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建筑工程中的岩土工程问题

滕延京

        建筑工程的技术进步,永远伴随着国家经济发展和人们对建筑使用功能要求而不断提高、发展。20世纪50-60年代,我国经济比较落后,建筑结构形式多以砌体结构、框架结构的中低层房屋和工业厂房为主,地基基础形式多以独立基础、条形基础为主。50年代末期,北京十大建筑的兴建,代表了当时我国建筑业的最高水平。70年代起,随着我国经济的发展和城市建设水平的提高,出现了中高层建筑,采用箱形基础和筏形基础。80年代开始,出现了高层建筑和超高层建筑,基础埋深已接近20m。进入21世纪,随着城市地下空间的开发利用,大底盘高层建筑又成为城市建设开发的主流,结构形式越来越呈现多样化:框剪结构、全剪力墙结构、内筒外框结构、钢结构、钢混混合结构等。随着使用要求的不断更新,大开间的结构组合规模越来越大。土力学和基础工程领域的技术进步也为我国建筑业的发展做出了应有的贡献。
        20世纪50年代中后期,为解决西北地区建筑中的湿陷性黄土地基问题,国家科委组织了全国十几个省市有关人员参加了黄土工程性质的研究工作。通过大量调查与试验,初步确定了我国黄土的分布,并将我国黄土划分为自湿陷性和非湿陷性两大类,首次提出黄土的湿陷起始压力,有针对性地进行基础设计、处理和维护,为我国黄土地区的工程建设提供设计依据,节省了大量建设资金。1966年,发布了《湿陷性黄土地区建筑规范(BJG 20-66)》,使黄土地区地基基础设计有法可依。

        20世纪60年代,为解决我国沿海地区软土地基变形问题,国内科研单位分别进行了软土地基工程特性的研究,提出了软土地基工程勘察、试验方法,结合我国沿海软土的高结构性和高压缩性特点,提出了控制地基压力和建筑物长高比等措施,合理设置沉降缝,增加结构刚度等减少建筑物差异沉降的方法,合理利用天然地基,降低工程造价。
        20世纪70年代,国内近20个勘察、设计、施工、科研和教学单位的技术人员成立了全国膨胀土科研组,完成了《膨胀土地基设计》专题。(注:专题是国家建委(73)建革函字第210号文,下达“建筑工程一九七三年科学技术发展计划”所列重要科研项目之一,同时被原国家科委列为1973年下达的重点科研项目。)
        在全国膨胀土分布地区普查的基础上,在云南、广西、湖北、安徽、四川、河北、河南等省膨胀土主要分布地区建立了试验研究基地。选定了167栋典型建筑并建造了26栋试验性房屋。全体科研人员通过近10年的多项试验研究工作,积累了几十万个科学数据,撰写了近200篇学术论文或研究报告,取得了显著的科研成果。并在1978年3月编制了《膨胀土地区建筑技术规定》初稿,使我国膨胀土地基上房屋开裂、破坏现象得到了整治,并对援外工程的设计施工提供了可靠的技术支持,产生了巨大的经济和社会效益,因此,该专题获得了全国科学大会奖。
        该课题研究提供了我国膨胀土的分布,根据温带、亚热带地区含水量与气候的关系,分别给出了处理原则及措施,完成了“膨胀土的判别”、“膨胀土场地划分及地基等级评价”、“膨胀土上房屋变形计算”、“膨胀土湿度系数及其应用”、“膨胀土斜坡场地稳定性评价及临坡建筑设计”、“膨胀土上房屋建筑结构措施”、以及“膨胀土建筑工程的施工及维护管理”等13个科研成果,同时还收集了美国、苏联、以色列、印度和南非等国家的有关资料和经验,编制了《膨胀土地区建筑技术规范》,大大减少了膨胀土地区的工程事故,保证了工程质量。

        1971年,根据全国设计革命会议的精神,原国家建委下达了(71)建革函字第150号通知,会同全国有关勘察、设计、施工、科研和高等院校共同编制完成《工业与民用建筑地基基础设计规范》TJ7-74。规范编制组在全国范围内进行了广泛的调查研究和必要的科学试验,收集了300多栋房屋的沉降观测资料和近500份现场荷载试验及其配套资料,总结了建国20多年来的建筑经验和科学成果,经过近3年的努力工作,终于完成了符合我国实际需要,反映我国在地基基础设计、施工方面经济和技术政策的第一本规范,结束了此前我国一直沿用前苏联地基基础设计规范(HNTY 127-55)的局面,并由此带动了我国各地区地方标准的编制工作。因此,该规范颁布实施后受到我国广大技术人员的欢迎,产生了巨大的经济和社会效益。
        1976年唐山大地震给震区房屋造成了巨大损害,国家建委组织了唐山大地震灾害调查,针对震区房屋特点、地基基础损害程度,提出了房屋结构、地基基础的加固措施和方法。
        20世纪80年代,在国内软土地基研究成果基础上,针对城市建设中高层房屋地基基础设计问题,开展了箱筏基础模型试验研究和工程实测。研究成果确定了反映共同作用的地基反力系数、箱筏基础设计与施工规程,使我国高层建筑箱筏基础设计计算简化、合理,降低了工程造价。

        20世纪90年代以来,随着城市建设全面发展,我国建筑工程中超高层建筑、超深超大基坑工程、地下铁路、地下车库、地下商场的建设给土力学和基础工程学科发展带来了新的机遇和课题,地质灾害治理和环境岩土工程问题也带来了城市建设的相关工程问题。城市地下水的控制、非饱和土工程性质研究、地下空间建设的环境控制、同一整体基础上建设多幢多层和高层建筑的基础设计、刚度差异的地下结构变形控制、地下结构长期监测和灾害治理技术等均取得了有工程实际意义的成果。

        通过对国内地基基础领域科技发展的总结,以及对国外先进标准的调查研究,编制了2002版《建筑地基基础设计规范》。新版规范明确了概率极限状态设计方法中两种极限状态在地基基础设计领域的使用范围、荷载组合条件和抗力条件。概念明确,技术先进。新版规范确定地基基础设计按变形控制设计的总原则,增加了有限压缩层变形计算、地基回弹变形计算、桩基础沉降计算方法;和确定在同一整体基础上建有多栋多层和高层建筑应按照上部结构、基础和地基共同作用的设计计算原则;以及确定永久荷载控制的简化基本组合条件;复合地基概念和设计基本原则,复合地基设计参数的确定方法等方面做了规定;同时根据地基基础受力和变形特征,提出了基础设计中抗冲切、抗剪、抗弯验算原则和计算方法,增加了高层建筑筏形基础设计、基坑工程设计的基本原则及其内容。此外,为保证地基基础的安全和信息施工,还增加了检验和监测设计内容,为保证和提高设计质量和地基基础设计水平的行业技术进步提供了技术支持。

        当天然地基不满足上部结构设计要求时,地基处理便成为有效的手段。我国地基处理技术的研究开发也取得了相应成果。
        20世纪60年代,我国开发了注浆法加固地基(包括硅化法、水泥浆液法、碱液法等),其中碱液法用于加固湿陷性黄土地基效果显著;70年代,开发了适合中国软土特性的真空预压、堆载预压加固软土地基的方法;结合唐山地震砂土液化问题,开发了振冲法、强夯法加固地基。强夯法不仅用于加固松散地基,也用于块石填筑地基,如大连石油化工厂围海抛石造地、贵州龙洞堡机场、福建三明机场高填方地基均取得良好的技术经济效益;80年代开始复合地基研究,使我国复合地基加固体从碎石、砂等散体材料,到石灰桩、水泥搅拌桩等低粘结强度材料,再到水泥粉煤灰碎石桩等高粘结材料,完善和补充了多层房屋到中高层房屋地基处理方法,取得良好的经济效益。
        桩基工程技术占有土力学和基础工程的重要地位。经过近50年的发展,已形成具有中国特色的从桩基设计、施工到检测的成套技术。20世纪70年代,为适应钻孔灌注桩的需要,研制了潜水钻机、长螺旋钻机等5种成孔设备和相应成桩工艺。并开发成功了锤击贯入试桩法,形成了灌注桩工程配套技术。80年代,对群桩的承载性状尤其是桩、土、承台共同作用问题进行了系统研究,提出了实用的设计计算方法。90年代,研究开发的泥浆护壁灌注桩后压浆技术和施工方法,可大幅度提高单桩承载力,减少桩基变形,大大提高了桩基工程设计施工水平。
        随着城市地下空间开发利用的需要,超深超大基坑工程在建筑工程中的比重越来越大,平面尺寸超数万平米,最大深度已达40m。为了保证周边环境,结合实际的工程地质条件和水文地质条件,开发了适合我国特点的桩(墙)+锚或内支撑、复合土锚、复合墙等支护体系。20世纪90年代以来,随着深基础施工技术水平的提高,完成了逆作法施工技术,应用桩墙合一、墙墙合一等技术,全面提高了地下工程设计施工水平,减少建筑基坑事故,全面提高工程投资效益。为了适应城市地下建筑连结要求,开发了暗挖法、盖挖法等对城市环境影响较小的工法,取得较好的社会效益。
        1978年以来,先后召开“桩基工程”(1981•上海)、“天然地基设计与计算”(1982•天津)、 “复合地基”(1990•承德)“高层建筑地下结构及基础工程”(1994•天津)、“均匀地基处理与控制”(1996•郑州)、“山区地基基础”(1997•重庆)、“地基基础理论与实践”(2002•乌鲁木齐)等专题学术研讨会,为促进地基基础领域技术进步,培养人才做出了巨大贡献。


参考文献
[1]《湿陷性黄土地区建筑规范(BJG20-60)》.北京:技术标准出版社,1966
[2]《膨胀土地区建筑技术规范(GBJ 112-87)》. 北京:中国计划出版社,1987
[3]《工业与民用建筑地基基础设计规范(TJ7-74)》.北京:中国建筑工业出版社,1974
[4] 唐山大地震震害. 北京: 地震出版社,1985
[5] 北京国际饭店基础模型试验报告, 1983
[6]《建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)》.北京:中国建筑工业出版社,2002
[7]《建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)》.北京:中国建筑工业出版社,2002