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对岩土工程及其勘察的现状及发展研究

作者 :单 联 伟更新时间:2012-10-31

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摘 要:每个建筑场地上岩土工程的性状、建筑物在施工过程中和工程竣工后与岩土体之间的相互作用,都直接关系着工程的质量、经济和安全生产。分析了岩土工程的新进展以及展望,并对岩土工程勘察进行了研究。
关键词:岩土工程;岩土工程勘察;土动力学现状;地基处理
从岩土体本身而言,基于工程影响范围内岩土体边界条件的不确定性,岩土材料性质的可变性、力学性质既取决于应力历史也取决于当前的应力水平,以及岩土工程性质还会随时间变化和受外部环境的影响等多种因素,以致要获得与工程相关的岩土的准确分析资料和设计参数往往难度很大,其复杂性亦反映了岩土工程的重要性。
1 岩土工程的新进展与展望
随着环境保护和可持续发展的需要,岩土工程的设计与施工必须起好协调作用。我国岩土工程的发展与国民经济的发展战略密切相关,特别是沿海地区经济的飞速前进,高速交通工程系统的全面铺开、西部大开发等,对岩土工程从材料、理论到施工工艺提出了全方位的系统的要求。从事岩土工程的工程师们正处在内外部极好的条件之下,真可谓前景看好,大有可为。
1.1 在材料本构关系和计算方面
土的性质是十分复杂的,作为典型的多相散粒体材料,在低应力水平下土的应力应变关系(常称为土的本构关系)便呈现出明显的非线性特征。随着计算机的发展,计算方法和试验技术的进步,特别是大型岩土工程(如数百米高的土石坝、核电站地基等)的需要,促使人们更深入地探讨土的应力应变关系,掌握土的变形规律。
1.2 在基础结构分析和设计方面
由于传统地基应力的计算方法未能考虑基础埋深和多层土地基的影响,以及经典土力学理论计算中的弹性计算原理的缺陷等原因,使得传统的基础设计计算分析方法中关于沉降计算方法,越来越难以满足现代建筑条件下基础设计时沉降分析的需要。近几年来通过实际工程监测和分析,对传统估算公式的修正系数进行调整,并力图从理论和方法两方面有所突破。
在岩土工程的设计理论方面,随着高速公路和高速铁路等的修建,传统上以“强度”为设计依据的准则,逐渐由“变形”准则并向“功能”准则过渡。在岩土工程的分析中引入了可靠性设计理论,以便适应结构极限状态设计方法的发展趋势,由于岩土工程从材料准备到施工工艺整个过程中的不确定性,使可靠性设计水平要达到定值设计的可靠水平,仍需进行长期的试验检测和数据积累。
1.3 在地基处理方面
近年来,地基处理技术发展最快。在方法上有灌浆加固法、强夯法、砂石桩法、搅拌桩法、排水固结法、真空预压法等。在应用上从解决一般工程软弱地基加固向解决各类超软弱、深厚、深挖等大型工程地基加固方面发展,如在深厚软弱地基上高速公路和深基坑开挖中的应用等。在地基处理的目的上从以提高地基承载力与稳定性为目的向解决基础过大沉降和不均匀沉降为目的方向发展。在设计理论和设计方法上,依据大量的工程实践,修正了地基处理规范和设计手册。但从总体上看,地基处理的设计原理、计算方法、质量检测和评价还滞后于工程的应用,有待今后深入地研究和解决。
1.4 在土动力学方面
世界上的地震与各种外界振动因素的出现和影响,致使土动力学和土工抗震处于岩土工程的研究前沿,研究的内容主要表现在土的动力特性、动本构关系、震动液化、地震反应分析及土工抗震措施上。如岩土工程界已经认识到中主应力是影响饱和砂土孔隙变化的一个不容忽视的因素,开展了对原状土、非饱和土、垃圾土、冻土、海洋土以及粉土等不同种类土的动力特性的试验研究;采用了压电陶瓷材料制作的弯曲单元。
2 岩土工程勘察
勘察工作必须走在设计和施工之前,为设计和施工服务,为基本建设工程的全过程服务,只有准确地勘察资料,才可能有正确地设计和施工。勘察工作不仅要完成工程地质勘察,即反映和提供场地的地质资料和地基土的工程性质,而且要参与岩土工程问题的具体评价和整治方案,确保工程质量,提高经济效益和社会效益。
2.1 岩土工程勘察的基本任务
通过工程地质调查与测绘、勘探与岩土取样、原位测试、室内试验和岩土工程监测等工作,岩土工程勘察将完成以下任务:
(1)场地稳定性的评价。对若干可能的建筑场地或建筑场地不同地段的建筑适宜性进行技术论证,对公路和铁路各线路方案和控制工程的工程地质和水文地质条件进行可行性分析。
(2)为岩土工程设计提供场地地层和地下水分布的几何参数和岩土体工程性状参数。
(3)对岩土工程施工过程中可能出现的各种岩土工程问题(如开挖、降水、沉桩等)作出预测,并提出相应的防治措施和合理施工方法的建议。
(4)对建筑地基作出岩土工程评价,对基础方案、岩土加固与改良方案或其他人工地基设计方案进行论证和提出建议,根据设计意图监督地基施工质量。
(5)预测由于场地及邻近地区自然环境的变化对建筑场地可能造成的影响,以及工程本身对场地环境可能产生的变化及其对工程的影响。
(6)为现有工程安全性的评定、拟建工程对现有工程的影响和事故工程的调查分析提供依据。
(7)指导岩土工程在运营和使用期间的长期观测,如建筑物的沉降和变形观测等工作。
2.2 岩土工程勘察的基本程序
根据政府或其主管部门的有关批文,按规划或设计部门所定的拟建工程地点或路线的必经点(县、市或特殊地点)及可能的线路方案进行岩土工程勘察工作,其基本程序如下:
(1)通过调查、搜集资料、现场踏勘或工程地质测绘,初步了解场地的工程地质条件、不良地质现象及其他主要问题。
(2)针对工程的特点,结合场地的工程地质条件,明确工程可能出现的具体岩土工程问题(可采用分析原理或计算模式),以及所需提供的岩土技术参数。
(3)有针对性地制定岩土工程勘察纲要,选择有效的勘探测试手段,积极采用新技术和综合测试方法,计算合理的工作量,获得所需的岩土技术参数。
(4)确定岩土参数的最佳估值。通过岩土的室内或现场测试,依据场地的地质条件,考虑到岩土材料的不均匀性、各向异性和随时间的变化,评估岩土参数的不确定性,比较工程中岩土体工程性状与室内试验和现场测试的岩土体工程性状间的关系,用统计分析方法,确定岩土参数的最佳估值。当岩土参数有较大不确定性时,建议的设计岩土参数尤应慎重,必要时可通过原型试验或现场监测检验,或修正所建议的设计参数。
(5)根据所建议的岩土设计参数和工程经验的判断,对特定的岩土工程问题作出分析评价,对设计和施工的主要的技术要求提出建议,并提出改良和防治措施的方案。
可见,岩土工程勘察工作不仅在设计、施工前进行,而且在施工过程中,甚至延续到工程竣工后的长期观测,把勘察、设计、施工截然分开,各管一段的想法是有缺陷的。这里也对岩土专业工程师提出了拓宽专业理论、丰富实践经验的要求,只有懂得该工程建筑物的功能和工作特点,熟悉施工工艺,才能出色地完成岩土工程勘察的全过程任务。
3 岩土工程勘察阶段
3.1 选址勘察
选址勘察的目的是为了得到若干个可选场址方案的勘察资料。其主要任务是对拟选场址的场地稳定性和建筑适宜性作出评价,以便方案设计阶段选出最佳的场址方案。所用的手段主要侧重于搜集和分析已有资料,并在此基础上,对重点工程或关键部位进行现场踏勘,了解场地的地层、岩性、地质结构、地下水及不良地质现象等工程地质条件,对倾向于选取的场地,如果工程地质资料不能满足要求时,可进行工程地质测绘及少量的勘探工作。
3.2 初步勘察
初勘是在选址勘察的基础上,在初步选定的场地上进行的勘察,其任务是满足初步设计的要求。初步设计内容一般包括:指导思想、建设规模、产品方案、总平面布置、主要建筑物的地基基础方案、对不良地质条件的防治工作方案。初勘阶段也应搜集已有资料,在工程地质测绘与调查的基础上,根据需要和场地条件,进行有关勘探和测试工作,带地形的初步总平面布置图是开展勘察工作的基本条件。
3.3 详细勘察
经过选址和初勘后,场地稳定性问题已解决,为满足初步设计所需的工程地质资料亦已基本查明。详勘的任务是针对具体建筑地段的地质地基问题所进行的勘察,以便为施工图设计阶段和合理的选择施工方法提供依据,为不良地质现象的整治设计提供依据。对工业与民用建筑而言,在本勘察阶段工作进行之前,应有附有坐标及地形等高线的建筑总平面布置图,并标明各建筑物的室内外地坪高程、上部结构特点、基础类型、所拟尺寸、埋置深度、基底荷载、荷载分布、地下设施等。详勘主要以勘探、室内试验和原位测试为主。
3.4 施工勘察
施工勘察指的是直接为施工服务的各项勘察工作。它不仅包括施工阶段所进行的勘察工作,也包括在施工完成后可能要进行的勘察工作(如检验地基加固的效果)。但并非所有的工程都要进行施工勘察,仅在下面几种情况下才需进行:对重要建筑的复杂地基,需在开挖基槽后进行验槽;开挖基槽后,地质条件与原勘察报告不符;深基坑施工需进行测试工作;研究地基加固处理方案;地基中溶洞或土洞较发育;施工中出现斜坡失稳,需进行观测及处理。
以上说明了各勘察阶段所要侧重解决的问题,总之,场地稳定性是选址阶段所要侧重解决的问题,场地工程地质条件的均匀性是初勘阶段的重点,具体建筑地段的评价和选择施工方法是详勘的重点,后一勘察阶段总是在前面勘察阶段工作的基础上进行的。
参考文献
1 张明.浅谈岩土勘察工作及其相关问题[J].山西科技,2008(1)
2 王吉元.谈岩土工程勘察工作存在问题与解决措施[J].科技促进发展,2010(8)
3 宫云宽.沈阳市府恒隆广场工程地质特征分析与评价[D].东北大学硕士论文,2007
4 苏锦辉.论岩土工程勘察工作的优化[J]. 科技资讯,2008(7)
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