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蒋世国【摘要】岩土工程的勘察与设计是项目建设的基础,其目的是为工程项目后续的施工提供工程地质资料及技术参数,是工程建设的基础性环节,其勘察成果的优劣将直接影响到工程建设项目的安全和造价。文章介绍了岩土工程及其设计的特点、岩土工程勘察的理论依据并以工程勘察实例为例阐述了工程勘察的全过程控制手段和方法。
【关键词】岩土工程;勘察设计
一、引言
岩土工程的勘察与设计是项目建设的基础,其成果将直接影响建设项目的工程安全和造价,必须引起高度重视。岩土工程勘察的目的是运用各种勘察测试手段和方法,对建筑场地进行调查研究,分析判断修建各种工程建筑物的地质条件以及建设对自然地质环境的影响;研究地基和上部结构共同工作时,保证地基强度、稳定性以及不致产生过大沉降变形的措施,分析并提出地基的承载能力;提供基础设计、施工以及必要时进行地基加固所需要的工程地质和岩土工程资料。
二、岩土工程的特点
岩石的裂隙性和土的孔隙性是岩石和土区别于混凝土、钢材等人工材料的主要特点。
(1)岩石的裂隙性
岩石总是或稀或密、或宽或窄、或长或短地存在着各种各样的裂隙,这是岩石区别于混凝土的主要特点。这些裂隙有的粗糙不平,有的光滑;有的平直,有的弯曲;有的充填,有的不充填;有的产状规则,有的规律性很差。裂隙的成因复杂多样,有岩浆凝固收缩形成的原生节理,有沉积间断形成的层理,有构造应力形成的构造节理,有表生作用形成的卸荷裂隙和风化裂隙,还有变质作用形成的片理、劈理等,在岩石中构成极为多样非常复杂的裂隙系统。人们将岩石和裂隙视为一个整体称为“岩体”,将裂隙概化为“结构面”。搞清结构面的产状、参数和分布,是岩土工程勘察设计的重点和难点。
(2)土的孔隙性
根据土力学解释:土是一种散体结构的材料,存在孔隙。对于饱和土是固、液两相;对于非饱和土,是固、液、气三相。于是产生了有效压力和孔隙压力;孔隙压力又有孔隙水压力和孔隙气压力。在饱和土中,由于孔隙水压力的增长和消散,不同的加荷速率地基承载力不同;是否及时支撑,对软土基坑稳定有不同的表现;渗透系数和地层组合的差别,导致基础沉降速率的差别等等。饱和土中的超静水压力可导致挤土效应,使桩被挤断、挤歪和上浮;地震时的超静水压力导致砂土和粉土液化。非饱和土的孔隙气压力形成基质吸力,基质吸力随着土中含水量的增加而降低,因而是不稳定的。膨胀土和黄土随湿度的增加而强度显著降低,非饱和土基坑雨季容易发生事故,花岗岩残积土边坡暴雨容易发生浅层滑坡,都和基质吸力降低有关。总之,把握好孔隙压力是岩土工程的重要环节。
三、土工程设计的特点
建筑工程岩土工程设计在整个建筑工程设计中,占着非常重要的部分一是因为地基土情况变化复杂二是因为建筑物特别是高层建筑基础受力较复杂三是因为基础方案选择正确与否直接影响工程造价四是地基基础方案涉及深基础、浅基础、复合地基、基础托换、甚至基坑降水支护。要综合考虑桩土共同作用、地基基础与上部结构共同协调等,业务面知识面广泛。
因此,在工程设计中,要本着安全适用、经济合理、尽可能技术先进的原则,在不断学****国内外成功经验的基础上,不断完善设计。在基础方案设计中既要考虑上部结构的形式、荷载和刚度,又要考虑工程地质情况,还要考虑当地建筑材料及施工条件。
四、岩土工程勘察
岩土工程勘察所涉及的基本理论主要包括:土力学的理论、工程地质理论、工程力学理论等,是用地质学、岩土力学、工程地质学的理论,按照科学的勘察程序与方法,利用有效的测试仪器和技术,调查和工程建设有关的工程地质条件和水文地质条件,评价存在的与岩土工程有关的工程地质和水文地质问题,为工程建设的设计、施工等提供详实、科学、准确的地质资料。这些工程理论都是一种半科学半经验的理论,很多理论是建立在经验的基础上的,如很多公式都是经验公式。岩土工程问题的解决过程实际上是在理论的指导下,岩土工程技术人员利用自己的工程经验,结合工程实际情况,建立相应本构模型,运用合理适宜参数,加上良好的判断力,解决问题的过程。对岩土工程技术人员来说,扎实的基础理论同丰富的经验、良好的工程判断力是同等重要的。在学****和运用理论的过程中,一定要注意隐藏在公式和规律背后的背景知识和真正实际内涵及其假定边界条件。而积累经验的过程可分为:分析与预测→现场观测→对分析、预测和现场观测结果进行比较、分析、评估和总结3个过程,可见积累经验的过程也离不开理论的支持。
五、工程勘察实例
(1)工程概况
国内某大型钢铁企业决定投资2亿元建设1台360m2大型烧结机,采用先进技术和工艺节能降耗,加强环境治理,达到国内同类型烧结厂装备水平,争取将烧结工艺和装备水平迈上一个新台阶,3年半内收回投资,获得良好的经济效益和环保效益。其烧结机主厂房为钢筋混凝土结构,5层,高46m,厂房面积137m×22m。设计委托岩土工程勘察要求提供岩土技术参数及分析评价,并对基础设计及处理。对不良地质现象防治作出论证和建议,经业主委托,工程地质勘察单位组织施工,提交场地资料如下:主要土层分布为杂填土、粘土、粉质粘土、强风化页岩(埋深为28~30mm),中风化页岩等。水文地质状况为:上层滞水、水量不大。区域地质构造为低山丘陵与平原地带,区域断裂比较发育。根据构造调查,拟建场区无断裂通过。结论为:所建场区地层分布稳定,无断裂通过无不良地质作用,场地是稳定的,适宜建筑。
(2)现场桩基施工现状
根据现场条件和施工总体网络计划安排,挖孔桩基础计划1个半月全部完成,工程施工1月个多月有一根桩(C17),C18桩在23m出现大量涌水,其后三四天共有16根桩陆续出现涌水现象。B18号桩日涌水量达2000m3以上,采用水泵排水无法排干。经测量,其静止水位标高大部分在-19~-20m,其桩底离中风化岩面还有4m左右。根据详勘报告,地下水量不大,这与实际情况不符。另外,从另一处(B18桩)取样也发现岩性异常,即出现灰岩,而详勘报告定名为页岩。由于地质情况发生变化,整个挖孔桩工程全面停工。根据施工现场所反映的情况,设计单位对现场情况进行了详细分析,由于出现地下涌水和灰岩岩性,工程地质实际情况与原详勘报告不符合,采用排水疏干的办法难以奏效而机械钻孔受设备能力限制(桩径为2700大口径,且需嵌岩),难以实施,故拟采用桩筏基础。同时提出对施工区域进行工程补勘:对地下水性质进行综合评价,判明岩土整体性和稳定性,并查明是否有岩溶、断裂等不良地质作用。63583661