5.3 地基基础

5.3.4  井架立架一般通过支承框架坐落在井颈上，斜撑基础则位于天然地基上，因此要慎重考虑地基变形对井架带来的不利影响。

    通过对凿井井架、单斜撑式井架、双斜撑三柱式井架、双斜撑四柱式井架等几个工程实例进行归纳分析，得出如下结论。

    立井凿井井架是立井井筒施工期间进行提升和悬吊施工设备而设立的可多次重复使用的井架，主体一般为钢管拼装组成桁架式结构。本工程实例为新Ⅵ型凿井井架，天轮平台高27.50m，井架柱底平面轴线尺寸为17.94m×17.94m，3.5m提升天轮共两个，双侧提升。主要杆件编号见图9(a)，对不同工况组合件应力比见表1，天轮平台位移见表2。

    单绳桁架式钢井架由立架、天轮架、斜撑三部分组成，为桁架式钢结构。斜撑与立架通过斜杆相连，组成超静定空间结构。立架下端落于井颈上，斜撑基础一般为独立基础。本工程实例为某煤矿井架，天轮中心标高26.00m，天轮直径2.0m，井架斜撑A、B之间的距离为14.00m，A、C之间的距离为19.15m。主要杆件编号见图9(b)，对不同工况组合件应力比见表1，天轮平台位移见表2。

    多绳单斜撑式井架立架部分为框架式钢结构，上端支撑斜撑牛腿，下端作用于井筒上。斜撑为箱形梁柱组成的框架结构，斜撑柱下端与混凝土基础铰接连接。本工程实例为某井架，上天轮中心标高为30.7m，天轮直径为4.5m。井架斜撑A、B之间的距离为15.00m，A、C之间的距离为12.97m。主要杆件编号见图9(c)，对不同工况组合件应力比见表1，上天轮平台位移见表2。

    多绳双斜撑三柱式井架是在双斜撑四柱式井架基础上根据受力特点优化产生的，在受力较小的非提升侧采用一根支撑柱，立架一般自立于井颈上或悬挂于斜撑下。本工程实例为某矿井架，上天轮中心标高为57.050m，天轮直径为4.5m，该井架立架悬挂于斜架之下，立架底部与井颈脱开，仅约束水平方向的移动。井架斜撑A、B之间的距离为23.00m，A、C之间的距离为33.36m。主要杆件编号见图9(d)，对不同工况组合件应力比见表1，上天轮平台位移见表2。

图9  各类型井架主要杆件编号

    多绳双斜撑四柱式井架是一种常见及井架结构形式，分为立架和斜撑两部分，立架自立于井颈上或悬挂于斜撑上。双斜撑四柱式井架结构刚度大，在工作荷载作用下变形较小。本工程实例为某矿井架，上天轮中心标高为39.90m，天轮直径为5.5m，立架自立于井颈之上，与斜撑脱开。井架斜撑A、B之间的距离为17.00m，C、D之间的距离为17.00m。主要杆件编号见图9(e)，对不同工况组合件应力比见表1，上天轮平台位移见表2。

表1  不同工况组合件应力比

    注：沉降差按0.001L计算，L为斜撑基础间距。

表2  不均匀沉降引起的上天轮平台偏移

    注：1 X方向为提升方向，Y方向为垂直提升方向。

           2  表中偏移值为产生0.001L沉降差的计算值，未考虑其他组合。

    从井架的内力变化规律来看，总共可以分为两类，第一类是多次超静定结构井架，包括凿井井架、单绳桁架式钢井架、多绳双斜撑四柱式钢井架，这类井架结构冗余度大，对变形比较敏感，构件产生的次应力大。如凿井井架A点下沉0.001L时，工作荷载④号杆应力比接近断绳荷载，双斜撑四柱式钢井架在B点下沉0.001L时④号杆应力比已超过断绳荷载。如果对角线两点发生沉降，对结构更为不利。第二类是静定结构的井架，包括多绳单斜撑式井架、多绳双斜撑三柱式井架，从计算上看，不管是A点沉降还是A、B点共同沉降，结构产生的次应力小。

    井架基础不均匀沉降会产生井架的倾斜，从而导致提升中心线的偏移。井架抵抗变形的能力可根据不均匀沉降实际变形和几何变形的比值来确定。不均匀沉降造成天轮中心位置几何偏移值δ可按下式近似计算：

    式中：△——沉降差；

              h——上天轮中心高度；

              L——斜撑基础间距。

    几何变形值和斜撑基础间不均匀沉降(A或B点)产生的实际变形值，见表3。

表3  天轮中心几何偏移值和计算偏移值(A或B点沉降)

    从表3中可以看出，第一类超静定结构钢井架计算值与几何偏移值的比值在0.7～0.8，第二类静定结构井架为比值为0.8以上，变形接近几何值。

    综上所述，不均匀沉降对第一类是多次超静定结构井架会产生较大的次应力，对第二类静定结构井架，虽然次应力很小，但会产生较大的倾斜。不均匀沉降值的控制对这两类井架都是非常的重要。

    单斜撑之间沉降差按0.001L控制，井架正常提升和不均匀沉降产生的次应力组合不会超过井架设计应力的包络值，但沉降差会带来天轮平台的横向偏移，井架高度越大，横向刚度越弱，偏移值越大。因此，本标准对于单斜撑式井架，斜撑之间沉降差按0.001L控制，双斜撑井架，斜撑之间沉降差按0.0005L控制。本标准对井架地基变形允许值的控制比一般的民用建筑地基变形控制要严一些。

    对于上天轮中心高度大于或等于60m的井架以及双斜撑三柱式井架，地基变形允许值可取比本条规定更严的控制指标。

     斜撑基础与立架基础之间已经形成的沉降差大于规定数值时，必须验算不均匀沉降引起的附加应力，或采取调整措施。

5.3.6  淮北地区地面曾发生大范围的地基下沉现象，井架的立架一般坐落在井颈上，斜撑基础坐落在天然地基上，容易引起井架不均匀下沉。唐山地区开滦集团东欢坨矿井也曾发生由于井下排水引起工业场地地面下沉。因此井架设计应采用能适应地基下沉的结构形式或采取调整措施。