采空區(qū)充填擋墻的設(shè)計與施工

采空區(qū)充填擋墻的設(shè)計與施工

0采空區(qū)充填擋墻防護(hù)研究礦產(chǎn)資源的開采將地下空間形成一個空洞區(qū)域。不足的采空區(qū)處理不僅會導(dǎo)致各種礦山的安全問題，還會導(dǎo)致各種礦山的地表坍塌和水土流失等自然災(zāi)害。對采空區(qū)充填擋墻進(jìn)行分析，國內(nèi)學(xué)者做了大量的研究。趙國彥1充填擋墻所受彎矩計算本文針對充填料漿初次進(jìn)入采空區(qū)時充填擋墻的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，將受力分2種情況討論1）充填料漿面高度低于或等于充填擋墻高度。將充填擋墻簡化為矩形進(jìn)行分析，如圖1(a）所示，受力計算見式（1）。式中：H為充填擋墻高度，m;h為充填料漿面高度，m;Z為計算點距離擋墻底部的高度，m；γ充填擋墻總壓力P計算見式（2）。式中，W為充填擋墻寬度，m。充填擋墻所受彎矩計算見式（3）。最大彎矩計算見式（4）。最大彎矩作用點Z2）充填料漿面高度高于充填擋墻高度。此類情況下，充填擋墻的受力狀態(tài)如圖1(b）所示，此時受力計算見式（6）。此時充填擋墻總壓力P計算見式（7）。充填擋墻所受彎矩計算見式（8）。最大彎矩及作用點計算分別見式（9）和式（10）。為了公式的簡潔，其中m=3h由以上受力分析可知，當(dāng)充填料漿面低于或等于充填擋墻高度時，作用在充填擋墻上的分布力與充填高度的一次方成正比，總壓力與充填高度的平方及寬度的一次方成正比，最大彎矩與充填高度的立方成正比；當(dāng)充填料漿面高于充填擋墻時，充填擋墻受力大小及最大彎矩均隨充填擋墻高度的增加而增加。由此可知，充填擋墻安全與否最大的影響因素是充填高度。因此，設(shè)置充填擋墻時應(yīng)該重點考慮充填擋墻設(shè)置位置的高度，然后綜合考慮建立充填擋墻。2用填充支撐墻厚度計算2.1次充填高度首先確定擋墻所在位置的截面尺寸，然后再確定一次充填的高度。為了使設(shè)計有一定的通用性，共設(shè)計了5種尺寸進(jìn)行對比分析，寬度×高度分別為2.5m×3.0m、3.0m×3.0m、3.5m×3.0m、4.0m×3.0m和4.5m×3.0m。具體計算結(jié)果見表1。從表1可以看出，當(dāng)一次充填高度在2.0m以下時，擋墻所受到的壓力較?。划?dāng)一次充填高度大于2.0m時，擋墻的受力快速增加；當(dāng)一次充填高度達(dá)到3.0m時，擋墻受到的總壓力大于379.4kN，最大彎矩大于312.4kN·m，根據(jù)經(jīng)驗可知，在這種受力狀態(tài)下，建筑一般性充填擋墻，很難滿足現(xiàn)場的強(qiáng)度需求。從上述分析可以看出，在進(jìn)行采空區(qū)充填的時候，第一次充填高度應(yīng)嚴(yán)格控制，理論上應(yīng)低于2.5m。等到充填體初次凝結(jié)完成，充填體的自立性積累到一定的強(qiáng)度，充填高度達(dá)到充填擋墻以上時才可以進(jìn)行連續(xù)充填。實際情況中巷道尺寸會略有差別，可參考表中的數(shù)據(jù)取值，隨著充填擋墻尺寸的增大，受力也就越大。2.2充填墻抗?jié)B性參數(shù)計算充填擋墻結(jié)構(gòu)厚度計算公式采用楔形計算法，按照抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗?jié)B透性條件3種計算方法分別進(jìn)行分析1）按照抗壓強(qiáng)度計算見式（11）。式中：B2）按照抗剪強(qiáng)度計算見式（12）。式中，f3）按照抗?jié)B透性條件計算見式（13）。式中：K為充填擋墻的抗?jié)B性要求，取K=0.00003;h充填擋墻的厚度不僅與巷道尺寸有關(guān)，而且還與采空區(qū)的高度有關(guān)。為了使設(shè)計有一定的通用性，分別選取了30m、35m和40m三種高度進(jìn)行厚度的計算，對于其他不同高度的采空區(qū)可參考其中相近的數(shù)據(jù)，取比實際數(shù)據(jù)較高的數(shù)據(jù)。充填擋墻采用C20級混凝土澆筑，配筋為Φ10鋼筋，C20級混凝土設(shè)計抗壓強(qiáng)度為：f采空區(qū)高度為30m、35m和40m時的擋墻厚度計算結(jié)果見表2～4。以上只是經(jīng)過理論計算的結(jié)果，由于現(xiàn)場情況較復(fù)雜，施工條件有限，因此，現(xiàn)場的充填擋墻的厚度不能低于建議值，并且應(yīng)比建議值大10%左右，建議現(xiàn)場的施工擋墻厚度不宜小于0.5m。3錨桿數(shù)量的確定為了滿足充填擋墻強(qiáng)度、抗剪性及整體抗滑性的要求，設(shè)計采用環(huán)形楔形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，并在混凝土擋墻與周邊圍巖之間的楔形抗滑槽的周圍設(shè)置一定數(shù)量的錨桿樁，一端與鋼筋焊接膠結(jié)與墻體內(nèi)，另一端深入巖體。封閉擋墻支撐面與巷道的夾角α、β由巖石的性質(zhì)決定，取α=45°，β=70。充填擋墻設(shè)計示意圖見圖2。充填擋墻的錨桿數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實際情況可進(jìn)行調(diào)整，但至少應(yīng)保證有6根錨桿，防止充填擋墻發(fā)生傾覆。根據(jù)充填擋墻的設(shè)計形式，需要對擋墻的施工工藝進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計，具體的施工順序及方法還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行及時調(diào)整。充填擋墻的施工流程圖見圖3。4充填擋墻厚度的確定1）從充填料漿面高度低于或等于充填擋墻的高度和高于充填擋墻的高度兩種情況分析了充填擋墻的受力狀態(tài)，設(shè)計了5種擋墻尺寸進(jìn)行對比分析，計算得到了不同充填高度下充填擋墻受到的總壓力、最大彎矩和作用點位置，認(rèn)為在進(jìn)行采空區(qū)充填時，首次充填高度理論上應(yīng)低于2.5m。2）采用楔形計算法對充填擋墻的結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行了計算，按照抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗?jié)B透性條件