淺論土木工程

劉志娥

【摘 要】應(yīng)該說大部分土木工程技術(shù)是改革開放后為了適應(yīng)工程建設(shè)發(fā)展的需要而引進(jìn)的。目前筆者經(jīng)過總結(jié)，認(rèn)為近三年來有如下幾項(xiàng)新技術(shù)：

1、地下工程與深基礎(chǔ)施工技術(shù)，特別是深基坑的邊坡支護(hù)和信息化施工技術(shù)，同時(shí)還有特種地基（包括軟土地基）的加固處理技術(shù)。

2、高層建筑成套施工技術(shù)。特別是超高層鋼結(jié)構(gòu)、勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用技術(shù)。

3、小型混凝土砌塊建筑和框架輕墻建筑體系技術(shù)，用于改進(jìn)與提高多層建筑功能質(zhì)量。

4、建筑節(jié)能、環(huán)保與生態(tài)建設(shè)技術(shù)。

5、開發(fā)智能建筑技術(shù)，研究解決施工安裝與調(diào)試中的問題。

6、建筑施工中的現(xiàn)代信息技術(shù)。

7、復(fù)雜結(jié)構(gòu)定位測控技術(shù)。

8、建筑企業(yè)的現(xiàn)代管理和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】加固處理；建筑節(jié)能；環(huán)保；信息化；智能建筑等

1. 引言

（1）目前，我國已經(jīng)開始大規(guī)模地利用地下空間進(jìn)行地下鐵道﹑地下停車場、地下倉庫、地下商場等地下結(jié)構(gòu)的建設(shè)及熱力管道、電力管道、通信電纜、給排水管道、燃?xì)夤艿栏鞣N管道的鋪設(shè)。在地下空間的開發(fā)利用過程中，地下結(jié)構(gòu)技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。以下主要對各種新型的地下空間結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)作了簡單的介紹。

（2）隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口急劇膨脹，許多城市都不同程度地出現(xiàn)了建筑用地緊張、生存空間擁擠、交通阻塞、基礎(chǔ)設(shè)施落后、生態(tài)失衡、環(huán)境惡化等疾病，給人們的居住生活帶來了很大影響，也嚴(yán)重制約了城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，成為我國現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的障礙。因此，地下空間在城市可持續(xù)發(fā)展中的作用與地位日益突出，越來越得到人們的重視。在國際上，1991年，《東京宣言》提出“21世紀(jì)是人類地下空間開發(fā)利用的世紀(jì)”的口號(hào)。

（3）現(xiàn)代土木工程技術(shù)是伴隨現(xiàn)代化建設(shè)而發(fā)展的。土木工程功能化，交通高速化，城市建設(shè)立體化，綜合改飛善人居環(huán)境已成為現(xiàn)代土木工程的特征。近3年以來土木工程新技術(shù)不斷發(fā)展，為此筆者為您介紹具體土木工程的技術(shù)應(yīng)用新情況。

2. 部分新技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1 地基處理綜合應(yīng)用新技術(shù)。

近幾年，多種地基處理技術(shù)的綜合應(yīng)用得到重視和發(fā)展，比如在澳門國際機(jī)場人工島建設(shè)中綜合應(yīng)用了換填法、排水固結(jié)法、振沖密實(shí)法和表層壓密法等多種地基處理方法，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。多種地基處理技術(shù)的綜合應(yīng)用是很重要的方向，下面簡單介紹我公司在浦東國際機(jī)場三跑道地基處理的情況：

2.2 三跑道是上海航空樞紐港的重要組成部分，總體規(guī)劃將其定位為一跑道的近距跑道，位于現(xiàn)有一跑道西側(cè)，與一跑道平行相距460m。三跑道按照4F標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，跑道長3400m，道面寬60m，兩側(cè)道肩各寬7.5m。同時(shí)設(shè)置東（西）兩條平行滑行道、六條快速出口滑行道、六條穿越滑行道和西貨運(yùn)機(jī)坪等。

2.2.1 三跑道場區(qū)內(nèi)主要工程地質(zhì)問題：

通過工程地質(zhì)條件和沉降計(jì)算分析情況，可以認(rèn)為，三跑道場區(qū)主要存在兩個(gè)工程地質(zhì)問題：沉降變形問題和淺層土不均勻及低強(qiáng)度問題。

2.2.1.1 沉降變形問題：

①淺部土層沉降變形。

②中部土層沉降變形。

③不均勻沉降變形。

2.2.1.2 淺部土層不均勻和低強(qiáng)度問題：

淺部土層的最大特征是不均勻性。在淺部土層厚度不大的范圍內(nèi)，物理力學(xué)性能差異較大，容易產(chǎn)生不均勻變形；其次，對于同一土層的不同位置，其物理力學(xué)性能也有較大的差異。

2.2.1.3 地基處理的目標(biāo)分析和確定：

（1）工后沉降問題越來越引起人們的關(guān)注，一方面因?yàn)樵谲浲恋貐^(qū)已經(jīng)建成的機(jī)場都發(fā)生了或多或少的工后沉降量，并且工后沉降已大于原有設(shè)計(jì)的沉降控制指標(biāo)，比如浦東機(jī)場一跑道、寧波櫟社機(jī)場、溫州永強(qiáng)機(jī)場、杭州蕭山機(jī)場、珠海機(jī)場、深圳機(jī)場以及濟(jì)南機(jī)場等；另一方面因?yàn)楸M管客觀上發(fā)生了一定程度的工后沉降，所有這些機(jī)場經(jīng)歷了時(shí)間的考驗(yàn)，目前都處于正常、安全和高效的運(yùn)行狀態(tài)，沒有發(fā)生工后沉降問題所導(dǎo)致的飛行安全問題；再一方面因?yàn)閲H民航組織亦未制定出明確的工后沉降相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，而目前國內(nèi)外軟土地區(qū)機(jī)場由于工后沉降控制問題所涉及到的問題較多，其取值直接影響到工程造價(jià)及道面的今后使用狀態(tài)，人們對這個(gè)問題的看法及看問題的角度仍不一致。根據(jù)大量的事實(shí)和數(shù)據(jù)，目前比較一致的看法是重點(diǎn)控制工后差異沉降。

（2）鑒于以上分析，提出“全范圍淺層處理+古河道深層處理”方案，從技術(shù)上來說，該方案的設(shè)計(jì)原則是允許工后沉降的均勻發(fā)生，但控制差異沉降坡度在1‰以內(nèi)。從施工工期而言，“全范圍淺層處理+古河道深層處理”方案施工時(shí)間可以控制在6個(gè)月以內(nèi)，并且通過增加施工設(shè)備和作業(yè)面等手段，易于全場區(qū)掌控施工周期。同時(shí)，大面積淺層處理的工程費(fèi)用將大大減少，三跑道地基處理面積115萬m2，大面積淺層處理可節(jié)省費(fèi)用約1.8億元。

2.2.1.4 三跑道地基處理方案：

一直以來，地基處理就是浦東機(jī)場場道工程建設(shè)的重要步驟和環(huán)節(jié)。合理的地基處理措施可以為跑道提供穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為今后跑道的正常運(yùn)營和維護(hù)發(fā)揮潛在的作用；合理的地基處理措施不僅要求技術(shù)先進(jìn)，還要求經(jīng)濟(jì)合理。針對三跑道存在淺層土不均勻、低強(qiáng)度和差異沉降變形等主要工程地質(zhì)問題，在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，上海機(jī)場建設(shè)指揮部于2005年8月底組織召開了三跑道大面積地基處理方案專家研討會(huì)，確定了全范圍“井點(diǎn)降水+墊層+沖擊碾壓”淺層處理結(jié)合古河道區(qū)域“真空預(yù)壓”深層處理的方案。該地基處理方案原則上允許工后沉降的均勻發(fā)生，但解決了大家關(guān)注的工后差異沉降和道槽基礎(chǔ)強(qiáng)度等問題，達(dá)到了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、縮短工期的目標(biāo)?！熬c(diǎn)降水+墊層+沖擊碾壓”淺層處理方案和“真空預(yù)壓”深層處理方案屬于在國內(nèi)機(jī)場首次大面積成功應(yīng)用，不僅節(jié)省了近億元的投資，還縮短了2個(gè)月的工期，也為沿海軟土地區(qū)的機(jī)場飛行區(qū)地基處理方式提供了有益借鑒。endprint

（1）淺層地基處理方案確定的理由：

淺層地基處理有很多種工藝，比如沖擊碾壓、強(qiáng)夯、重型機(jī)械壓實(shí)、振沖擠密、換填和排水擊密法等。根據(jù)三跑道的場地條件和工程地質(zhì)條件，確定三跑道淺層地基處理采用以下兩種方案之一：“井點(diǎn)降水+墊層+沖擊碾壓”方案和“井點(diǎn)降水+強(qiáng)夯+墊層+沖擊碾壓”方案，在兩種方案的比選中，在同樣能達(dá)到淺層地基處理目的的前提下專家認(rèn)為，“井點(diǎn)降水+墊層+沖擊碾壓”方案是三跑道經(jīng)濟(jì)而有效的淺層地基處理方案。這也是三跑道系統(tǒng)真正的設(shè)計(jì)革命，反映出民航設(shè)計(jì)總院和民航華東設(shè)計(jì)院的博弈中以華東院勝出而告終。

（2）深層地基處理方案確定的理由：

預(yù)壓法是深層地基處理常用的經(jīng)濟(jì)而有效的方法，根據(jù)場區(qū)實(shí)際情況，提出了“堆載預(yù)壓”和“真空預(yù)壓”兩個(gè)方法并進(jìn)行比選。真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法都屬于預(yù)壓法，對深層軟弱土基處理效果顯著，通過在預(yù)壓期內(nèi)基本或部分完成工程荷載作用下的預(yù)期沉降，從而減少工后沉降的發(fā)生，同時(shí)提高地基的承載力和穩(wěn)定性。針對三跑道，真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法相比具有更適用的特點(diǎn)：

三跑道的古河道區(qū)域深層地基處理采用真空預(yù)壓法。

2.2.2 三跑道地基處理施工工藝創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）三跑道場地屬河口、砂嘴、砂島地貌，為百年前新淤積而成的濱海平原，地基土質(zhì)總體上具有高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度的工程特征。通過工程地質(zhì)條件和沉降計(jì)算分析認(rèn)為，三跑道場區(qū)主要存在兩個(gè)工程地質(zhì)問題：沉降變形問題（主要是在古河道區(qū)域與兩側(cè)引起的差異沉降變形）和淺層土不均勻及低強(qiáng)度問題。如何有效解決上述問題是本次地基處理工程的一大難題。

（2）針對三跑道存在的主要工程地質(zhì)問題，提出了全范圍采用“高真空降水+山皮石墊層+沖擊碾壓”淺層加固處理，古河道區(qū)域采用“真空預(yù)壓+山皮石墊層+沖擊碾壓”深、淺結(jié)合處理，以達(dá)到減少差異沉降的目的。

（3）無論是真空預(yù)壓還是沖擊碾壓，在如此大面積的機(jī)場場道地基處理中都是首次采用。雖然沖擊碾壓在二跑道地基處理時(shí)已經(jīng)作為代替滿夯的措施開始使用，但三跑道第一次將其作為單獨(dú)的地基處理手段本身就是一種大膽的嘗試。真空預(yù)壓與沖擊碾壓相結(jié)合的地基處理方式的成功運(yùn)用，不僅為三跑道地基處理節(jié)約了投資，縮短了工期，同時(shí)也為類似工程提供了有益的借鑒。

2.2.3 沉降分析和容許沉降量的計(jì)算：

（1）工程荷載：對三跑道天然地基而言，其主要工程荷載包括道面結(jié)構(gòu)荷載和填土荷載。其中，道面結(jié)構(gòu)荷載為20.5KPa，填土荷載為8.6KPa。工程總荷載為29.1KPa。

（2）沉降變形計(jì)算式：地基沉降變形計(jì)算采用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）的分層總和法。

（3）沉降變形計(jì)算結(jié)果：在工程荷載（道面結(jié)構(gòu)荷載和填土荷載）作用下，跑道中線處天然地基的沉降為34.7cm（正常區(qū)域）和43.5cm（古河道區(qū)域）。

2.2.4 三跑道系統(tǒng)地基處理方案的實(shí)施：

2.2.4.1 真空預(yù)壓地基處理：

真空預(yù)壓技術(shù)是一個(gè)組合工藝，完成過程也需要其他的地基處理方法配合實(shí)現(xiàn)，如深層攪拌樁和塑料排水板的技術(shù)，設(shè)計(jì)技術(shù)要求如下：

①排水墊層材料采用砂礫石（上部10cm厚可采用中粗砂，以利于保護(hù)真空密封膜），墊層厚度為50cm，砂礫石墊層要求有良好的滲透性，滲透系數(shù)不低于10-2cm/s，含泥量不超過3%。

②塑料排水板采用C型，寬度10cm，厚度不小于4.5mm。塑料排水板呈等邊三角形平面布置，間距為1.5m。

③塑料排水板入土深度以穿透第④淤泥質(zhì)粘土層為準(zhǔn)，約為20m。

④真空預(yù)壓的膜下真空度應(yīng)保持在650mmHg以上。

⑤密封帷幕采用水泥攪拌樁。水泥攪拌樁的滲透系數(shù)檢測采用原位注水滲透檢測，現(xiàn)場成樁7天后取芯進(jìn)行注水試驗(yàn)，要求樁體的滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s。

表1

機(jī)型 機(jī)重t 壓實(shí)

輪重t 振幅cm 頻 率擊/秒 行駛速度Km/h 勢能KJ 動(dòng)能KJ沖擊力t

LICP3 27 12 22 1.7 12～15 25 200 250

LICP5 24 10 20 2.6 12～15 20 130 200

⑥卸載標(biāo)準(zhǔn)：真空預(yù)壓累計(jì)時(shí)間為60天，各真空預(yù)壓分區(qū)完成累計(jì)沉降平均值為25cm。

2.2.4.2 真空預(yù)壓地基處理監(jiān)測、檢測內(nèi)容：

①、孔隙水壓力監(jiān)測②、地下水位監(jiān)測③、膜下真空度監(jiān)測④、地面沉降監(jiān)測⑤、分層沉降監(jiān)測⑥、深層位移監(jiān)測⑦、原位十字板剪切試驗(yàn)。

2.2.4.3 真空預(yù)壓施工工藝：

（1）真空預(yù)壓標(biāo)準(zhǔn)化施工是從施工準(zhǔn)備、砂礫墊層施工工藝、塑料排水板施工工藝、水泥攪拌樁施工工藝、真空預(yù)壓工藝共5個(gè)施工工藝方面進(jìn)行明確的規(guī)范和統(tǒng)一。

①塑料排水板的施工。

②水泥攪拌樁密封墻的應(yīng)用：主要是解決砂質(zhì)粉土地層滲透系數(shù)過高的問題，該區(qū)域?yàn)?2.94～7.71×10-4cm/s，施工過程中如果不采取密封措施將難以達(dá)到設(shè)計(jì)的真空度。因此，在周邊采用水泥攪拌樁密封墻，增強(qiáng)密封效果和降低維護(hù)真空的成本，降低土體的滲透性。

③真空預(yù)壓階段的施工：

真空預(yù)壓工藝主要施工流程包括場地準(zhǔn)備、真空設(shè)備及安裝、密封薄膜及密封溝、抽真空、成品保護(hù)等5個(gè)工藝。

（2）真空預(yù)壓施工的主要成果和達(dá)到的指標(biāo)如下：

經(jīng)過90天真空預(yù)壓，試驗(yàn)區(qū)平均沉降量為21.8cm，最大沉降量達(dá)到27.3cm。

第④層淤泥質(zhì)粘土的分層沉降量約占總沉降量的60%左右，其十字板不排水抗剪強(qiáng)度提高29.4%，靜探比貫入阻力Ps提高18.5%；可見，真空預(yù)壓工藝達(dá)到了有效處理深部軟弱土層的目的。endprint

水泥攪拌樁作為第③2砂質(zhì)粉土的氣密性措施，效果明顯，能夠使膜下真空度長期保持在80KPa以上。

2.2.4.4 高真空降水施工：

（1）高真空降水處理影響質(zhì)量的關(guān)鍵在于其降水設(shè)備和井點(diǎn)管的布置方案，施工中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求和方案組織施工。

（2）高真空降水設(shè)備：為帶平衡裝置的可調(diào)高真空系統(tǒng)，系統(tǒng)包含高真空泵、平衡器、射流泵等。

（3）井點(diǎn)管布置：高真空降水井點(diǎn)管按照如下方案布置（井點(diǎn)降水管平面布置圖見圖1）：

A.井點(diǎn)管的布置為深層4m×8m，入土深度6m；淺層4m×4m，入土深度3m。

B.成井工藝基本要求：孔徑≮150mm、井點(diǎn)管直徑≮50mm、濾水管長度≮1.2m。

圖1 井點(diǎn)降水管平面布置圖

表2

大小

項(xiàng)目

比貫入阻力當(dāng)量值（MPa） 標(biāo)準(zhǔn)貫入當(dāng)量值（擊） 地基反應(yīng)模量（MPa/m3）

平均值 4.05 9.83 75.95

最大值 7.55 14.0 148.90

最小值 3.10 7.4 60.30

備注 檢測點(diǎn)220點(diǎn) 檢測點(diǎn)數(shù)220點(diǎn) 檢測點(diǎn)數(shù)185點(diǎn)

2.2.4.5 沖擊碾壓施工及工藝流程：

（1）原理及流程：沖擊碾壓是利用三邊形或五邊形重輪來產(chǎn)生集中沖擊能量對土基進(jìn)行壓實(shí)。這兩種機(jī)型工作中振幅不同，頻率不同，組合作用時(shí)土層產(chǎn)生不同振幅，不同頻率的振動(dòng)響應(yīng)，不易導(dǎo)致液化傾向。與傳統(tǒng)的振動(dòng)壓路機(jī)相比，沖擊碾壓將一般碾壓機(jī)具的高頻率、低振幅振動(dòng)改為低頻率、高振幅振動(dòng)，壓實(shí)沖擊能量可增加lO倍（以25kJ三邊形沖擊壓實(shí)機(jī)為例），壓實(shí)影響深度可達(dá)5m，在3～4m深度內(nèi)壓實(shí)效果明顯，對土基強(qiáng)度的提高有顯著作用，而且沖擊碾壓速度提高1～2倍，工作效率高。

（2）沖擊式壓實(shí)機(jī)械參數(shù)表（見表1）。

（3）三跑道沖擊碾壓地基處理后檢測綜合結(jié)果見表2（比貫入阻力頻度分布圖見圖2，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)頻度分布圖見圖3、道面區(qū)地基反應(yīng)模量頻度分布圖見圖4）：

2.3 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

（1）工程概況。

某大廈用地面積約6180m2，總建筑面積26695m2。本基坑工程開挖深度為9.6m～10.5m，局部集水井、電梯井落深區(qū)開挖11m～12.7m。基坑圍護(hù)采用SWM工法+二道砼圓環(huán)支撐相結(jié)合的圍護(hù)形式。

本工程場地地貌類型屬河口、砂嘴、砂島地貌，原地面標(biāo)高為3.78m～4.62m之間，場地高差0.84m。

圖2 比貫入阻力頻度分布圖

圖3 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)頻度分布圖

圖4 道面區(qū)地基反應(yīng)模量頻度分布圖

（2）場地概況。

基地周邊地下管線情況為：云鵑路管線排設(shè)情況，云鵑路西側(cè)由基地紅線向外分別為；上水（200mm）平面距紅線1.5米左右，埋深1.0～1.5米左右；信息（15孔）平面距紅線2米左右，埋深0.8米左右；污水（600mm）平面距紅線5.5米左右，埋深4.5～5.5米左右。云鵑路東側(cè)電力排管（15孔）平面距紅線26米左右，埋深2.0米左右；燃?xì)夤芫€（159mm）平面距紅線25米左右，埋深1.5米左右最近的上水管線離基地紅線距離約為1.5米。沿環(huán)湖西二路上東側(cè)管線排設(shè)情況，由基地向外分別排設(shè)為供排水（要搬遷）；電力排管（15孔）平面距新做圍墻1米左右，埋深2.0米左右；污水（600mm）平面距新做圍墻2.5米左右，埋深4.5～5.5米左右、信息（15孔）平面距新做圍墻5米左右，埋深0.8米左右；最近的電力排管距基地新做圍約為1米。

（3）各土層主要特征參數(shù)。

A.根據(jù)本工程巖土勘察報(bào)告顯示本地塊各土層主要特征參數(shù)分別如表3：

表3

層號(hào)土層名稱厚度（m）重度（γ）固結(jié)快剪C（KPa）φ（°）孔隙比（e）滲透系數(shù)（20℃）KV（cm/s）Kh（cm/s）

①1 素填土 1.05

①3 沖填土 1.67 17.9 15.0 16.01.053 2.66e-05 4.85e-05

②3 砂質(zhì)粉土 12.48 18.7 6.0 32.0 0.837 9.06e-04 1.03e-03

④ 淤泥質(zhì)粘土 4.3 17.0 11.0 11.5 1.364 1.75e-07 2.58e-07

⑤ 灰色粉質(zhì)粘土 8.92 17.6 16.0 15.0 1.162 1.93e-07 2.78e-07

⑦1 砂質(zhì)粉土 19.0 7.0 32.0 0.763

B.根據(jù)地質(zhì)資料顯示，基坑位于以飽和的粉性土為主的沖填土及砂質(zhì)粉土中，容易在地下動(dòng)水條件下產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。

（4）設(shè)計(jì)概況。

根據(jù)以上情況，基坑設(shè)計(jì)需要謹(jǐn)慎，為此建立了考慮周邊環(huán)境條件的、“基坑支撐一層并開挖一層（開挖第一層之前無支撐）為一工況，內(nèi)支撐置換一層并拆除一層為一工況”的深基坑多工況模擬模型，開展了基坑變形控制計(jì)算機(jī)模擬的拓展分析，分析了土體變形模量、內(nèi)摩擦角和粘聚力對基坑變形的影響，為基坑工程的變形控制提供理論依據(jù)和模擬參考。

（5）效果。

我們嚴(yán)格根據(jù)以上設(shè)計(jì)監(jiān)理的工況進(jìn)行施工，效果非常明顯?；拥乃凶冃瘟烤谝?guī)范范圍。

參考文獻(xiàn)

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[文章編號(hào)]1619-2737（2014）12-18-933endprint