巖土工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及特征探討

高華+王媛媛

摘 要：巖土工程設(shè)計(jì)應(yīng)以最少的投資，最短的工期，達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)安全運(yùn)行，并滿足所有預(yù)定功能，具有對(duì)自然條件的依賴性、巖土性質(zhì)的不確定性、注重經(jīng)驗(yàn)特別是地方經(jīng)驗(yàn)等特性。在巖土工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意如下幾個(gè)方面：一是施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性；二是技術(shù)方法的適用性和有效性；三是環(huán)境限制和負(fù)面影響；四是基本資料的完整性和可靠性。

關(guān)鍵詞：巖土工程設(shè)計(jì)；內(nèi)涵；特征

1 巖土工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

巖土工程設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為應(yīng)以最少的投資、最短的工期，達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)安全運(yùn)行，并滿足所有預(yù)定功能，即包括預(yù)定功能要求、安全性和耐久性要求、投資和工期的經(jīng)濟(jì)性要求等三個(gè)方面。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素包括設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)預(yù)定的功能、場(chǎng)地條件、巖土性質(zhì)及其變異性、工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工環(huán)境，相鄰工程的影響、施工技術(shù)條件，設(shè)計(jì)實(shí)施的可行性、地方材料資源和投資及工期。同時(shí)，注意場(chǎng)地條件，防治災(zāi)害；合理選用巖土參數(shù)；定性分析與定量分析相結(jié)合。

巖土工程的設(shè)計(jì)需要多方面基礎(chǔ)資料，隨具體工程的需要而異。主要包括如下幾個(gè)方面材料：地形、水文、氣象資料；巖土工程勘察資料；建筑結(jié)構(gòu)資料；其他資料。

2 巖土工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1 對(duì)自然條件的依賴性

巖土工程與自然界的關(guān)系極為密切，設(shè)計(jì)時(shí)必須全面考慮氣象、水文、地質(zhì)、地下條件及其動(dòng)態(tài)變化，包括可能發(fā)生的自然災(zāi)害以及由于興建工程改變自然環(huán)境引起的災(zāi)害，必須特別重視調(diào)查研究，做好巖土工程勘察工作。

2.2 巖土性質(zhì)的不確定性

巖土參數(shù)是隨機(jī)變量。不同的測(cè)試方法會(huì)得到不同的測(cè)試值。差異往往相當(dāng)大，相互間無確定的關(guān)系。故在進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要掌握巖土參數(shù)及其概率分布，而且要了解測(cè)試的方法及測(cè)試條件與工程原型條件之間的差別。

2.3 注重經(jīng)驗(yàn)特別是地方經(jīng)驗(yàn)

近代土力學(xué)與巖石力學(xué)的建立，為巖土工程的計(jì)算和分析提供了理論基礎(chǔ)。但由于巖土性質(zhì)的復(fù)雜多變，以及巖土與結(jié)構(gòu)相互作用的復(fù)雜性，不得不作簡(jiǎn)化，以致預(yù)測(cè)和實(shí)際之間有時(shí)相差甚遠(yuǎn)。鑒于巖土工程計(jì)算的不完善，工程經(jīng)驗(yàn)特別是地方經(jīng)驗(yàn)，在巖土工程設(shè)計(jì)中應(yīng)予高度重視。

3 巖土工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下幾個(gè)方面

3.1 施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性

優(yōu)秀的設(shè)計(jì)要有優(yōu)質(zhì)的施工才能成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)有多種工法可選時(shí)，應(yīng)盡量選用施工簡(jiǎn)單，便于操作，施工單位熟悉的有經(jīng)驗(yàn)的工法。設(shè)計(jì)得過于復(fù)雜，會(huì)降低施工的可操作性。巖土工程多為隱蔽工程，質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)十分重要。挖孔樁的廣泛應(yīng)用，原因之一是質(zhì)量易于控制。有的工法雖有明顯的優(yōu)勢(shì)，但如質(zhì)量不易控制，也只得放棄。例如粉噴樁曾被一些地方封殺，不許使用，就是在于質(zhì)量不易控制。2002年版的《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，必須配有計(jì)量部門確認(rèn)的粉體計(jì)量裝置及攪拌深度自動(dòng)記錄儀，就是為了解決粉噴樁質(zhì)量的可控制性問題。

3.2 技術(shù)方法的適用性和有效性

方案的適用還是不適用，有效還是無效，是首先應(yīng)當(dāng)考慮的。例如，由于軟黏性土的透水性弱，孔隙水壓力難以消散，因此不宜采用強(qiáng)夯法加固，也不宜采用密集的擠土樁。密集擠土樁的擠土效應(yīng)造成斷樁、歪樁、浮樁的事故屢有發(fā)生。擋土墻背后的填土一般采用無黏性土，不采用黏性土，不僅是黏性土的壓實(shí)性不易控制，而且孔隙水容易積聚而增加土水壓力。所謂有效性，是指該方法能達(dá)到預(yù)期的效果。例如：建造在比較軟弱的地基土上，主樓與裙房連成一體的建筑，很難考慮采用天然地基或淺層地基處理。對(duì)變形要求嚴(yán)格的深基坑，如采用懸臂樁圍護(hù)，可能因變形超限而達(dá)不到預(yù)期效果。某種方法的有效性如何，顯而易見的可以通過直觀經(jīng)驗(yàn)判斷，直觀經(jīng)驗(yàn)難以判斷時(shí)，需通過驗(yàn)算作出結(jié)論。

3.3 環(huán)境限制和負(fù)面影響

環(huán)境條件是巖土工程設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。環(huán)境條件越嚴(yán)，可選的方案越少。無論何種方案或工法，一般都是有優(yōu)點(diǎn)，有缺點(diǎn)，有其適用的一面，又可能有某些負(fù)面影響。例如：城市中不能采用噪音大的錘擊式預(yù)制樁和沉管式灌注樁；泥漿污染城市，某些注漿材料污染地下水；有些施工方法影響人體健康；地下開挖和深基坑開挖時(shí)，大量抽排地下水，嚴(yán)重浪費(fèi)寶貴的水資源，不符合可持續(xù)發(fā)展原則；降落漏斗使鄰近工程產(chǎn)生附加沉降等等。

3.4 基本資料的完整性和可靠性

巖土工程設(shè)計(jì)應(yīng)有必備的基礎(chǔ)資料。但實(shí)際上，基礎(chǔ)資料不一定每個(gè)項(xiàng)目都十分完整和理想，概念設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分予以注意。例如巖溶發(fā)育地區(qū)地基條件十分復(fù)雜，除了威脅工程穩(wěn)定的洞隙、土洞、塌陷外，基巖面高低不平，變化無常，雖一柱一孔，也不能完全將基巖面查得清清楚楚。這就要求在此基礎(chǔ)上做的巖土工程設(shè)計(jì)留出必要的余地，以備施工勘察時(shí)根據(jù)具體情況補(bǔ)充必要的處理措施，對(duì)方案作必要的局部調(diào)整。

確定天然地基、復(fù)合地基、樁基的承載力是個(gè)很復(fù)雜的問題，載荷試驗(yàn)被認(rèn)為是比較可靠的方法，但并非每個(gè)工程都能做到。有些工程仍需要根據(jù)土性和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 巖土工程的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和應(yīng)急措施

由于地質(zhì)條件和巖土參數(shù)不易弄清，巖土工程設(shè)計(jì)常常不能一步到位，事先的定量計(jì)算只是一種估計(jì)，只有原型實(shí)測(cè)才最可靠。因此，需與信息化施工配合，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)原則已在邊坡設(shè)計(jì)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，基坑設(shè)計(jì)，堤壩設(shè)計(jì)，地下工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本方法是：根據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)估計(jì)算一個(gè)預(yù)測(cè)目標(biāo)，例如位移（正演）。施工過程中利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)反演設(shè)計(jì)參數(shù)，再用反演所得的參數(shù)正演目標(biāo)，如此反復(fù)，一次比一次更趨正確，在這個(gè)過程中，還可以通過“施工勘察”核查地質(zhì)條件，調(diào)整設(shè)計(jì)方案和施工程序，保證工程安全和經(jīng)濟(jì)， 并滿足所有預(yù)定功能，即包括預(yù)定功能要求、安全性和耐久性要求、投資和工期的經(jīng)濟(jì)性要求等三個(gè)方面。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)（第三版）[M].清華大學(xué)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：高華（1983- ），男，遼寧撫順人，本科，工程師，研究方向：巖土工程；王媛媛（1983- ），女，滿族，遼寧本溪人，本科，工程師，研究方向：巖土工程。endprint