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巖土工程設計的內(nèi)涵及特征總結(jié)
摘 要：巖土工程設計應以最少的投資，最短的工期，達到設計使用年限內(nèi)安全運行，并滿足所有預定功能，具有對自然條件的依賴性、巖土性質(zhì)的不確定性、注重經(jīng)驗特別是地方經(jīng)驗等特性。在巖土工程設計時，應重點注意如下幾個方面：一是施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性；二是技術(shù)方法的適用性和有效性；三是環(huán)境限制和負面影響；四是基本資料的完整性和可靠性。
關(guān)鍵詞：巖土工程設計；內(nèi)涵；特征
1 巖土工程設計的內(nèi)涵
巖土工程設計，我們認為應以最少的投資、最短的工期，達到設計使用年限內(nèi)安全運行，并滿足所有預定功能，即包括預定功能要求、安全性和耐久性要求、投資和工期的經(jīng)濟性要求等三個方面。
設計時應考慮的因素包括設計使用年限內(nèi)預定的功能、場地條件、巖土性質(zhì)及其變異性、工程結(jié)構(gòu)特點、施工環(huán)境，相鄰工程的影響、施工技術(shù)條件，設計實施的可行性、地方材料資源和投資及工期。同時，注意場地條件，防治災害；合理選用巖土參數(shù)；定性分析與定量分析相結(jié)合。
巖土工程的設計需要多方面基礎資料，隨具體工程的需要而異。主要包括如下幾個方面材料：地形、水文、氣象資料；巖土工程勘察資料；建筑結(jié)構(gòu)資料；其他資料。
2 巖土工程設計的特點
2.1 對自然條件的依賴性
巖土工程與自然界的關(guān)系極為密切，設計時必須全面考慮氣象、水文、地質(zhì)、地下條件及其動態(tài)變化，包括可能發(fā)生的自然災害以及由于興建工程改變自然環(huán)境引起的災害，必須特別重視調(diào)查研究，做好巖土工程勘察工作。
2.2 巖土性質(zhì)的不確定性
巖土參數(shù)是隨機變量。不同的測試方法會得到不同的測試值。差異往往相當大，相互間無確定的關(guān)系。故在進行巖土工程設計時，不僅要掌握巖土參數(shù)及其概率分布，而且要了解測試的方法及測試條件與工程原型條件之間的差別。
2.3 注重經(jīng)驗特別是地方經(jīng)驗
近代土力學與巖石力學的建立，為巖土工程的計算和分析提供了理論基礎。但由于巖土性質(zhì)的復雜多變，以及巖土與結(jié)構(gòu)相互作用的復雜性，不得不作簡化，以致預測和實際之間有時相差甚遠。鑒于巖土工程計算的不完善，工程經(jīng)驗特別是地方經(jīng)驗，在巖土工程設計中應予高度重視。
3 巖土工程設計時應注意如下幾個方面
3.1 施工的可操作性和質(zhì)量的可控制性
優(yōu)秀的設計要有優(yōu)質(zhì)的施工才能成為現(xiàn)實。當有多種工法可選時，應盡量選用施工簡單，便于操作，施工單位熟悉的有經(jīng)驗的工法。設計得過于復雜，會降低施工的可操作性。巖土工程多為隱蔽工程，質(zhì)量的控制和檢驗十分重要。挖孔樁的廣泛應用，原因之一是質(zhì)量易于控制。有的工法雖有明顯的優(yōu)勢，但如質(zhì)量不易控制，也只得放棄。例如粉噴樁曾被一些地方封殺，不許使用，就是在于質(zhì)量不易控制。2002年版的《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，必須配有計量部門確認的粉體計量裝置及攪拌深度自動記錄儀，就是為了解決粉噴樁質(zhì)量的可控制性問題。
3.2 技術(shù)方法的適用性和有效性
方案的適用還是不適用，有效還是無效，是首先應當考慮的。例如，由于軟黏性土的透水性弱，孔隙水壓力難以消散，因此不宜采用強夯法加固，也不宜采用密集的擠土樁。密集擠土樁的擠土效應造成斷樁、歪樁、浮樁的事故屢有發(fā)生。擋土墻背后的填土一般采用無黏性土，不采用黏性土，不僅是黏性土的壓實性不易控制，而且孔隙水容易積聚而增加土水壓力。所謂有效性，是指該方法能達到預期的效果。例如：建造在比較軟弱的地基土上，主樓與裙房連成一體的建筑，很難考慮采用天然地基或淺層地基處理。對變形要求嚴格的深基坑，如采用懸臂樁圍護，可能因變形超限而達不到預期效果。某種方法的有效性如何，顯而易見的可以通過直觀經(jīng)驗判斷，直觀經(jīng)驗難以判斷時，需通過驗算作出結(jié)論。
3.3 環(huán)境限制和負面影響
環(huán)境條件是巖土工程設計必須考慮的重要因素。環(huán)境條件越嚴，可選的方案越少。無論何種方案或工法，一般都是有優(yōu)點，有缺點，有其適用的一面，又可能有某些負面影響。例如：城市中不能采用噪音大的錘擊式預制樁和沉管式灌注樁；泥漿污染城市，某些注漿材料污染地下水；有些施工方法影響人體健康；地下開挖和深基坑開挖時，大量抽排地下水，嚴重浪費寶貴的水資源，不符合可持續(xù)發(fā)展原則；降落漏斗使鄰近工程產(chǎn)生附加沉降等等。
3.4 基本資料的完整性和可靠性
巖土工程設計應有必備的基礎資料。但實際上，基礎資料不一定每個項目都十分完整和理想，概念設計時應充分予以注意。例如巖溶發(fā)育地區(qū)地基條件十分復雜，除了威脅工程穩(wěn)定的洞隙、土洞、塌陷外，基巖面高低不平，變化無常，雖一柱一孔，也不能完全將基巖面查得清清楚楚。這就要求在此基礎上做的巖土工程設計留出必要的余地，以備施工勘察時根據(jù)具體情況補充必要的處理措施，對方案作必要的局部調(diào)整。
確定天然地基、復合地基、樁基的承載力是個很復雜的問題，載荷試驗被認為是比較可靠的方法，但并非每個工程都能做到。有些工程仍需要根據(jù)土性和經(jīng)驗進行設計。
4 巖土工程的動態(tài)設計和應急措施
由于地質(zhì)條件和巖土參數(shù)不易弄清，巖土工程設計常常不能一步到位，事先的定量計算只是一種估計，只有原型實測才最可靠。因此，需與信息化施工配合，進行動態(tài)設計。這種設計原則已在邊坡設計，地基基礎設計，基坑設計，堤壩設計，地下工程設計中廣泛應用。
動態(tài)設計的基本方法是：根據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)估計算一個預測目標，例如位移（正演）。施工過程中利用現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)反演設計參數(shù)，再用反演所得的參數(shù)正演目標，如此反復，一次比一次更趨正確，在這個過程中，還可以通過“施工勘察”核查地質(zhì)條件，調(diào)整設計方案和施工程序，保證工程安全和經(jīng)濟， 并滿足所有預定功能，即包括預定功能要求、安全性和耐久性要求、投資和工期的經(jīng)濟性要求等三個方面。
參考文獻
[1] 常士驃.工程地質(zhì)手冊（第四版）[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007.
[2] 陳希哲.土力學地基基礎（第三版）[M].清華大學出版社，2004.
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