Глава 12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ

12.1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

12.1.1. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, и их воздействие на конструкции зданий

При выемке полезного ископаемого подземным способом в образовавшуюся полость смещаются покрывающие его толщи пород, а на земной поверхности образуется чашеобразная впадина, называемая мульдой сдвижения. Размер в плане и глубина мульды зависят от ряда факторов: толщины пласта m, его угла падения α, глубины разработки Н, размеров выработки вдоль и вкрест простирания пласта D₁ и D₂, толщины наносов, физико-механических свойств пород и т.д. В зависимости от глубины разработки деформации земной поверхности могут проявляться в виде провалов, возникающих при выемке угля на небольших глубинах, уступов и трещин, возникающих при выемке крутопадающих пластов (α > 45°), a также в виде плавных оседаний.

На рис. 12.1 изображены вертикальные разрезы по главным осям отдельной выработки вкрест и вдоль простирания пласта при α = 25°, а также кривые оседаний η, наклонов i, относительных горизонтальных деформаций ε, кривизны k и горизонтальных сдвижений ξ, вычисленные и построенные для условий Донецкого бассейна [2] при m = 1,2 м; H = 220 м; D₁ = 120 м; D₂ = 250 м.

Границы мульды определяются граничными углами сдвижения: β₀, γ₀ и δ₀. Вектор сдвижения из любой точки Аимеет направление в сторону центра выработанного пространства, он разлагается на вертикальную составляющую η_A и горизонтальную ξ_A. Максимальное оседание η_max (при полной подработке η₀) определяется углами сдвижения ψ и углом максимального оседания θ. Максимальное оседание при полном обрушении кровли достигает 50–90 % толщины вынимаемого пласта, а горизонтальное сдвижение – 30% максимального оседания.

Все эпюры деформаций, кроме оседаний, двузначные: по краям мульды ξ и k положительные (растяжение грунта и кривизна выпуклости), а в средней части отрицательные (сжатие и кривизна вогнутости). Знаки кривых i и ξ свидетельствуют о разных направлениях наклонов точек мульды и их перемещений.

Относительные горизонтальные деформации ± ε, вследствие трения и сцепления фундаментов с грунтом, вызывают в конструкциях растяжение и сжатие, изгиб и скашивание; кривизна мульды k — прогиб и выгиб конструкций здания; наклоны i — их крен. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, являются факторами нагрузки для несущих конструкций сооружений, а их воздействия на конструкции относятся к числу особых.