.1　高潜水位、密集型村庄下的压煤正常开采难

　　如地处江苏北部的大屯矿区地表潜水位较高，一般为0.5～1.1m，开采后地表下沉超过 0.5m地表就有积水，即使在非充分采动条件下，也会造成地面村庄积水，甚至造成房屋开裂倒塌，从而妨碍村民正常生活，甚至危及群众的生命财产安全。

　　1.2　迁村采煤难度大

　　通过搬迁村庄来解放储量，遇到问题是新村选址难，征地难、搬迁更难。大屯矿区土地资源少，村庄密集，村庄重复压煤现象较为普遍，若异地迁至无煤区，新老村距离一般在3km以上，有的新址已不在原行政辖区内，因不方便村民生产生活，而增加搬迁工作难度，致使一个村庄搬3～5年都无法搬迁结束。既而严重制约着矿井的开拓布置，导致矿井生产系统的失调。

　　1.3　村庄民房建筑质量参差不齐

　　在经济较发达的区域，民房多为砖混平房，甚至是砖混楼房;而在经济欠发展的区域，同一村庄内土坯房、砖石或砖混平房至砖混平房至砖混楼房同时存在，这些差别增加了采动保护技术的难度。

　　1.4　村庄下采煤引发的一系列后果

　　村庄下采煤不仅可能会损坏民房，而且使地面塌陷，甚至因积水，迁村又要占用新的耕地。这样一方面涉及土地资源保护，另一方面农民要求解决农转非和再就业，甚至还要解决异地居住的交通等问题。总之，要解决由采煤、塌陷、征地和迁村而引起的一系列经济问题和社会问题。

　　2　建筑物的采前加固保护措施

　　进行建筑物下采煤时，如果仅仅采取采矿措施还不能完全免除地表变形对建筑物的影响，或者当采取采矿措施保护建筑物在技术经济上不合理，则须对建筑物采取结构保护措施。其原则是使建筑物在地表变形作用下能维持正常使用，但允许产生容易修补的裂缝。即建筑物保护技术是对预计采动区上已有的建筑物进行加固处理。

　　2.1　沉陷预计

　　根据实际的地质条件和该矿通常采用的开采与顶板管理方法等，了解并分析本矿或类似条件的矿井或采区的地表移动资料，确定地表移动的参数，进行地表变形预计，以求得建筑物所在处地表的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形值;再根据本矿或类似条件的矿井或采区，在地下开采影响下，建筑物破坏与地表变形的关系，分析现有建筑物将受到采动影响的变形与破坏的程度。

　　2.2　建筑物保护的基本原则

　　根据国家“三下”采煤规程对建筑物损坏等级的有关规定，对建筑物保护基本原则为：

　　(1)当建筑物受到Ⅱ级地表变形影响时，可设置变形缝。

　　(2)当建筑物受到Ⅲ级地表变形影响时，除设置变形缝外，还应设置钢拉杆，钢筋混凝土圈梁等进行加固。

　　(3)当建筑物受到Ⅳ级地表变形影响，并对建筑物有特殊要求时，除采取上述措施外，还应采取钢筋混凝土锚固板加固基础。

　　(4)设置地表缓冲沟，以减少地表压缩变形对建筑物的影响。

　　(5)在对建筑物采取结构保护措施以前，为保证加固效果，应对建筑物结构上原有缺陷进行适当补强。

　　2.3　建筑物结构加固方法

　　根据我国建筑物下采煤的实践经验，建筑物保护技术措施已得到较为广泛地成功应用。

　　2.3.1　设置变形缝　将形状复杂、荷载不同的长建筑物分割成长度较小(约≤20m)、形状规则、荷载一致的独立单元体，并在各单元体之间设置变形缝。这种方法一方面提高了建筑物的抗变形能力，另一方面减轻了建筑物各独立单元体所需承受的变形，保护了建筑物。

　　设置变形缝时，必须将基础、墙壁、地面、楼板、屋面全部切开，以使变形缝两侧的建筑物形成完全独立的单体。变形缝宜设置在已有横墙的一侧，并在变形缝的另一侧砌筑一道厚度不小于240mm的横墙，以支撑被切断的楼板和屋面板。新砌横墙应与原纵墙进行咬茬砌筑，并可用φ6钢筋拉结。

　　2.3.2　加设钢拉杆、钢箍或钢筋混凝土圈梁　对砖石结构为主体的民房，通过加设钢拉杆、钢箍或圈梁，一方面可以提高房屋的整体性和刚度，减小梁柱接头相对滑动和墙壁倾倒等破坏，另一方面，又可增强房屋的抗拉和抗剪能力。

　　檐口圈梁或钢拉杆一般应设于同一水平上，并以闭合的形式将墙壁箍住。钢筋混凝土圈梁一般设于墙壁外侧，并应每隔3米左右用短钢筋与墙体连接，以提高与墙体的共同作用效果。钢筋混凝土圈梁截面以矩形为宜，一般高度为15～30cm，宽度为10～20cm。

　　钢筋混凝土基础圈梁主要承受基础与土壤之间的摩擦力和粘着力，以及土壤作用于基础侧壁上的被动土压力。它一般设于基础外侧，以闭合形式设置在基础最上一个台阶上，并应用短钢筋与基础连接。圈梁的截面为矩形，一般梁高大于20cm，宽度大于15cm，保护层厚度为4cm。

　　2.3.3　设置缓冲沟　设置缓冲沟是减少地表压缩变形对建筑物影响的简便而有效的措施，特别是压缩变形较大时，效果更为显著。缓冲沟应设于建筑物外侧，距建筑物的距离应大于基础深度，一般为1～2m。当建筑物受到平行于建筑物轴向的地表单向压缩变形影响时。应沿垂直于地表变形方向设置。当建筑物受到地表双向或斜向压缩变形影响时，应沿建筑物的四周设置。缓冲沟底部应比基础底部深15～20cm，沟内应充填炉渣或其它可塑性物质，并定期进行检查，发现压实时必须更换充填物，以保证缓冲沟的作用。

　　2.3.4　对房屋易损坏的薄弱环节局部加固　梁端处增大支撑柱的面积或增设支撑柱，以防止在承重梁和支撑柱之间产生相对滑动，压坏支撑柱或使梁脱落;墙壁勾缝、喷浆或增设壁柱，以防止墙壁倾倒或开裂;在门窗处设置钢筋混凝土闭合框架或堵砌一部分门窗空间，减小门窗的跨度。

　　3　受损建筑物采后维修技术

　　对于受采动影响而损坏的建筑物，根据实际受损程度，依据“三下”采煤规程有关规定,可采取下列措施：

　　(1)对于自然间损害级别符合Ⅰ级损害标准的房屋，鉴于砖墙的单条裂缝最大不超过4mm的实际情况，宜采取简单维修：用100号水泥砂浆沿裂缝抹平，或在墙体裂缝内灌注水泥浆。

　　(2)对于自然间损害级别符合Ⅱ级损害标准的房屋，单条裂缝宽度小于15mm，采用墙体双面单向筋锚固。即在裂缝处，除去墙体两面粉刷层，沿墙体裂缝剔掉相应砖缝砂浆，水平方向裂缝两边各长500mm，纵向50mm;将“U”形φ4钢筋嵌入缝内，在墙体裂缝和剔除缝内嵌填100号水泥砂浆，并浇水养护。墙体两面不可在同一砖缝内嵌钢筋，每面墙体的水平钢筋垂直距离不大于180(一般3皮砖设置一道)，嵌填砂浆前应将砖缝充分湿润。

　　(3)对于自然间损害级别符合Ⅲ级损害标准的房屋，单条裂缝宽度小于30mm，采用墙体双面双向筋锚固。即在裂缝处，除去墙体粉刷层，将墙体表面凿毛并清理干净;沿裂缝两侧剔去10～15mm，形成“八”字槽，在裂缝内灌注100号水泥砂浆，表面做成毛面;在裂缝两侧50cm的范围内，电钻打穿砖墙，形成植筋孔，孔距400×400mm，孔位尽可能通过灰缝，然后植入φ4拉结钢筋，钢筋两端伸出墙外30mm;以拉结钢筋为架立筋，墙体两侧设置 φ4@200钢筋网片，拉结钢筋做成“∽”型固定钢筋网片;锚固部分的墙面充分浇水湿润后，抹30厚100号水泥砂浆。

　　(4)钢筋混凝土梁、柱的裂缝处理。如钢筋混凝土梁、柱受损尚未形成贯通裂缝，在未贯通的裂缝内灌注建筑灌缝胶，采用的灌缝胶型号及胶座、胶嘴、注胶器等配套工具数量，根据具体的受损对象实例确定：如钢筋混凝土梁、柱已形成贯通裂缝，对断裂的梁进行钢筋搭接或局部加大截面。

　　(5)部分拆除重建。在一栋房屋中，个别自然间受损达到Ⅳ级损坏标准，可进行部分拆除重建：将受损达Ⅳ级程度的1间或2间拆除，在原址新建，其他部分按维修治理。在原址新建：新建部分与未拆除部分连为一体，新建部分在结构上(梁、柱、墙体等)应与未拆除部分的主要结构连为一体，并且新建部分的整体刚度应与未拆除部分相协调。

　　(6)对于受损房屋的维修工作，应避开在地表移动与变形的活跃期。

　　4　受损建筑物加固维修实例

　　大屯矿区某矿东辅采区2个工作面上分层开采，造成地面卞庄村80余户民房受损，实地调查，该村民房大多为砖混结构平房，一般为五间或四间跨度，进深7.5m;民房受损程度根据“三下”采煤规程的有关规定，划分为Ⅰ～Ⅳ级4个损坏等级，按受损房屋的自然间共计损坏房屋4280m2，其中Ⅰ级损坏 2340m2;Ⅱ级损坏720m2，Ⅲ级损坏350m2，Ⅳ级损坏870m2。采用上述维修技术，对不同损坏等级的房屋采取相应的维修加固措施，对受损房屋进行加固维修后，虽经后来采区下分层开采，但加固后的房屋均能满足安全居住和使用功能要求，目前地表移动与变形已稳定，加固后的房屋使用状况良好。

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