可持續發展視角下的巖土工程勘察策略與措施

江靜波

（中國建筑材料工業地質勘查中心浙江總隊）

1 引言

當今可持續發展已成為全球各領域發展的重要指導原則，巖土工程，尤其是地基處理，直接關系到建筑物的穩定性和安全性，也對環境、資源、能源等產生重要影響。因此，如何在保證工程質量安全的同時，實現環境的保護，資源和能源的合理利用，經濟效益的提高，成為巖土工程領域亟待解決的問題。

2 可持續發展視角下的巖土工程勘察策略

2.1 評估并降低工程對環境的影響

為降低巖土工程對周邊環境的影響，應在施工前期進行全面、精細的環境影響評估，如全面環境基線調查，以及對于工程可能產生的各種環境影響進行科學、準確地預測。另外，還需要對工程施工和運行過程中可能產生的環境影響，如排放物種類、數量、擴散路徑等進行精細預測，采取有效的策略和措施降低環境影響，在施工過程中，應當實施嚴格的環保管理制度，防止環保措施的落地不徹底，同時提升工作人員的環保意識，讓他們認識到環保的重要性。在工程施工和運行過程中，應當持續進行環境影響的監測，觀察實際環境影響是否符合預測結果，對于超出預期的環境影響，應當及時采取補救措施。工程結束后，應當對破壞的環境進行修復，恢復其自然狀態，對于一些無法修復的環境影響，如土地占用等，應當采取補償措施，如支付環境補償費，進行環境建設等[1]。

2.2 提升巖土工程的經濟效益

可持續性已經成為巖土工程設計的重要因素之一，不僅要考慮到工程的環保性，也必須注重其經濟效益。提升巖土工程的經濟效益，要精確地預算和控制工程成本，并提升其運行效益和社會價值。巖土工程應通過科學合理的設計，降低建設和運行成本，優化設計方案，減少材料和設備的使用，在工程實施過程中進行高效管理，減少延誤和浪費。設計方案的選擇應基于對地質條件的深入理解和合理評估，同時結合當地環境因素、工程需求，以及相關法規政策，以最低的投入實現預定的目標。此外，巖土工程的長期運行效益也是提升經濟效益的重要因素，要在設計階段就充分考慮工程的使用壽命和維護成本。巖土工程通常是基礎設施項目的重要組成部分，如高速公路、橋梁、大壩、隧道等，基礎設施工程的建設和運行能直接帶動經濟發展，提高人民的生活水平。因此，需要將工程的社會價值最大化，比如，提高其服務質量和范圍，促進地區經濟發展，改善人民的生活條件等。在工程設計、建設、試運營階段不斷探索新的方法和技術，以提高工程效率，降低成本，提升服務質量，并建立完善的評估和反饋機制，進一步提升工程的經濟效益。

2.3 社會影響和人文因素的考慮

巖土工程的實施不僅僅涉及科學與技術的挑戰，還必須全面考慮社會影響和人文因素。巖土工程的建設不僅能夠創造就業機會，推動地方經濟發展，改善交通出行等生活條件，還可能帶來一系列的社會影響。例如，工程可能會導致居民搬遷，土地使用權的變動，甚至影響當地的生態環境和文化遺產。因此，必須在工程規劃和設計階段就廣泛聽取各方意見，充分考慮到可能帶來的社會影響，透明公開地進行決策，減少社會沖突，獲得更廣泛的公眾支持。與此同時，若巖土工程位于具有獨特文化和歷史背景的社區中，應在工程設計階段，尊重并融入特殊的文化元素，盡量避免對歷史遺跡的破壞，對工程的外觀和風格進行細致設計，使其和周圍環境和諧共處，甚至可以通過特殊的設計手法，如藝術裝飾、地標建筑等，使工程成為反映當地文化和歷史的載體。在工程的運營階段，應該根據社區的需求和反饋，持續調整和改進工程運營的方式，例如提供方便的公共交通連接，設立公共設施，以滿足社區居民的需求[2]。

3 特殊土地基的工程特性與處理

3.1 軟土地基

軟土由于其自然狀態下含水量高、密度小、壓縮性大、強度低等特性，對施工過程中的負荷反應敏感，易發生大量沉降，使得建筑物穩定性降低，甚至可能引發各種工程問題。針對軟土地基的處理，先要了解軟土地基的物理和力學特性，結合具體的地質環境和工程需求，采取合適的處理方法。常見的軟土地基處理方法主要包括預壓法、土石混填法、抽水固結法、砂樁法、深層振動法、動力壓實法等。預壓法是一種傳統的軟土地基處理方法，通過對地基施加預壓，使土體產生壓縮，水分排出，提高土體的強度和穩定性；土石混填法則是通過在軟土中加入石料，使得土體的結構改變，提高其強度；抽水固結法是以抽水的方式將土體中的水分排出，使土體的孔隙比減小，強度增大；砂樁法則是在軟土地基中打入砂樁，通過砂樁的作用，改善土體的排水性和強度；深層振動法是通過對地基進行深層振動，使土體產生重新排列，提高其強度和穩定性；動力壓實法則是通過對地基施加動力，使土體產生振動，土粒重新排列，提高其密度。在處理過程中，還需要對地基的變形、沉降、強度等進行實時監測，以便及時調整處理方法和措施，保證工程的安全和穩定[3]。

3.2 層狀地基

層狀地基主要特性包括地層交互變化，各層土的性質各異，有的層是堅硬的巖層，有的層是松軟的沙層或粘土層，使得工程建設過程中，對于荷載分配、地基沉降、穩定性等問題的處理變得復雜多變。面對這種類型的地基，需要具備對復雜地基處理技術的理解和掌握，例如用于增強地基承載能力的地基替換法，用于減少沉降的土體加固法，以及用于提高地基穩定性的樁基工程等。地基替換法是通過挖除弱土層，填入高強度的替代材料，以增強地基承載能力的方法，替換材料的選擇需要考慮到實際地質條件、建筑設計、經濟效益等因素。替換完成后，需要對新地基進行充分的壓實，以確保其承載能力和穩定性；土體加固法是在土體中注入加固材料，如水泥漿、化學漿液等，使土體硬化，增強其抗剪強度和彈性模量，減少地基沉降的方法，適用于中弱土層的地基處理，對于增強地基承載能力和控制沉降有良好的效果；樁基工程則是在地基中打入樁體，將上部建筑荷載傳遞到深層的堅硬土層或巖層，以提高地基穩定性的方法，適用于地基深處存在堅硬土層或巖層的情況。

3.3 高嶺土地基

高嶺土，也稱為瓷土或白堊土，是常見的黏土礦物，廣泛用于陶瓷、涂料、塑料、橡膠等行業。在建筑工程中，高嶺土地基由于其特殊的物理和化學性質，如黏性大、壓縮性高、吸水性強等，會給地基處理帶來一些挑戰。具體來說，當高嶺土受到荷載壓力時，可能會發生變形沉降，尤其是在水分變化較大的情況下，其體積和性能可能會發生顯著變化，對工程的穩定性和安全性造成威脅。因此，高嶺土地基需要采取特別的地基處理方法，以提高其承載能力，減小沉降，提高穩定性。預壓固結法通過施加預壓，加速地基土體的固結過程，以降低其壓縮性和增強其穩定性，適用于高嶺土地基，高嶺土具有高壓縮性和強固結性，經過預壓固結處理，可以有效控制其后期沉降，提升地基的承載力。預壓固結法的原理是利用附加荷載產生過度壓力，使土體中的孔隙水排出，土粒間的有效應力增大，從而提高土體的強度和降低其壓縮性。在應用過程中，首先根據地基的土體性質和工程需求，計算出預壓的大小和作用時間。然后，通過設置預壓設施，如砂袋、預壓板、地基改良樁等，施加預壓，使地基土體處于過度壓力狀態。在預壓作用下，土體中的孔隙水逐漸被排出，土體開始固結和沉降，預壓作用達到一定時間后，對地基進行觀測，如果沉降滿足設計要求，則可移除預壓設施，進行下一步的工程施工[4]。

3.4 膨潤土地基

膨潤土是高塑性、吸水性強的黏土礦物，能在吸水后顯著膨脹，其體積可膨脹到原來的幾倍，然而其強烈的膨脹性使得膨潤土地基在建筑工程中具有較高風險，在吸水膨脹和失水收縮的過程中，會引起地基的變形和裂縫，嚴重影響工程穩定性和安全性。防水隔離技術在膨潤土地基處理中發揮了關鍵作用，主要原理是在地基上設置防水層，阻止地下水或雨水滲透至膨潤土內部，抑制其吸水膨脹性，減少地基變形和裂縫的發生。在采用防水隔離技術進行膨潤土地基處理過程中需要對地基進行精細勘察，了解其土體的厚度、物理性質、含水狀況等基礎信息，選擇合適的防水材料并設計防水層的厚度和位置，一般情況下，防水層應設置在地基的表面或近地表處，以便有效阻止地表水分的滲透。常見的防水材料包括高密度聚乙烯（HDPE）膜、塑料混凝土（PCC）板、瀝青混合物等，具有良好的防水性能和較強的耐久性。施工階段應保證防水層的連續性和完整性，避免出現漏洞，施工后定期對防水層進行檢查和維護，以確保其持續有效的防水性能。

4 可持續的地基處理策略與措施

在地基處理過程中，資源和能源管理旨在提高效率，減少浪費，并最大限度地減少環境影響。資源使用的選擇和管理，需要考慮多種因素，包括資源的可用性，其對環境的影響，以及其經濟效益[5]。地基處理的過程中會消耗大量的能源，包括挖掘、運輸、壓實等工程活動，在能源管理過程中應采取措施降低能源消耗，例如，優化工程流程，提高設備效率，使用可再生能源等。在地基處理過程中，會產生大量的廢棄物，包括土壤、巖石、建筑廢棄物等，若處理不當，會對環境造成污染。因此，需要制定和實施有效的廢棄物管理策略，包括廢棄物的分類、回收、處理和處置等，以保護環境，同時也能回收利用部分廢棄物，減少資源的浪費。

5 結語

巖土工程的地基處理策略和方法在維護建筑物穩定、保證人類活動的安全性以及推動社區的持續發展方面發揮著關鍵性的作用。然而雖然在這篇論文中提出多種地基處理方法和策略，但實際的施工過程中需要根據具體的地質條件、工程需求以及經濟和社會因素，進行詳細的勘察設計，選擇最合適的方法和策略。隨著科技的進步，期待看到更多的創新技術和方法被應用到巖土工程的地基處理中，構建安全性更高的建筑物，推動城市可持續發展。