巖土工程設計分析與探討

彭奇武

【摘要】巖土工程是以求解巖體與土體工程問題，包括地基與基礎，邊坡與土地工程等問題，作為自己的研究對象。巖土工程設計在巖土工程勘察活動結束后，根據甲方的施工要求，以及場地的地質，環境特征與巖土工程條件，所進行的樁基工程，地基工程，邊坡工程，基坑工程等巖土工程施工范疇的方案設計與施工圖設計。本文通過對巖土工程設計中涉及的有關項目和內容，進行了分析和探討。

【關鍵詞】可靠性;巖土工程設計;巖土參數;功能與安全;可操作性

Geotechnical Engineering Analysis and Discussion

Peng Qi-wu

（Jiangxi Provincial Bureau of Geology and Geological Team 901PingxiangJiangxi337000）

【Abstract】Geotechnical engineering is solving engineering problems of rock and soil， including foundation and foundation， slope and land engineering and other issues， as their object of study. At the end of geotechnical design geotechnical investigation activities， according to the construction requirements of the Party， and the site geology， geotechnical engineering and environmental characteristics of the condition， pile works carried out， foundation engineering， engineering， excavation and other areas of geotechnical engineering design and construction design. Based on the content of the project and involved in geotechnical design， analyzed and discussed.

【Key words】Reliability;Geotechnical design;Geotechnical parameters;The function and safety;Operability

1. 引言

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、投資和工期的經濟性要求等三個方面。

1.1設計時應考慮的因素。設計時應考慮的因素包括設計使用年限內預定的功能、場地條件、巖土性質及其變異性、工程結構特點、施工環境，相鄰工程的影響、施工技術條件，設計實施的可行性、地方材料資源和投資及工期。

1.2注意場地條件，防治災害。

1.3合理選用巖土參數。

1.4定性分析與定量分析相結合。

2. 設計基礎資料

巖土工程的設計基礎資料，隨具體工程的需要而異。

（1）地形、水文、氣象資料。

（2）巖土工程勘察資料。

（3）建筑結構資料。

（4）其他資料。

3. 巖土工程設計的特點

3.1對自然條件的依賴性。巖土工程與自然界的關系極為密切，設計時必須全面考慮氣象、水文、地質、地下條件及其動態變化，包括可能發生的自然災害以及由于興建工程改變自然環境引起的災害，必須特別重視調查研究，做好巖土工程勘察工作。

3.2巖土性質的不確定性。巖土參數是隨機變量，變異性寺。而且，不同的測試方法會得到不同的測試值。差異往往相當大，相互間無確定的關系。故在進行巖土工程設計時，不僅要掌握巖土參數及其概率分布，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。

3.3注重經驗特別是地方經驗。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。但由于巖土性質的復雜多變，以及巖土與結構相互作用的復雜性，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，工程經驗特別是地方經驗，在巖土工程設計中應予高度重視。

3.4原位測試，實體試驗、原型觀測的特殊地位。取試樣進行室內試驗仍是巖土測試的重要手段，但由于小塊試樣的代表性不足，取試樣、運輸、保存、試驗過程中的擾亂，某些巖土無法取試樣等問題而顯出它的局限性，故原位測試在巖土工程勘察中被廣泛應用。但是，原位測試一般因應力、應變條件復雜，影響因素多，和實體工程差異大等的原因，難以進行理論分析。有些原位測試項目不直接得出設計參數.甚至和設計參數沒有物理概念上的聯系，成果的應用帶有很強的經驗性和地區性。為了避免尺寸效應的影響。有時某些工程要做實體試驗，如足尺的平板載荷試驗，樁載荷試驗，錨桿抗拔試驗等。只要這些試驗有足夠的代表性，可以作為巖土工程可靠的最終設計依據。由于設計參數和計算方法不精確性，原型觀測對于檢驗巖土工程設計的合理性及監測施工的質量和安全，有特殊重要的意義。

4. 概念設計

4.1概念設計的必要性。對巖土工程的概念設計，目前尚無統一的認識。狹義的概念設計可理解為框架設計;廣義的概念設計，是指設計思想.設計主導理念。一項設計的優劣成敗，設計思想最為重要。巖土工程設計受諸多不確定因素的影響，單純的計算一般是不可靠的。因此，雖然巖土力學理論取得了長足進展，計算方法和設計軟件不斷創新，但概念設計仍不可忽視。概念是一種思維方式，將認識過程中感受到事物的共同特征抽象出來，加以概括，就是概念。所以概念反映的不是事物的表面，不是事物的片面，而是事物的本質。概念設計要從總體上，從本質上把握，對癥下藥，而不是單純某一經驗的應用，不是單純的截面設計，承載力計算，變形計算之類，更不是簡單的直觀判斷。概念設計時;必須對原理有深刻的理解，有豐富經驗的總結，有靈活動作的能力，從主導理念上總攬全局，牢牢掌握影響工程成敗的關鍵，關于實施效果有基本準確的估計，不犯概念性錯誤。概念創新設計則一定有總體上、本質上的創新。

4.2安全和功能要求。巖土工程設計必須保證工程在使用期間的安全和滿足預定功能要求，一般包括下列方面：

（1）在正常施工和正常使用條件下.能承受可能出現的各種作用。包括傳至基礎底面的結構荷載，邊坡、基坑、地下工程的巖土壓力。地下水的靜水壓力和動力壓力，必要時還要考慮地震作用，風荷載、波浪作用等等。必須保證在各種作用發生時，工程具有足夠的安全度。

（2）在正常使用條件下具有良好的工作性能。例如：對于建筑物地基，變形（沉降、差異沉降、傾斜、局部傾斜）不得超過限值：對于基坑，變形不得危及鄰近建筑物及市政設施的安全;對于基坑地下水的控制，應保證坑內適宜正常施工作業，確保相鄰工程和周邊環境不被破壞等等。

（3）在正常維護條件下具有足夠的耐久性。例如：對于長期緩慢沉降的地基，應考慮工程在整個使用年限內均能滿足變形限制的要求：對于地下室的防水抗浮設計，應按使用期間可能出現的最高水位設計;對于垃圾填埋場，其防滲襯層的材料和結構，應保證使用年限內有效，不致老化、開裂、滲漏;對于基坑，如需渡過雨季、冬季，應保證雨季、冬季的安全;對于鄰近有重要工程的永久性邊坡，設計使用年限不應低于受影響的相鄰工程的使用年限等等。

（4）在偶然事件發生時或發生后，仍能保證必需的整體穩定性。例如：某些高邊坡、圍堰、垃圾填埋場等，在發生罕遇地震時，可能發生破壞，但不致因整體失穩而造成十分嚴重的后果。

（5）在正常施工、使用和維護條件下.對環境的影響不超過限值;例如：施工噪音，強夯振動，擠土效應等對環境和鄰近工程的影響;降低地下水位造成區域降落漏斗的影響在已有建筑物側旁開挖，使既有建筑物產生附加變形，甚至威肋其安全：垃圾填埋場污染物泄漏和運移造成環境污染等等。

5. 注意事項

5.1技術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。某種方法的有效性如何，顯而易見的可以通過直觀經驗判斷.直觀經驗難以判斷時，需通過驗算作出結論。

5.2施工的可操作性和質量的可控制性。優秀的設計要有優質的施工才能成為現實。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，原因之一是質量易于控制。有的工法雖有明顯的優勢，但如質量不易控制，也只得放棄。例如粉噴樁曾被一些地方封殺，不許使用，就是在于質量不易控制。2002年版的建筑地基處理技術規范》規定，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量的可控制性問題。

5.3環境限制和負面影響。環境條件是巖土工程設計必須考慮的重要因素。環境條件越嚴，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，不符合可持續發展原則;降落漏斗使鄰近工程產生附加沉降等等。

5.4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。例如巖溶發育地區地基條件十分復雜，除了威肋工程穩定的洞隙、土洞、塌陷外，基巖面高低不平，變化無常，雖一柱一孔，也不能完全把各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具體情況補充必要的處理措施，對方案作必要的局部調整。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土性和經驗進行設t。

6. 結論與建議

由于地質條件和巖土參數不易弄清，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。動態設計的基本方法是：根據已經掌握的數據估計算一個預測目標，例如位移（正演）。施工過程中利用現場觀測數據反演設計參數，再用反演所得的參數正演目標，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”核查地質條件，調整設計方案和施工程序，保證工程安全和經濟，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、投資和工期的經濟性要求等三個方面。

參考文獻

[1]巖土工程勘察與設計——人民交通出版社.

[2]樁基手冊——中國建筑工業出版社.

[3]工程地質與巖土工程——中國建工.

[4]土力學與巖土工程師——中國科學出版社.

[5]巖土工程研究——武漢理工.

[6]巖土工程測試——機械工業出版社.