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巖土工程設計的內涵及特征總結
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、巖土性質的不確定性、注重經驗特別是地方經驗等特性。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量的可控制性；二是技術方法的適用性和有效性；三是環境限制和負面影響；四是基本資料的完整性和可靠性。
關鍵詞：巖土工程設計；內涵；特征
1 巖土工程設計的內涵
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。
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。同時，注意場地條件，防治災害；合理選用巖土參數；定性分析與定量分析相結合。
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；建筑結構資料；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。
2.2 巖土性質的不確定性
巖土參數是隨機變量。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。
2.3 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 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。
3.2 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。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驗判斷，直觀經驗難以判斷時，需通過驗算作出結論。
3.3 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。
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。例如巖溶發育地區地基條件十分復雜，除了威脅工程穩定的洞隙、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計。
4 巖土工程的動態設計和應急措施
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] 常士驃.工程地質手冊（第四版）[M].中國建筑工業出版社，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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