白山市人防工事洞室的稳定性浅论

摘要 通过三种不同的计算方法：（1）顶板按梁板受力情况计算，（2）按抵抗受荷载剪切计算顶板的厚度，（3）按成拱分析法，即洞室顶板塌落拱理论计算时的顶板稳定性评价计算三种方法进行洞室顶板稳定性的评价，逐步论证白山市人防工事洞室的稳定性。

关键词人防工事洞室；梁板受力；抵抗受荷载剪切；成拱分析法；稳定性评价。

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

一、 概况简介

白山市中房房地产开发有限公司拟建的“白山市南平住宅小区（15#--25#楼）场址的工程场地位于白山市第二十一中学西北侧，白山市人防办人防山洞之上。拟建工程涉及到的建筑物为住宅楼 11栋，住宅楼设计为4-6层，拟采用无筋扩展基础，混合结构。拟建场区是否适宜建筑，针对特殊的岩土工程地质条件，急需对地下人防山洞的稳定性进行岩土工程评价工作。为评价场址地下人防山洞的稳定性我院在场区内有代表性布置了3个钻孔，取扰动样3组，取原状样6组，取岩石试样3组，并分别做了土工试验。人防山洞的走向、跨度及高程详见“人防山洞和勘探点平面位置图”。

二、场地岩土工程地质条件

白山市位于吉林省的东南部山区，东经126°26'，北纬41°53'，人口约130万，区域地质属华北区的辽东分区的浑江小区。年平均气温4.9℃，年降水量842.8mm，年最高气温32.3℃，年最低气温 - 35.4℃，历年平均风速为2.0m/s，极端最大风速为19.7 m/s，风向SW。属中温带、半湿润、季风性、大陆型气候区。拟建场地位于市区南岭，场地地形起伏不大，地貌单元属三级阶地之上。场地所在区域为地质构造相对稳定区，地层产状稳定，岩层面有一定倾斜，区域无大的断裂和褶皱。

根据钻探揭露的地层和相关地质资料，区域地层主要由第四系地层及侏罗系地层组成。覆盖层主要为第四系冲积、残积及坡积层。基岩层为侏罗系泥质砂岩。场地各土层特征如下：

① 杂 填 土Q4ml：以粘性土为主，含碎石，杂色，局部为建筑垃圾，稍湿，松散状态，层厚1.40～1.60m。

② 粉质粘土：黄褐色Q4al，可塑至硬塑状态，属中压缩性土，用手可搓成0.50m m—2.00mm的土条，可见铁质浸染痕迹，层厚1.20～1.50m。

③碎 石 混 合 土Q4dl：黄褐色，以粗砂角砾含粘土为主，粗砂角砾含量大于30%，稍密状态，层厚2.50～3.20m。

④泥质砂岩J3：紫褐色，表层强风化、中等风化至未风化，泥砂质结构，块状及巨块状构造，层厚12.60～13.00 m。

⑤ 人防山洞：为1958-1969年，时期建造，内部支撑完好出露岩石稳定，洞壁用C30号砼砌置成直墙拱形，最大跨度6 m，最小跨度3 m，洞高2.50m。

⑥泥质砂岩J3：紫褐色，未风化，，泥砂质结构，块状及巨块状构造，此层未穿。

三、人防洞室顶板稳定性计算与评价

根据拟建场区的实际情况采用顶板按梁板受力情况，抵抗受荷载剪切计算顶板的厚度，洞室顶板塌落拱理论三种方法进行洞室顶板稳定性的计算与评价：

（一）、顶板按梁板受力情况计算时顶板稳定性计算与评价

洞室顶板岩层厚最小12.60m，重力密度25.5 KN/m3, 顶板岩层上覆土层厚度5.90m，重力密度标准值19.71KN/m3, 顶板上建筑物附加荷载按260KPa考虑，洞室跨度L最大为6 m，岩体取湿抗压强度R平均值14.17MPa。

1、单位长度、宽度顶板所受总荷重为P(土重P1、岩重P2、建筑物荷载P3之和)

P=P1+P2+P3 =1×5.90×19.7+1×12.60×25.5+1×260=697.53(KN/m)

2、顶板受力弯矩M(按最大值悬臂梁受力情况计算)

M = ½×P×L2 = 1/2×697.53×62 =12555.54 (KN.m)

3、支座处的剪力fs

fs = ½×P×L = 1/2×697.53×6 = 2092.59(KN)

4、岩体计算抗弯强度σ

σ=R/8=14.17×1000/8=1771.25(KPa)

5、岩体计算抗剪强度S

S = R/12=14.17×1000/12=1180.83(KPa)

6、顶板抗弯验算所需的最小厚度

H ≥ [6M/bσ] ½=[6×12555.54/1×1771.25] ½=6.522(m)

而顶板实际厚度为12.60m，故大于抗弯验算所需的最小厚度6.522(m)。

7、抗剪验算

4fs/ H2=4×2092.59/12.602=52.72(KPa)

4fs/ H2=52.72 KPa

故顶板实际厚度满足抗剪验算要求。

所以按梁板受力情况计算时人防工事的地下洞室顶板是稳定的。

（二）、按抵抗受荷载剪切计算顶板的厚度进行评价

1、顶板所受总荷重为P(土重P1、岩重P2、建筑物荷载P3之和)

P=P1+P2+P3 = （5.90×19.7+12.60×25.5+260×6×50=209259(KN)

2、洞室顶板的总抗剪力(洞室跨度6m，长度50m)

T= H×R×U/12 = 12.6×14.17×1000×(6×2+50×2)/12=1666392(KN)

因T> P，故人防工事的地下洞室顶板在受荷载剪切情况下是稳定的。

（三）、按顶板塌落拱理论计算洞室顶板稳定性的评价（成拱分析法）：

1、按成拱理论计算塌落拱高度h1

h1 =[6/2+2.5×tan(45°-40.8°/2)]÷tan40.8=4.80(m)

2、塌落拱稳定后洞顶板的厚度h

h = 15.10-2.50-4.80 = 7.80(m)

故该洞室塌落稳定后，洞顶板厚度为7.80m。满足上部建筑物荷载的要求。

通过以上三种方法验算可知，人防洞室上部加荷后，洞室顶板稳定。

四、结论

根据以上分析与论证，拟建场地人防工事的地下洞室稳定，拟建场区无不良地质作用，适宜建筑。建筑物荷载可按260KPa考虑。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及参照《吉林省地震动参数区划工作图》（2001.8颁布），场地地震抗震设防烈度小于Ⅵ度，设计基本地震加速度小于0.05g。反应谱特征周期为0.35s。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）4.1.3条划分土的类别，场地土的类别为二类土，地基土为中软土。

根据《中国季节性冻土标准冻深线图》场地标准冻结深度为1.40m。为冻胀土。

参考文献：

1)《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；

2)《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

3)《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；

4)《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）；

5)《岩土工程勘察技术暂行规定》（DB22/T428-2005）；

6)《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；

7)《工程地质手册》（第三版）；