关于岩土工程设计的探讨

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摘要：本文作者结合实际工作经验，对岩土工程设计的各个不同阶段提出了相关处理意见，供大家参考。

关键词：岩土工程；设计；探讨

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：

开发山地建设住宅小区,是大中城市扩张的要求,是城市化的必然。这种住宅小区的占地面积一般较大,开发建设中难免会形成高切坡、高填方。由高填方引起的岩土工程问题比较复杂,解决起来还比较困难,因而应当加以重视。如果能事先预见到并采取有效的预防措施,会变得简单些、容易些。这就要求开发商和建筑师必须有这种意识,其它与工程建设相关的人员有相应的处理经验。

1 建筑方案设计阶段应尽早考虑高填方问题

城市化带动了郊外山地住宅小区的建设,往往会产生高填方,这类高填方引发的岩土工程问题比较复杂、也比较重要,应尽早引起开发商及建筑师的重视。

1.1 方案设计阶段是决定工程成本的关键阶段

高填方、高切坡、土方平衡、基础选型是山地住宅建设岩土工程设计四大基本问题,岩土工程师应在项目报批前、在建筑方案设计阶段尽早介入,介入得越早,对解决问题越有利,也越能杜绝浪费工程成本。

1.2 方案设计时要进行土方平衡计算

进行土方挖填与平衡计算,可以帮助总图竖向设计,达到建筑物合理布局;建筑师调整竖向设计,然后再进行土方平衡计算,如此反复,最终使方案趋于完美。土方平衡计算要重视如下几个问题:

1.2.1 铲除植被层。表层土中常含有植物根系,应作挖除,且不宜用于回填。植被层厚度按不同种类植物来取值:草本植物0.5m,灌木1.0m,乔木2.0m。有水体存在的底部,应将软泥挖除。

1.2.2 要确定土方的松散系数。土方开挖,从实变虚,方量增大,其最初松散系数在1.1～1.3之间,一般可取1.3;石方在1.3～1.5之间,一般可取1.5。当虚方运到填方区,用之回填,经夯击、碾压处理后又转化为实方,但其密度难以达到原状土的程度。土的最终松散系数在1.0～1.1之间,通常按1.1估算;石方一般在1.1～1.3之间,通常按1.2估算。

1.2.3 要考虑建筑物基础及基坑开挖产生的土方。山地小区项目,鉴于地基土承载力较高,建筑物很可能采用天然地基,考虑到建筑物有抗滑移、抗倾覆、抗震的要求,基础要一定的埋置深度。故此,土方量开挖较大。如果没有顾及这一存在,那么因基础开挖产生的大量土方只能外运,工期及经济均将受损,反之,如果考虑到这一问题的存在,在设计方案中进行土方平衡处理,就可节省不必要的费用。

2 土方平衡设计的几点认识

通常在施工图设计前,开发商会要求岩土工程师进行土方平整设计及施工,以使在建筑施工图设计、提交、报批及土建招标期间,场地土方工程就基本完成,不必坐以等待。在土方平整设计阶段,高切坡、高填方区域已大致确定,但边坡平面及空间位置尚未能明确,故形成了临时性边坡,多以无支护放坡存在。地基土下层一般多为永久性的,表层日后要进行二次处理,此间土方平整要注意如下事项:

2.1 土方要尽量少挖少填

土质地基的土方平整设计标高应高于建筑设计标高0.5～1.0m作为预留层,一则用于保护地基土不受扰动,二则可给建筑物竖向设计留有一定的调整余地。鉴于已有预留层,地面可考虑不采用素砼垫层等防护措施,以节约工程造价。

石方开挖要争取一次到位,以避免二次爆破。石方地基土的平整设计标高可按建筑设计标高控制。

2.2 排水措施要做好

鉴于山地汇水面积较大,水流较急,土方平整期间永久性截排洪设施尚未完善,就需要设置临时性截排洪设施以妥善处理之。为此临时边坡的坡顶、坡底均宜设置排水沟。填方边坡表面土体松散,容易出现坡面沟蚀,非常需要采取措施防止雨水自上而下的冲刷。更因此时植被层已遭破坏,水土流失难免,必要时应设置较大的沉淀过滤设施,以防止流失泥土被带入河道或市政管道。

2.3 植草绿化以保护坡面

通常边坡表面的临时防护多采用挂网水泥砂浆,其存在如下缺点:新填土多呈松散状,雨水从坡顶入渗,土颗粒逐渐流失,砂浆层面将脱空。其效果不如在边坡面种植草皮。

2.4 填土地基表层质量指标不必过高,以便节省一定的成本

小区用地主要包含三大块:建筑物、道路、绿化用地。建筑物要向下开挖埋置基础,道路要向下开挖埋设管线、设置结构层等,二者下挖面在各自设计标高以下一定的深度;而绿化用地则不须较高的压实度,否则反而不利植物生长。可见表层质量指标不必过高。一般土方平整设计标高2～3m内可采用较低的地基处理指标,以下则采用较高的指标,用两套标准,分别处理。

3 高填方工程设计的几点经验

3.1 对填土加固处理的质量不宜存太高期望

原因在于土石料种类、粒径、级配、压实度等都难于达到理想状态。山土高处含水量较低,通常小于最优含水量,当进行大规模挖运回填时,很难做到洒水以增加含水量,故影响其压实度,实际上压实度能达到0.9就已算不错。而含水量较大的低山土壤,将其晾晒至最优含水量也非常困难,所以填土的综合内摩擦角总是不会很高。填方边坡如采用重力式挡土墙支护,应根据场地实际地质条件合理估算填土质量指标,要么降低综合内摩擦角,要么提高挡土墙稳定安全系数。

3.2 高填方边坡慎用仰斜式挡土墙

因为这种挡土墙向后向填土方向倾斜,而墙后一定范围内的填土很难被夯实或压实,填土的实际主动压力偏高,对挡土墙的安全不利。

3.3 经强夯加固处理的高填方地基慎用独立基础

强夯法或分层碾压法通常是山地惯用的地基处理方法,其优点是施工速度快、设施工艺简单、工程造价低等,但强夯法也存在较大缺点:

3.3.1 夯后地基均匀性不理想。从地基土承载力、压实度、压缩模量等力学指标来看,夯点下相对较高,夯点外也即各夯点间却相对较低,同时表层指标高,下层指标低,且越向下越低。

3.3.2 建筑物及道路建设施工时,地表土层要挖除,造成强夯加固效果最好的表土层反而用不上,是一种浪费。故此,遇到填土较厚需分层强夯时,应采用下层强夯法+表层碾压法处理,既节省成本,又能达到预期效果。

3.3.3 受山地地势高低等条件限制,夯后地基会出现不均匀沉降。

3.3.4 因填料粒径不同也会产生差异沉降。当建筑小区某一小范围内的挖方为土质,其粒径一般较为均匀、单一,用作填料时可谓级配不良。当挖方多为强风化、中风化岩石时,则易在填方区小范围内形成填石层,强夯时,表层石块直接被击碎形成细小颗粒,形成土石混合料,自然较为密实;但下层石块以及夯点间的石块则多被击碎为碎屑或碎石,其粒径仍然很大,这时碎屑间就存在很大的空隙。这种地基土的特征是承载力高但孔隙率大。经雨水作用,碎屑颗粒将排列得更紧,位于表层的土颗粒则随雨水下渗,充填了碎屑间的空隙,最终导致地表土下沉开裂,破坏了强夯加固效果。

由于填石在场地内的分布呈随机性,场地地基土的不均匀沉降也相应出现随机性。防止这种情况发生的措施是:分层回填,把同一土源的土石料分散推铺,并控制毎层厚度不超过2m,同时考虑上下层填料的粒径搭配。

5 结束语

在山地住宅小区的开发中,应在建筑方案设计阶段就重视可能出现的高填方,只有对由高填方带来的岩土工程问题要有清晰的预见性的认识,才能使关于高填方的岩土工程设计变得更为合理、更为完美。

参考文献：

[1] 马建东,岩土勘察几个值得注意的问题[J].煤炭技术,2009，（2）.

[2] 韩金华、潘金伟,工程地基承载力分析与处理[J].山西建筑,2011，（8）.