環保理念下“土力學與地基基礎”課程教學內容改革探索

張小禮+凌衛寧

【摘 要】本文對環保理念下進行“土力學與地基基礎”課程教學內容改革的必要性進行分析，提出從基坑工程、地基處理工程、基礎工程、舊建筑物基礎的再利用、巖土工程災害、實驗實訓教學等方面對“土力學與地基基礎”課程教學內容進行改革。

【關鍵詞】環保理念 土力學與地基基礎 教學內容 改革

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）02C-0079-02

傳統的“土力學與地基基礎”是以完成工程地基基礎的設計施工為目的，沒有考慮施工過程對環境的影響和破壞。隨著建筑用地的減少，建筑物的逐漸密集，巖土工程發展與環境的矛盾日益突出，目前形勢下必須考慮和分析巖土工程對環境的影響，在環保理念下設計和施工地基基礎工程。本文探討環保理念下“土力學與地基基礎”課程教學內容的改革。

一、環保理念下“土力學與地基基礎”課程教學內容改革的必要性

教學是提高人們解決巖土工程發展與環境矛盾的關鍵途徑，在環保理念下進行“土力學與地基基礎”課程教學內容改革，是由“土力學與地基基礎”課程研究內容本身、課程的授課對象所決定的。

“土力學與地基基礎”課程內容是由“土力學”與“地基基礎”兩部分內容構成，“土力學”主要研究土的物理力學性質，“地基基礎”主要研究“土力學”在工程實踐中的應用。可以說“土力學與地基基礎”就是指導人們如何改變地理地貌。環境的惡化會制約巖土工程的實施，而工程活動也進一步影響了環境，是工程活動的環境雙重性的具體體現。所以，在“土力學與地基基礎”教學中進行課程教學內容改革成為必然和必需。

“土力學與地基基礎”的授課對象決定了教學中進行教學內容改革的必要性。巖土工程環境的惡化問題雖然是由于過度開發、規劃的不合理等引起，但說到底其根源在人的思想。“土力學與地基基礎”主要針對土建類專業學生開設，他們是以后從事土木工程的設計和施工的高端技能人才，在他們走上工作崗位之前接受一些環保理念，才能在工作崗位上基于環保理念開展工作。

二、環保理念下“土力學與地基基礎”課程教學內容改革

在考慮環境影響的前提下，土木工程師考慮的問題就不僅僅是工程技術問題，還需要考慮工程對環境的影響。在“土力學與地基基礎”教學中，考慮到對環境的影響，可以在基坑工程、地基處理工程、基礎工程、已有建筑物基礎的再利用、巖土工程災害、實驗實訓教學等方面進行教學內容補充和改革。

（一）基坑工程方面。在基坑開挖中常常需要降低地下水水位，常用的降低地下水位的方法是井點降水法。由于水位下降導致土的自重應力增加，從而引起地面沉降，引起鄰近建筑物的傾斜、開裂。基坑開挖時，基坑內外存在一定的水頭差，當水力坡降較大時會引起基坑坍塌及開裂等問題。采用“按需降水”的理念對地下水的施工進行指導，這樣既減少了地下水環境的變化和建造成本，又降低了地下水變化對鄰近建筑物的影響。

基坑開挖對周邊環境的影響除了地下水的作用外，主動土壓力作用也不可忽視，它可使得側壁土體向坑內及垂直向下產生位移，導致基坑支護結構破壞而導致基坑失穩，另外基坑支護結構的破壞還會導致基底隆起，同時基坑支護結構的變形和位移也會影響鄰近的建筑物的安全，因此在基坑的開挖支護中一定要考慮到對相鄰建筑物的影響。

（二）地基處理工程方面。根據地基土的性質不同，相應的地基處理有多種方法，對環境的影響也各不相同。比如，化學灌漿法是將水玻璃或其他化學漿液壓入土的孔隙中，使土膠結成整塊，從而提高土的強度和抗水性。但是，在施工中漿液尚未固化，加上注漿是在一定壓力下進行，如防護措施不當會導致漿液向外圍擴散，污染周圍土質和水源。再如，強夯法處理地基時，強夯時產生的巨大沖擊能量使附近的場地下沉或隆起，并以沖擊波向外傳播，對周圍土體和建筑物產生擾動影響，同時產生震動和噪聲等環境公害，對人的身心健康造成危害。

再如，土工袋是將素土、摻石灰或水泥的普通土、砂 礫、礦渣、建筑渣土等裝在土工布縫制的編織袋內以用來增強地基承載力、控制地基沉降（特別是不均勻沉降）、減小行車振動對路基的影響。這是一種古老的地基處理方法，現在已被賦予了全新的含義，并被廣泛應用于鐵路、公路路基和房屋基礎等永久性建筑地基處理中。

因此，在以上課程內容的講授過程中，也可以適時地滲透環境保護的理念。在環保理念的指導下，工程的設計和施工要求更高，反過來也會對土力學及地基基礎的發展起到極大的推動作用。

（三）基礎工程方面。預制樁由于承載力高、質量容易保證、施工工期短而被廣泛應用。預制樁的沉樁根據施工方法可以分為靜力壓樁和動力壓樁。靜力壓樁施工過程中震動小、噪聲小、沒有泥漿污染等，在軟土地區有廣泛應用。但是，靜力壓樁有擠土效應，特別是飽和軟土地區，由于擠土引起的超孔隙水壓力導致地基產生水平和豎直位移，對鄰近的建筑物造成不利影響。而動力壓樁震動大、噪聲大、如果防護措施不當，容易產生泥漿污染。應該根據周圍環境，采取適當的沉樁方法。

（四）舊建筑基礎在新建筑建設中的再利用。隨著經濟的發展，城市規模的擴大，城市中建筑物的更新速度加快，特別是在城市的關鍵地段更是如此，由于土地價格的提高，為充分利用土地資源，往往新建建筑比擬拆的舊建筑更高、更大，這種拆舊建新的做法是當今城市改造的必然選擇。擬拆的舊建筑的基礎對將在其原址上新建的建筑來說，將產生相當的影響，若舊建筑基礎為天然地基上的淺基礎，對新建筑物的影響就較小，若舊建筑的基礎為樁基礎，則對新建筑的影響就大了。在條件允許的情況下，全部或部分利用舊樁基，不足部分補打新樁，不失為一種經濟可行的選擇。

（五）巖土工程災害。隨著土木工程建設的逐年投入，天然的地質災害發生的頻率也加大了，對我們的影響加大了，人們的工程活動引發的巖土工程災害也在加劇。例如大量開采深層地下水，使不少地方出現地表的大面積下沉，引發地表塌陷、地裂縫。建筑垃圾也污染了土地、空氣與地下水。大規模的水利水電工程、高速公路、高速鐵路工程可能引發次生地質災害，例如崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等。

（六）實驗實訓教學方面。地基土被污染后會造成其組成、結構和功能的變化。地基土受到污染，顆粒間的膠結鹽類被溶蝕消解，膠結結構遭到破壞，膠結強度降低，土的孔隙比增大、壓縮性增大，抗剪強度降低。為此，在土工試驗的設計中，可以采用純凈土和污染土做平行試驗的方法，比較得出環境污染對土的物理性質指標、抗剪強度指標和壓縮性指標的影響，加深學生對污染土性質的了解。

以下以原生土浸清水作為樣品純凈土A，以原生土浸廢堿液27d作為樣品污染土B做平行試驗，得出的純凈土與污染土物理性質指標、抗剪強度指標和壓縮性指標的試驗結果。

1.物理性質指標試驗。通過測定純凈土和污染土的物理性質指標，得出結果如表1所示。

可以從試驗數據得出，土被污染后，其重度和干重度顯著降低，而孔隙比、含水量、飽和度等指標明顯增大。土的物理性質指標的變化必然引起土的抗剪強度和壓縮性的變化。

2.抗剪強度指標試驗。通過測定純凈土和污染土的抗剪強度指標，得出結果如表2所示。

試驗數據說明，土被污染后，其粘聚力有所增大，而內摩擦角顯著降低，故土體污染后強度總體來說是降低的。究其原因，是以為土的抗剪強度受土的物理性質和孔隙水壓力的影響，而土體污染會改變土粒的礦物成分、土顆粒的形狀和級配、密度、含水量和土的結構，從而改變土的抗剪強度指標。

3.壓縮性指標試驗。通過測定純凈土和污染土的壓縮性指標，得出結果如表3所示。

試驗數據說明，土被污染后，其壓縮系數增大，壓縮模量減小，所以土的壓縮性提高。而土的承載力降低，故土體強度降低。

以上三個平行試驗，沒有過多地增加試驗內容，但是通過兩組數據對比，能夠明顯得出環境污染對土物理性質指標、抗剪強度指標和壓縮性指標的影響，從而讓學生了解到污染土的性質，認識到環境污染對工程的不利影響，也激發學生對保護環境的認同感。

【參考文獻】

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[3]張在明.對于發展環境巖土工程的初步探討[J].土木工程學報，2001（4）

【基金項目】2012年廣西水利電力職業技術學院教學研究項目“環保理念下基礎工程改革與創新理論”（2012zd03）

【作者簡介】張小禮（1978— ），甘肅天水人，廣西水利電力職業技術學院講師，研究方向：高職建筑工程技術專業教育；凌衛寧（1967— ），廣西北流人，廣西水利電力職業技術學院教授，研究方向：高職建筑工程技術專業教育。

（責編 王 一）