采空區充填擋墻的設計與施工

0采空區充填擋墻防護研究礦產資源的開采將地下空間形成一個空洞區域。不足的采空區處理不僅會導致各種礦山的安全問題，還會導致各種礦山的地表坍塌和水土流失等自然災害。對采空區充填擋墻進行分析，國內學者做了大量的研究。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入采空區時充填擋墻的受力狀態進行分析，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，設置充填擋墻時應該重點考慮充填擋墻設置位置的高度，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。為了使設計有一定的通用性，共設計了5種尺寸進行對比分析，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。具體計算結果見表1。從表1可以看出，當一次充填高度在2.0m以下時，擋墻所受到的壓力較小；當一次充填高度大于2.0m時，擋墻的受力快速增加；當一次充填高度達到3.0m時，擋墻受到的總壓力大于379.4kN，最大彎矩大于312.4kN·m，根據經驗可知，在這種受力狀態下，建筑一般性充填擋墻，很難滿足現場的強度需求。從上述分析可以看出，在進行采空區充填的時候，第一次充填高度應嚴格控制，理論上應低于2.5m。等到充填體初次凝結完成，充填體的自立性積累到一定的強度，充填高度達到充填擋墻以上時才可以進行連續充填。實際情況中巷道尺寸會略有差別，可參考表中的數據取值，隨著充填擋墻尺寸的增大，受力也就越大。2.2充填墻抗滲性參數計算充填擋墻結構厚度計算公式采用楔形計算法，按照抗壓強度、抗剪強度、抗滲透性條件3種計算方法分別進行分析1）按照抗壓強度計算見式（11）。式中：B2）按照抗剪強度計算見式（12）。式中，f3）按照抗滲透性條件計算見式（13）。式中：K為充填擋墻的抗滲性要求，取K=0.00003;h充填擋墻的厚度不僅與巷道尺寸有關，而且還與采空區的高度有關。為了使設計有一定的通用性，分別選取了30m、35m和40m三種高度進行厚度的計算，對于其他不同高度的采空區可參考其中相近的數據，取比實際數據較高的數據。充填擋墻采用C20級混凝土澆筑，配筋為Φ10鋼筋，C20級混凝土設計抗壓強度為：f采空區高度為30m、35m和40m時的擋墻厚度計算結果見表2～4。以上只是經過理論計算的結果，由于現場情況較復雜，施工條件有限，因此，現場的充填擋墻的厚度不能低于建議值，并且應比建議值大10%左右，建議現場的施工擋墻厚度不宜小于0.5m。3錨桿數量的確定為了滿足充填擋墻強度、抗剪性及整體抗滑性的要求，設計采用環形楔形鋼筋混凝土結構形式，并在混凝土擋墻與周邊圍巖之間的楔形抗滑槽的周圍設置一定數量的錨桿樁，一端與鋼筋焊接膠結與墻體內，另一端深入巖體。封閉擋墻支撐面與巷道的夾角α、β由巖石的性質決定，取α=45°，β=70。充填擋墻設計示意圖見圖2。充填擋墻的錨桿數量根據現場實際情況可進行調整，但至少應保證有6根錨桿，防止充填擋墻發生傾覆。根據充填擋墻的設計形式，需要對擋墻的施工工藝進行系統的設計，具體的施工順序及方法還應根據現場情況進行及時調整。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，設計了5種擋墻尺寸進行對比分析，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，認為在進行采空區充填時，首次充填高度理論上應低于2.5m。2）采用楔形計算法對充填擋墻的結構厚度進行了計算，按照抗壓強度、抗剪強度、抗滲透性條件