煤炭工程 第５０卷第９期 Ｃ０ＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．５０，Ｎｏ．９ ｄｏｉ：１０．１ １７９９／ｃｅ２０１８Ｏ９Ｏ０７ 煤矸石回填地基建筑间距对其稳定性的影响 孙世国，魏帅颖，张玉娟 （北方工业大学土木工程学院，北京１００１４４） 摘 要：以老虎台沉陷区工程实例为依托．利用有限元数值模拟。对不同建筑间距下建筑 物、筏板基础、地基土体的变形情况进行了分析。根据分析结果确定了最小建筑间距．证明了 老虎台矿煤矸石回填地基建筑物间附加荷载的叠加作用对建筑物的稳定性有较大影响。根据模 拟结果显示的筏板基础和地基土体的沉降差异可知，筏板基础协调了地基将近１０％的变形量． 充分证明了筏板基础的变形协调作用 关键词：煤矸石；回填地基；建筑间距；数值模拟；筏板基础；协调变形 中图分类号：ＴＤ３２５；ＴＵ４７２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—０９５９（２０１８）０９—００２１—０３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｐａｃｉｎｇ ａｂｏｖｅ ｇａｎｇｕｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｔｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ＳＵＮ Ｓｈｉ—ｇｕｏ，ＷＥＩ Ｓｈｕａｉ—ｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ—ｊｕａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ ｌｏｏ１４４，Ｃｈｉｎａ） Ａ￣ｔｒａｄ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ Ｌａｏｈｕｔａｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ａｒｅａ．ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉＳ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｐａｃｉｎｇ ａｂｏｖｅ ｃｏａｌ ｇａｎ￣ｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｓｔｂａｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｌｌｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｒａｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｏｉｌ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｏａｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｌｌｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒａｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｏｉｌ．ｔｈｅ ｒａｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｎｅａｒｌｙ １０％ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｆｕｌｌｙ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｏｆ ｒａｆｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ；ｂａｃｋｆｉｌｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｐａｃｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒａｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ； ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ 建筑间距是指两幢建筑物外墙面之间的最小垂直距离． 影响区域内的结构变形势必会相互影响，致使变形过大， 合理的建筑间距对于采光、通风及居住质量的考量具有十 影响建筑物安全使用。因此。研究沉陷区建筑复垦中合理 分重要的作用【１．２］。近年来，国内外对于沉陷区的建筑复垦 的建筑间距对于充分利用沉陷区土地，保证建筑物的稳定 研究已经取得了很大的进展，但鲜有关于沉陷区建筑物间 性有重要的意义。 距大小对建筑物稳定性影响的研究。大多采煤沉陷区复垦 实践案例中对建筑物间距的设置都过大。造成沉陷区建筑 １工程概况 用地的浪费。对于普通地质条件下的建筑，可以根据国家 老虎台矿位于抚顺煤田中部。采用煤矸石进行沉陷区 强制性标准设置间距。但沉陷区地基不同于其他正常地基， 回填复垦。本文在沉陷区中间稳定区域进行研究，研究对 即使间距设置符合规范要求，也不能充分确定其上方建筑 象为采用梁式筏板基础的六层框架结构。建筑坐北朝南布 物的稳定性。黄熙龄＿３］通过对塔楼间相互影响的试验得出： 置，总面积为５２１．６４ｍ ，高１６．８ｍ。根据《住宅建筑规 筏板基础上任一荷载作用引起的某点的反力和沉降变形都 范》规定＿４］，建筑平行间距分别取楼高的１．０倍，１．２倍， 可以采用叠加原理进行计算。沉陷区相邻建筑物附加荷载 １．４倍，根据中华人民共和国《建筑设计防火规范》规 收稿日期：２０１７—０６—０７ 基金项目：国家自然科学基金（４１７７２３３５） 作者简介：孙世国（１９５９一），男，博士，从事岩土工程方面的研究和教学工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｓｇ９１８＠１６３．ｃｏｍ。 引用格式：孙世国，魏帅颖，张玉娟．老虎台矿煤矸石回填地基建筑间距对其稳定性的影响研究［Ｊ］．煤炭工程， ２０１８，５０（９）：２１－２３． ２１ 煤定 ， 炭 工 程 ２０ｌ ８年第９期 筑物 日距分别取６ｍ，９ｍ，１２ｍ 根据老虎 沉陷 筑物沉降量变化 人． ｛建筑、 巾“ 为２４ｍ Ｉｔ Ｊ ． 沉降｛ 相比建筑平ｆ ｆｉ＇ｕＪ￣ｌ ２（）ｍ ＩＩ．ｆ 化较人 地 情况．结合框架结构设计模， ，确定数值模拟所需璎 的力学参数 表ｌ 表１ 上部结构、基础以及地基土主要力学参数表 ２不同建筑间距下的数值模拟分析 ２．１ 建筑平行间距模拟分析 利川ＡＮＳＹＳ建立模 ，模 地基深度取为４０ｍ，长度 墩筏板的３倍，为１３０ｍ，宽度嫩筏板的３倍，为４０ｍ。地 旗约 条¨：为基底全约束，地基叫Ｊ占】进行面约束，即只约 求水 ，网格划分如 】所示．． 图１计算模型划分网格图 利』ＩＪ ＡＮＳＹＳ模拟平行 距为ｌ７ｍ、２０ｍ、２４ｍ时的变 肜情况．小¨建筑平行问距下的建筑物沉降曲线如图２所 爪，ｆ｛ｊ『矧２『ｌｆ知．不同平行问距下建筑物沉降量随水平距 离的变化 ｔ 现相同的变化趋势，即随荷水平距离的增大， 建筑物ｊ＇ｃ降艟呈现先增大后减小的变化趋势。且随着建筑 行距离的加大．建筑沉降量越来越小。不同平行间距卜 建筑物最人沉降量均小现在水平距离为ｌ６．８ｍ的位置，最 大沉降 从大到小分别为一ｌ３９．７ｒａｍ、一１３９．２ｍｍ和 １３６．９ｍｍ． ｌ｛建筑平行问距为１７ｍ和２０ｍ时，两者问建 图２不同平行间距时建筑物沉降曲线图 ２２ 据数值模拟分析 Ｉｆ以行ｆ 沉陷 新 建筑物 边ｊ 他荷载使 建筑物的 窆Ｊ Ｊ Ｊ】１人，圯 址‘ …）Ｃ降干¨ 倾斜变彤．．建筑物倾斜 、 板 钏以技地 ｆ 的 降Ｌ－ 分别如 ３、 ４ ｆ１】 ５ 爪 … ３ ｆｌ『 Ｉ，随竹业 筑、ｒ 间距的增大，建筑物的倾斜坐肜逐渐减／Ｊ、… ４、 罔５ ｌ叮以看 ．建筑物川硝 越人．筏板 硎｛埂Ｉ 的 … 沉降ｉＩ｝越小，且影响ｉ 体 肜的‘ …以及横… … 逐渐减小通过对比绳板 ｛ｉ：Ｉ｝ ｊ地琏： 体的沉降ｚ÷Ｉ冬１· ｌ， 筏饭琏础的沉降与地 １ 休 阶仃 菥较人 件，筏板Ｊ 硎ｌ 了地螭将近１０％的变形｛Ｉ；＝根据模拟 划建筑 结卡勾 体最大变形ｆＪｔｃ 太３、埘比的采 Ｉ）ｔ建筑地ｊ 稳； ｒ｝ 评价标准（表２）ｎ丁 ． １新 的佳它偻之 、 ｆ ｉＪ 为 ２４ｍ ｌｌｌ『．既满足口照 求 满 缱筑没汁规范的 人；７Ｃ降 和倾斜变形要求 ‘＝＝＝＝：：＝ ■ 一一～ … 一ｌ¨ ｊ 滋 蠡函蕊 ■■Ｉ■■ｌ ａ） 斟 １ ７ｍ （ｂ）ｌ；，Ｊｉ￣Ｉ Ｉ１１ （ｃ）川州ｉ２４ｍ 图３不同间距时建筑结构整体倾斜云图 量 （ａ）问ｊ！ｆ １ ７ｍ 【洲｜ｆ Ｊ１２０ （ｃ） （２４ｍ 图４不同建筑间距时筏板基础沉降云图 （ａ）ｌｈｌ距Ｉ ７ｍ （ｈ）『１１Ｊ ！（）ｌｌ１ （ｃ）｛ｉ，Ｊｌ￣ｌ １２４ｍ 图５不同建筑间距土体竖向变形云图 表２采空区建筑地基稳定性评价标准 表３不同建筑平行间距下建筑物的变形计算结果 ２０１８年第９期 ２．２建筑左右间距模拟分析 煤炭 工程 利用ＡＮＳＹＳ模拟左右间距为６ｍ、９ｍ、１２ｍ时的变形 情况，其中不同建筑左有间距下的建筑物沉降曲线如图６ 所示．由图６可以看｝ｆＪ，不同左右间距下建筑物沉降量随 水平距离的变化呈现波浪形变化。随着水平距离的增大。 建筑物沉降量整体呈现先增大后减小的变化趋势．且在不 （ａ）ｌｈ］距６ｍ （ｂ１Ｉ Ｊ ９ｎ１ 同左右间距下建筑物最大沉降量均Ｈ｛现在水平距离为２０ｍ 的位置，最大沉降量从大到小分别为一１５８．６ｍｍ、 一（ｃ） 摊！ｌ２ｍ １５７．３ｍｍ和一１４８．８ｒａｍ．．当建筑左右间距为６ｍ和９ｍ时． １２ｍ时，两者问建筑物沉降量相比前者变化较大。 图９不同左右间距下土体最大沉降截面云图 表４不同建筑左右间距下建筑物的变形计算结果 两者间建筑物沉降量变化不大，当建筑左右间距为９ｍ和 Ｅ Ｅ 佃 进 廷 结合表２可知当新建的住宅楼之间左右间距为９ｍ．即 取建筑高度的０．５倍时．满足建筑设计规范的最大沉降和 倾斜变形要求。 水平距扇，ｍ 图６不同左右间距下建筑物沉降曲线图 ３结论 不同建筑左右间距下的建筑物倾斜云图、筏板基础以 及地基土体的沉降云图分别如图７—９所示。 １）在老虎台矿煤矸石回填地基进行民用六层框架建筑 建设时。南北向平行建筑最小间距为２４ｍ，即建筑物问距 不得小于南侧建筑物高度的１．４倍，跟普通地区建筑设计 规范中要求的不得小于建筑高度的１．０倍存在较大差别。 ＿＿■＿＿＿ ＿＿＿－＿ ■－＿＿－。＿ ■＿－．－ｌ■－■＿－ ＿－－■＿ ■ ＊＿ ■＿＿ ●＿ －＿ ＿ －＿ － ＿＿‘ ＿＿ ■■■‘ － 建筑左右距离最小间距为９ｍ．即建筑高度的０．５倍．也不 同于规范规定的６ｍ。研究结论对于老虎台矿煤矸石回填地 基建筑设计具有一定的参考价值．但对于其他煤矿是否具 ｛ａ）『Ｈ】距６ｍ （ｂ）『日Ｊ距９ｍ （ｃ１间距１２ｍ 图７不同左右间距下建筑结构整体倾斜云图 有普适性，需要进一步研究。 ２）模拟计算结果显示筏板基础的沉降与地基土体沉降 存在着较大差异．筏板基础协调了地基将近１０％的变形量， （ａ）问距６ｍ 证明了筏板基础的协调变形作用；在新建建筑物时提高筏 板基础的抗不均匀变形能力对保证上部结构的安全使用起 着重要作用。 （ｂ）ｉｈＪ距９ｍ 参考文献： （ｃ）ｆｎｌ距１２ｍ ［１］ 王健．城市建筑间距管理［Ｊ］．山东理丁＝大学学报（自然 嫒．城市住宅小区建筑间距研究与分析［Ｊ］． 图８不同左右间距下筏板基础沉降云图 科学版），２００８，２２（４）：１０４—１０６． ［２］ 陈小翊，刘根据模拟分析结果可以看Ｈ｛，随着建筑左右间距的增 现代物业·新建设，２０１２，１１（６）：６１． ［３］ 黄熙龄．高层建筑厚筏反力及变形特征试验研究［Ｊ］．岩 土工程学报，２００２。２４（２）：１３１—１３６． 大，建筑物的沉降变形和倾斜变形逐渐减小，筏板基础及 土体的竖向沉降量也逐渐减小。当建筑物左右间距为９ｍ和 ［４］ ＧＢ ５０３６８－－２００５，住宅建筑规范［Ｓ］． ［５］ ＧＢ ５００１６－－２０１４，建筑设计防火规范［Ｓ］． １２ｍ时．建筑物、筏板基础及地基土体的变形情况几乎相 同。根据模拟结果得到建筑结构整体最大变形值见表４。 （责任编辑杨蛟洋） ２３