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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的施工提供工程地質資料及技術參數，是工程建設的基礎性環節，其勘察成果的優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，對建筑場地進行調查研究，分析判斷修建各種工程建筑物的地質條件以及建設對自然地質環境的影響;研究地基和上部結構共同工作時，保證地基強度、穩定性以及不致產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、或寬或窄、或長或短地存在著各種各樣的裂隙，這是巖石區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;有的產狀規則，有的規律性很差。
裂隙的成因復雜多樣，有巖漿凝固收縮形成的原生節理，有沉積間斷形成的層理，有構造應力形成的構造節理，有表生作用形成的卸荷裂隙和風化裂隙，還有變質作用形成的片理、劈理等，在巖石中構成極為多樣非常復雜的裂隙系統。
人們將巖石和裂隙視為一個整體稱為“巖體”，將裂隙概化為“結構面”。
搞清結構面的產狀、參數和分布，是巖土工程勘察設計的重點和難點。
(2)土的孔隙性
根據土力學解釋：土是一種散體結構的材料，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，對軟土基坑穩定有不同的表現;滲透系數和地層組合的差別，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吸力，基質吸力隨著土中含水量的增加而降低，因而是不穩定的。
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生事故，花崗巖殘積土邊坡暴雨容易發生淺層滑坡，都和基質吸力降低有關。
總之，把握好孔隙壓力是巖土工程的重要環節。
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、地基基礎與上部結構共同協調等，業務面知識面廣泛。
因此，在工程設計中，要本著安全適用、經濟合理、盡可能技術先進的原則，在不斷學習國內外成功經驗的基礎上，不斷完善設計。
在基礎方案設計中既要考慮上部結構的形式、荷載和剛度，又要考慮工程地質情況，還要考慮當地建筑材料及施工條件。
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、工程地質理論、工程力學理論等，是用地質學、巖土力學、工程地質學的理論，按照科學的勘察程序與方法，利用有效的測試儀器和技術，調查和工程建設有關的工程地質條件和水文地質條件，評價存在的與巖土工程有關的工程地質和水文地質問題，為工程建設的設計、施工等提供詳實、科學、準確的地質資料。
這些工程理論都是一種半科學半經驗的理論，很多理論是建立在經驗的基礎上的，如很多公式都是經驗公式。
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驗，結合工程實際情況，建立相應本構模型，運用合理適宜參數，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律背后的背景知識和真正實際內涵及其假定邊界條件。
而積累經驗的過程可分為：分析與預測→現場觀測→對分析、預測和現場觀測結果進行比較、分析、評估和總結3個過程，可見積累經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
國內某大型鋼鐵企業決定投資2億元建設1臺360m2大型燒結機，采用先進技術和工藝節能降耗，加強環境治理，達到國內同類型燒結廠裝備水平，爭取將燒結工藝和裝備水平邁上一個新臺階，3年半內收回投資，獲得良好的經濟效益和環保效益。
其燒結機主廠房為鋼筋混凝土結構，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及分析評價，并對基礎設計及處理。
對不良地質現象防治作出論證和建議，經業主委托，工程地質勘察單位組織施工，提交場地資料如下：主要土層分布為雜填土、粘土、粉質粘土、強風化頁巖(埋深為28～30mm)，中風化頁巖等。
水文地質狀況為：上層滯水、水量不大。
區域地質構造為低山丘陵與平原地帶，區域斷裂比較發育。
根據構造調查，擬建場區無斷裂通過。
結論為：所建場區地層分布穩定，無斷裂通過無不良地質作用，場地是穩定的，適宜建筑。
(2)現場樁基施工現狀
根據現場條件和施工總體網絡計劃安排，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時出現涌水，C18樁在23m出現大量涌水，其后三四天共有16根樁陸續出現涌水現象。
B18號樁日涌水量達2000m3以上，采用水泵排水無法排干。
經測量，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)取樣也發現巖性異常，即出現灰巖，而詳勘報告定名為頁巖。
由于地質情況發生變化，整個挖孔樁工程全面停工。
根據施工現場所反映的情況，設計單位對現場情況進行了詳細分析，由于出現地下涌水和灰巖巖性，工程地質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。
同時提出對施工區域進行工程補勘：對地下水性質進行綜合評價，判明巖土整體性和穩定性，并查明是否有巖溶、斷裂等不良地質作用。
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