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巖土工程勘察設計
巖土工程勘察設計
【摘要】巖土工程的勘察與設計是項目建設的基礎，其目的是為工程項目后續(xù)的施工提供工程地質(zhì)資料及技術參數(shù)，是工程建設的基礎性環(huán)節(jié)，其勘察成果的優(yōu)劣將直接影響到工程建設項目的安全和造價。
文章介紹了巖土工程及其設計的特點、巖土工程勘察的理論依據(jù)并以工程勘察實例為例闡述了工程勘察的全過程控制手段和方法。
【關鍵詞】巖土工程;勘察設計
一、引言
巖土工程的勘察與設計是項目建設的基礎，其成果將直接影響建設項目的工程安全和造價，必須引起高度重視。
巖土工程勘察的目的是運用各種勘察測試手段和方法，對建筑場地進行調(diào)查研究，分析判斷修建各種工程建筑物的地質(zhì)條件以及建設對自然地質(zhì)環(huán)境的影響;研究地基和上部結(jié)構共同工作時，保證地基強度、穩(wěn)定性以及不致產(chǎn)生過大沉降變形的措施，分析并提出地基的承載能力;提供基礎設計、施工以及必要時進行地基加固所需要的工程地質(zhì)和巖土工程資料。
二、巖土工程的特點
巖石的裂隙性和土的孔隙性是巖石和土區(qū)別于混凝土、鋼材等人工材料的主要特點。
(1)巖石的裂隙性
巖石總是或稀或密、或?qū)捇蛘�、或長或短地存在著各種各樣的裂隙，這是巖石區(qū)別于混凝土的主要特點。
這些裂隙有的粗糙不平，有的光滑;有的平直，有的彎曲;有的充填，有的不充填;有的產(chǎn)狀規(guī)則，有的規(guī)律性很差。
裂隙的成因復雜多樣，有巖漿凝固收縮形成的原生節(jié)理，有沉積間斷形成的層理，有構造應力形成的構造節(jié)理，有表生作用形成的卸荷裂隙和風化裂隙，還有變質(zhì)作用形成的片理、劈理等，在巖石中構成極為多樣非常復雜的裂隙系統(tǒng)。
人們將巖石和裂隙視為一個整體稱為“巖體”，將裂隙概化為“結(jié)構面”。
搞清結(jié)構面的產(chǎn)狀、參數(shù)和分布，是巖土工程勘察設計的重點和難點。
(2)土的孔隙性
根據(jù)土力學解釋：土是一種散體結(jié)構的材料，存在孔隙。
對于飽和土是固、液兩相;對于非飽和土，是固、液、氣三相。
于是產(chǎn)生了有效壓力和孔隙壓力;孔隙壓力又有孔隙水壓力和孔隙氣壓力。
在飽和土中，由于孔隙水壓力的增長和消散，不同的加荷速率地基承載力不同;是否及時支撐，對軟土基坑穩(wěn)定有不同的表現(xiàn);滲透系數(shù)和地層組合的差別，導致基礎沉降速率的差別等等。
飽和土中的超靜水壓力可導致擠土效應，使樁被擠斷、擠歪和上浮;地震時的超靜水壓力導致砂土和粉土液化。
非飽和土的孔隙氣壓力形成基質(zhì)吸力，基質(zhì)吸力隨著土中含水量的增加而降低，因而是不穩(wěn)定的。
膨脹土和黃土隨濕度的增加而強度顯著降低，非飽和土基坑雨季容易發(fā)生事故，花崗巖殘積土邊坡暴雨容易發(fā)生淺層滑坡，都和基質(zhì)吸力降低有關。
總之，把握好孔隙壓力是巖土工程的重要環(huán)節(jié)。
三、土工程設計的特點
建筑工程巖土工程設計在整個建筑工程設計中，占著非常重要的部分一是因為地基土情況變化復雜二是因為建筑物特別是高層建筑基礎受力較復雜三是因為基礎方案選擇正確與否直接影響工程造價四是地基基礎方案涉及深基礎、淺基礎、復合地基、基礎托換、甚至基坑降水支護。
要綜合考慮樁土的共同作用、地基基礎與上部結(jié)構共同協(xié)調(diào)等，業(yè)務面知識面廣泛。
因此，在工程設計中，要本著安全適用、經(jīng)濟合理、盡可能技術先進的原則，在不斷學習國內(nèi)外成功經(jīng)驗的基礎上，不斷完善設計。
在基礎方案設計中既要考慮上部結(jié)構的形式、荷載和剛度，又要考慮工程地質(zhì)情況，還要考慮當?shù)亟ㄖ牧霞笆┕l件。
四、巖土工程勘察
巖土工程勘察所涉及的基本理論主要包括：土力學的理論、工程地質(zhì)理論、工程力學理論等，是用地質(zhì)學、巖土力學、工程地質(zhì)學的理論，按照科學的勘察程序與方法，利用有效的測試儀器和技術，調(diào)查和工程建設有關的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，評價存在的與巖土工程有關的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題，為工程建設的設計、施工等提供詳實、科學、準確的地質(zhì)資料。
這些工程理論都是一種半科學半經(jīng)驗的理論，很多理論是建立在經(jīng)驗的基礎上的，如很多公式都是經(jīng)驗公式。
巖土工程問題的解決過程實際上是在理論的指導下，巖土工程技術人員利用自己的工程經(jīng)驗，結(jié)合工程實際情況，建立相應本構模型，運用合理適宜參數(shù)，加上良好的判斷力，解決問題的過程。
對巖土工程技術人員來說，扎實的基礎理論同豐富的經(jīng)驗、良好的工程判斷力是同等重要的。
在學習和運用理論的過程中，一定要注意隱藏在公式和規(guī)律背后的背景知識和真正實際內(nèi)涵及其假定邊界條件。
而積累經(jīng)驗的過程可分為：分析與預測→現(xiàn)場觀測→對分析、預測和現(xiàn)場觀測結(jié)果進行比較、分析、評估和總結(jié)3個過程，可見積累經(jīng)驗的過程也離不開理論的支持。
五、工程勘察實例
(1)工程概況
國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)決定投資2億元建設1臺360m2大型燒結(jié)機，采用先進技術和工藝節(jié)能降耗，加強環(huán)境治理，達到國內(nèi)同類型燒結(jié)廠裝備水平，爭取將燒結(jié)工藝和裝備水平邁上一個新臺階，3年半內(nèi)收回投資，獲得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
其燒結(jié)機主廠房為鋼筋混凝土結(jié)構，5層，高46m，廠房面積137m×22m。
設計委托巖土工程勘察要求提供巖土技術參數(shù)及分析評價，并對基礎設計及處理。
對不良地質(zhì)現(xiàn)象防治作出論證和建議，經(jīng)業(yè)主委托，工程地質(zhì)勘察單位組織施工，提交場地資料如下：主要土層分布為雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土、強風化頁巖(埋深為28～30mm)，中風化頁巖等。
水文地質(zhì)狀況為：上層滯水、水量不大。
區(qū)域地質(zhì)構造為低山丘陵與平原地帶，區(qū)域斷裂比較發(fā)育。
根據(jù)構造調(diào)查，擬建場區(qū)無斷裂通過。
結(jié)論為：所建場區(qū)地層分布穩(wěn)定，無斷裂通過無不良地質(zhì)作用，場地是穩(wěn)定的，適宜建筑。
(2)現(xiàn)場樁基施工現(xiàn)狀
根據(jù)現(xiàn)場條件和施工總體網(wǎng)絡計劃安排，挖孔樁基礎計劃1個半月全部完成，工程施工1月個多月有一根樁(C17)在挖至16.8m時出現(xiàn)涌水，C18樁在23m出現(xiàn)大量涌水，其后三四天共有16根樁陸續(xù)出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。
B18號樁日涌水量達2000m3以上，采用水泵排水無法排干。
經(jīng)測量，其靜止水位標高大部分在-19～-20m，其樁底離中風化巖面還有4m左右。
根據(jù)詳勘報告，地下水量不大，這與實際情況不符。
另外，從另一處(B18樁)取樣也發(fā)現(xiàn)巖性異常，即出現(xiàn)灰?guī)r，而詳勘報告定名為頁巖。
由于地質(zhì)情況發(fā)生變化，整個挖孔樁工程全面停工。
根據(jù)施工現(xiàn)場所反映的情況，設計單位對現(xiàn)場情況進行了詳細分析，由于出現(xiàn)地下涌水和灰?guī)r巖性，工程地質(zhì)實際情況與原詳勘報告不符合，采用排水疏干的辦法難以奏效而機械鉆孔受設備能力限制(樁徑為2700大口徑，且需嵌巖)，難以實施，故擬采用樁筏基礎。
同時提出對施工區(qū)域進行工程補勘：對地下水性質(zhì)進行綜合評價，判明巖土整體性和穩(wěn)定性，并查明是否有巖溶、斷裂等不良地質(zhì)作用。
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