[发明专利]小窑采空区浅埋巷道上覆岩土斜土钉加固的方法

说明书

一种小窑采空区浅埋巷道上覆岩土斜土钉加固的方法，包括如下步骤：①设计小窑采空区浅埋巷道上覆岩土斜土钉加固各部件构造与参数；②破裂面DEF内侧岩土的稳定性验算；③自然拱ABC下方岩土的稳定性验算；④设计小窑采空区浅埋巷道上覆岩土斜土钉加固施工的流程。分析了小窑采空区的破坏形式，找出上覆岩土的薄弱位置进行针对性的加固。对小窑采空区的受力分析方法考虑了岩土各部分的刚度差异、岩土和土钉的刚度差异，也考虑了岩土材料的非线性。本发明能够解决小窑采空区地表容易产生较大的裂缝、台阶和陷坑问题，保证地表已建或拟建的建构筑物地基的整体稳定与局部稳定，不侵占矿产资源，加固过程不易导致采矿单位人员和财产的安全。

技术领域

本发明属于土木工程加固技术领域，特别是一种小窑采空区浅埋巷道上覆岩土斜土钉加固的方法。

背景技术

小窑矿区一般是手工开采作业，范围小，深度浅，分布无规律，大多无支撑或临时支撑。小窑采空区地表易产生较大的裂缝、台阶和陷坑，严重威胁地表已建或拟建的建构筑物的安全。为了保证小窑采空区地表拟建的建构筑物的安全，需要对小窑采空区上覆岩土进行地基处理。目前的地基处理方法主要有：①全部充填采空区支撑覆岩，袁骏，陈海波，李振华，毛彤宇，贾剑，孟庆辉，高文龙，秦庆芝，曹玉杰，龚群，杜国良，刘玮.一种建设特高压杆塔的采空区注浆方法：中国专利，200910139743.6[P].2009-06-30,；②局部支撑覆岩或地面建构筑物，薛玉洁.复合桩基在采空区建构筑物基础中的应用研究[D].中国矿业大学,2016；③注浆加固和强化采空区围岩结构，高永涛,吴顺川,金爱兵.一种采空区上覆岩体浅层加固方法:中国专利,201110251282.9[P].2011-08-29；④对地基土配置土工格栅，高志伟.应用土工格栅处理铁路路基小型采空区地基工程一例[J].铁道勘察,2007,(03):102-104；⑤采取措施释放老采空区的沉降潜力法，赵炼恒,李亮,邹金锋.高速公路下伏浅层老采空区强夯置换处理试验研究[C].//第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会.2006:739-742；⑥采用竖直锚杆加固采空区上覆浅层岩体，高永涛,吴顺川,金爱兵.一种采空区上覆岩体浅层加固方法:中国专利,201110251282.9[P].2011-08-29。对于上部结构的建设单位而言，方法①和②不可取，这是因为这些方法已经侵占矿产资源，而且其中一些处理属于开采单位的职责范围，上部结构建设单位对采矿单位的协调难度大。方法③填补了地基土的节理和裂隙，在一定程度上加强地基土的整体性，但是注浆的强度和范围难以控制。方法④在局部地基土起着抗拉作用和使受力均匀的作用，但土工格栅不能解决小窑采空区上覆岩土整体稳定性问题。方法⑤只能解决老采空区的问题，而对于新采空区，会威胁到采矿单位人员和财产的安全。方法⑥能够有效地加固采空区上覆浅层岩体，但该方法并未分析采空区的破坏形式，未能找出上覆岩土的薄弱位置进行集中加固。

有学者提出采用可调式基础调节上部结构的倾斜度的方法，宰红斌，陈文刚，吴非宏，秦志沁.一种采空区自适应调整基础的装置:中国专利,201621122600.6[P].2016-10-14，该方法能够很好地解决地基倾斜的问题，但不能解决地基产生较大的裂缝、台阶和陷坑的问题。

土钉是用来加固原位土体的细长杆件。通常先在需要加固的土体钻孔，然后置入变形钢筋，并沿孔全长注浆，形成土钉。土钉也可采用钢管、角钢等作为钉体。为了防止小窑采空区地质灾害，不采用击打法布置土钉，采用钻孔置筋注浆的施工方法布置土钉。土钉通常应用于边坡工程、基坑工程、路基工程、隧道工程。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种小窑采空区浅埋巷道上覆岩土斜土钉加固的方法，能够解决小窑采空区地表容易产生较大的裂缝、台阶和陷坑的问题，保证地表拟建的建构筑物的安全。

本发明的立足点是太沙基浅埋洞室围岩压力理论。按照太沙基浅埋洞室围岩压力理论，浅埋巷道存在从底面开始的倾斜破裂面，倾斜破裂面到达洞顶高度后变为竖直破裂面直达地面。本发明应用这种理论进行分析小窑采空区上覆和侧壁岩土的受力。