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隨著建設項目規模的增大,面對的工程地質問題越來越復雜且極具挑戰性。經過不斷探索、實踐和提高,我們在諸多領域具備了很強的技術實力,如:工程巖質高邊坡的工程地質勘察研究、高壩大庫場地的工程地質勘察研究、大型地下洞室群的工程地質勘察研究、喀斯特地區水文地質勘察研究、高地震烈度地區高壩大庫水庫誘發地震監測預警系統研究等領域。地質分析的手段和方法也得到不斷發展。
1.1.我國工程地質研究部門引進和開發實用軟件。引進邊坡穩定計算程序用于滑坡、塌岸穩定分析,提高勘察成果的定量化判識水平;引進開發了勘探圖件、地質剖面制作程序及三維成像技術,開發并進一步完善“工程地質軟件包程序”,較好地解決了鉆孔成圖中的很多難題,也為地質平面及剖面圖的繪制起到了較好的輔助設計作用,取得了較好的效果。
1.2.結合工程實踐研究和開發新技術。我國工程地質研究部門開發邊坡斜面攝影成像技術用于工程實踐,提高了地質編錄工作效率,獲得了大量的工程地質數字信息;開發水電站樞紐區工程地質三維可視化建模與分析研究系統,已應用于生產之中。
1.3.積極引進并應用新的地質勘察和分析手段。在水電站勘察過程中,根據地質分析的需要,在右岸構造軟弱巖帶勘察中,使用了地震波CT測試技術;采用模型洞原位變形觀測分析地下洞室穩定性;在右岸構造軟弱巖帶穩定性分析、左岸地下洞室圍巖穩定性分析及溢洪道邊坡穩定性分析均采用了目前比較先進的三維彈塑性有限法分析和三維流形元分析方法,為穩定性評價和工程施工設計提供了可靠的基礎資料和參考依據。
1.4.其他新方法新技術的引進和應用。地下洞室圍巖分類、壩基巖體質量分類、邊坡巖體質量分類、邊坡穩定分析、巖體彈塑性理論、地質力學模型、巖(土)體物理力學性試驗方法的發展應用;電腦與工程地質軟件包的開發應用;勘測手段及鉆進取芯技術的提高、物探各種測試手段的廣泛應用強有力地促進了工程地質勘察中獲取工程地質資料周期的縮短和工程地質條件快速分析評價;充分利用網絡技術,進一步提高了地質專業勞動生產率。
近幾年,我國從生產需要出發,新技術新工藝得到很好地推廣應用:選取適合各類地層(的金剛石鉆頭,提高鉆進效率,降低生產成本;繼續完善大壩灌漿變形觀測和抬動觀測技術,確保壩體安全和工程質量滿足要求;在河床沖積層勘探中,采用了SM膠取芯技術,保證了試驗樣品的原始狀態,為沖積層特性研究提供了真實可靠的材料。.5水文勘測開發的電波流速儀,在電站簡易測流中投入使用,達到了預期的效果。近年,又開發出水情自動測報系統,現已逐步應用于大型水電站的測報中;為改善以往在水情測報中一直采用的點測量及測流時間過長等問題,水文勘測技術人員正著手對聲學“多普勒剖面流速儀(簡稱ADCD)”技術進行論證和調研,并逐步將此技術運用在對西部山區性河流的水情預報中,計劃通過不斷實踐和探索,最終實現水情的“瞬時”測量預報。
1.6工程物探在水電站開展了大范圍的河床沖積層地震波探測;應用聲波垂直反射波法、聲波CT法及紅外線熱成像三種相結合的方法,準確地探測到了壩體面板脫空等工程質量問題;在多項水利工程和多個水電站勘察中,應用高密度電法勘探方法,解決了水庫漏水問題和斷層構造發育范圍及深厚覆蓋層地質問題,且成效顯著。研究并應用“隧洞施工監控量測一體化”,“壩基巖體質量測試的空間分析”,“數字式全景鉆孔攝像系統”,“堆積體的綜合物理探測技術”,“大壩面板脫空綜合物理探測技術”,“小波變換在水電工程地球物理中的應用”等新方法新技術,拓展了物探的應用領域,提高了物探的探測精度。
2.勘察專題研究成果應用
2.1大型水庫庫岸穩定工程地質勘察成果應用20世紀80年代以來,采用了航空遙感技術與實地驗證相結合的方法,相繼對一批大型水電站進行了庫岸穩定性研究,為快速、高質量地評價庫岸穩定性及其他水庫工程地質問題發揮了良好的作用。形成了一套較完整的勘察、研究、評價、預測水庫區天然狀況和蓄水運行條件下庫岸穩定性問題的思路和工作方法,包括岸坡類型劃分及其變形破壞機制、庫岸再造及滑坡穩定性分析評價及預測、岸坡失穩及水庫誘發地震災害調查與分析預測、移民安置選點與處理措施建議等。該項目成果在后來開工建設的大、中型水電工程水庫庫岸穩定性地質調查中得到廣泛應用,提高了水庫庫岸穩定與移(居)民點調查地質工作效率及成果質量。
2.2大壩面板脫空無損探測研究與應用“大壩面板脫空無損探測研究與應用”是通過試驗比較論證提出了采用3種物探方法(聲波垂直反射法、遠紅外熱成像法、地質雷達法)進行綜合評價的方法。為消除大壩病害,采取相應的處理措施,提高大壩的安全性提供了重要的依據。與傳統的單一物探方法相比,本項研究成果具有多種方法互為驗證、利用了不同的物性差異特征﹑探測成果準確可靠的優點。大壩面板脫空的處理質量,節約了處理成本,而且具有廣闊的推廣應用前景,具有較高的經濟效益和社會效益。
2.3采用EH4進行深厚堆積體厚度探測應用該方法測量深度大,野外勞動強度小,生產效率高,現場測量直接成像,能十分清楚地辨別地下二度體的異常。該項新技術即EH4電導率成像探測非常實用。而該方法不受這些因素影響,較準確地探測出了堆積體厚度。研究成果及時運用于工程中,減少了工程量,節約了工程投資,節省了時間,經濟效益顯著。
2.4軟弱巖帶的工程地質特性研究成果應用:對壩址右岸構造軟弱巖帶的分布范圍和工程地質特性進行了大量有針對性的勘探以及室內和現場試驗工作,并完成了現場高壓固結灌漿試驗和現場滲透變形試驗,針對軟弱巖帶的工程特性、成因進行了系統的分析論證,對工程適宜性進行了分析評價,并提出了切實可行的基礎處理措施。該專題成果為可行性研究的經濟技術分析論證提供了堅實的基礎,對國內外同類工程的地質勘察和設計工作具有很好的參考價值。.5“深挖高邊坡快速地質編錄成圖技術”在高陡邊坡地質資料收集應用中取得了較好的效果。引進該項技術用于水電站具有針對性強、收效高、安全快速等良好作用。該技術運用攝影測量的原理,通過計算機軟件技術,完成高陡邊坡影像的正射、線畫圖的生成,從而完成了地質編錄工作。其技術特點:①在地質編錄生產中高效、實時;②減少現場工作量,提高工作效率;③利用無站標測量技術和手段可完成傳統方法無法完成的任務;④高邊坡計算機快速編錄成圖還可以不斷地積累邊坡數字化的編錄數據,為以后建立工程地質數據庫提供良好的數據源。該技術在小灣主體工程邊坡及壩基開挖中均有應用,可實現安全、高效、準確地進行地質編錄,通過軟件功能還可在圖像上對地質現象進行較精確的定位,這是傳統的地質編錄所難以做到的。
3.今后工程勘察技術在實踐中應用的總體思路
近幾年來,我國在高邊坡系統排水、錨索加固、復合支護、變形監測、標準化與動態設計方面有所創新和突破,網絡技術、數據庫技術、數字可視化技術、地理信息技術等不斷地被應用到勘察各專業,取得了一定的效果。在計算機建設上已實現局域網共享資源;基本實現計算機輔助工程勘察,達到信息化初始階段目標;由于工程勘察專業具有多樣性、復雜性、隨機性和數據海量性等特點,信息化水平還有待進一步提高。要密切關注、跟蹤、研究國內一流的工程勘察企業的技術水平和發展動態,通過加強行業協作及與國內高校、科研院所的密切合作,在引進、消化、吸收國內外先進技術的基礎上,進行技術創新。今后技術發展總體思路如下:(1)注重研究復雜壩基、高邊坡及大型地下洞室群巖體(圍巖)穩定性量化分析及三維地質數字模型軟件與三維成像技術,并對復雜巖體(包括軟弱蝕變巖體、大型松散堆積體、卸荷松動巖體、高地應力區巖體)成因機制、工程地質性狀、工程適應性進行科學試驗研究;同時開展區域構造地質科學研究及對水電工程開發、建設的影響。(2)重點研究水電水利工程地質綜合勘察技術,開展巖土工程和環境工程地質方面的研究并向深度拓展;開展地質災害勘察、防治與治理,地質災害險性評估方面的實踐與研究。(3)完善和提高目前使用的常規物探方法,使其應用技術水平達到或超過本行業平均水平,積極開展新技術、新方法的引進應用工作,結合目前物探應用技術的發展情況,對新技術、新方法進行重點研究。(4)廣泛應用全站型自動速測儀、全球衛星定位系統(GPS)、遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)于水利水電工程建設;在野外數據采集、處理、存儲、提供等方面逐步完善計算機技術在測繪領域的應用,以提高全數字攝影測量及全野外數字成圖的精度和速度,增加測繪產品的多樣化,滿足市場需求。(5)積極配合新的鉆探規程、抽水試驗規程、壓水試驗規程的貫徹實施。對勘探設備和試驗工器具進行重新整合,盡快開展“自由震蕩法”抽水試驗的研究工作,研制小口徑雙管鉆具軸承儲油密封系統,并研究特殊巖體取芯技術。(6)開發先進的水情自動測報軟硬件技術,自主開發改裝一些較先進適用的水文測驗儀器,特別是泥沙采樣器。加快水文數據庫的建設。
摘要:工程勘察在工程建設中具有重要的作用,如何積極采用新技術、新方法和新工藝,創新發展模式,提高勘察技術水平,縮短勘測周期,是工程勘察行業面臨的共同問題。為此,本文對近年來工程勘察新技術在實踐應用中的情況進行了介紹。
關鍵詞:工程勘察新技術工程建設
關鍵詞:水工建筑;建筑荷載;設計規范;
前言:水工建筑荷載設計的規范必須與按照水利水電工程結構可靠度設計統一標準制訂的其他水工結構設計規范配套使用。這是有非常嚴格的規范體系的。無一規矩不成方圓,水工建筑荷載設計的規范也是這樣的道理。水工建筑荷載設計中的美喲個方面都要在設計規范的范圍之內。只有這樣,水工建筑荷載設計才能做的更好。下面筆者就簡單針對水工建筑荷載設計的規范做一個簡單的闡述。希望能對大家理解水工建筑荷載設計有一定的幫助。
1.水工建筑的簡單介紹
什么是水工建筑物?百度解釋是水工建筑物是控制和調節水流、防治水害,開發利用水資源的建筑物。很顯然,水工建筑中的很大程度上都是在進行荷載的工作。這樣也就非常明顯的感覺到了水工建筑的重點就是在水工建筑荷載的設計上。如果說水工建筑是各項水利工程的重要組成部分,而荷載的設計就是水工建筑的重要組合成部分。
1.1什么是水工建筑
水工建筑物就是在水的靜力或動力的作用下工作,而它的荷載設計是否良好,決定了水工建筑物的好壞。工建筑荷載設計的規范是對水工建筑的一個非常好的把關。其中水工建筑中的控制和調節水流、防治水害以及開發利用水資源都是水工建筑設計的一些必不可少的一些要素。如何將整個的工程做好就需要考慮到水工建筑荷載設計的規范了。很顯然因為水工建筑物涉及許多學科領域,除基礎學科外,還與水力學,水文學,工程力學,土力學,巖石力學,工程結構,工程地質,建筑材料以及水利勘測,水利規劃,水利工程施工,水利管理等密切相關。
1.2水工建筑的特點
水工建筑的特點有很多,主要有受自然條件制約多,工作條件復雜,施工難度大等三個方面。要解決這些問題,很顯然有一個比較重要的方面,那就是在受力方面。很多時候大家都會對其質量進行加固,這其實也是在荷載方面的一個非常重要的因素。針對水工建筑的特點,也在一定程度上顯示了水工建筑荷載設計的重要性。如果荷載設計不合理,將導致整個工程的質量不合格。其實最終的結果相信就不言而喻了。
1.3水工建筑的設計
水工建筑物設計包括:大小六個方面。選址,即壩址、閘址、洞線、渠線等的選擇,選型,即選定建筑物的結構形式,樞紐布置,即確定樞紐中各個建筑物之間的合理位置,水力計算,即校核過流能力、計算水面曲線或壓坡線等,結構計算,即計算建筑物的強度、穩定和剛度等,進行工程細部設計、確定地基處理方案和觀測設計等。這只是一般規模的水工建筑設計。在對大中型工程時,還應有水力模型試驗與結構試驗配合驗證。這樣就能最大限度的保證了水工建筑設計的合理性。但是不可忽略的就是對于荷載的設計。不難發現這幾項設計中,多少都涉及到了一些荷載的設計。可以說水工建筑的設計中有一大部分是對于荷載的設計。
2.水工建筑荷載
水工建筑荷載的范圍包括很多的方面,其中比較主要的是建筑物自重及永久設備自重,靜水壓力,揚壓力,動水壓力,地應力及圍巖壓力,土壓力和淤沙壓力,風荷載和雪荷載,冰壓力和凍脹力等等。但凡會遇到的水工建筑的受力,水工荷載都是需要考慮到的。不難發現水工建筑荷載的范圍是非常廣的。下面筆者主要從兩個方面對水工建筑荷載進行研究。這兩個方面是水工建筑荷載的重要性與水工建筑荷載的規范。
2.1水工建筑荷載的重要性
水工建筑荷載的重要性是不言而喻的。比如說同樣一項水工建筑,一個是沒有考慮荷載問題的。一個是考慮的非常全面。當遇到冰雪天氣或者是地震災害的時候,非常明顯的發現前者就會出現各種問題的。比如建筑變形或者建筑損壞,甚至會導致水工建筑的應用方面會受到非常大的影響。
2.2水工建筑荷載的規范
水工建筑荷載的規范是非常重要的。它是針對水工建筑的一個重要的標準之一。一般情況下,水工建筑荷載都是需要考慮到位的。主要包括對于外力作用下,水工建筑的承載情況來進行判斷的。很多情況下,水工建筑荷載是有非常嚴格的規定的。它的規范要求是需要每個相關企業的通力合作才能完成的。相關的水工建筑荷載規范是一個比較重要的標準,只有這樣才能保證水工建筑的合理進行。
3.水工建筑荷載規范的一般要求
水工建筑荷載規范的一般要求其實非常繁瑣。它其中包括了非常多的問題。下面筆者主要從水工建筑荷載的規范,水工建筑荷載規范的重要意義,水工建筑荷載規范的現階段的問題,水工建筑荷載規范的問題解決辦法,水工建筑荷載規范的未來展望五個方面進行簡單的闡述。
3.1水工建筑荷載的規范
水工建筑荷載的規范是有一定的標準的。而且這一標準現在來說也在進行著一些細節的更新。對于現階段的出現的一些規范性性的標準還是需要不斷的進行完善與更新的。相關的標準非常明確,相關的部門要嚴格按照此標準執行。這樣就會形成一個硬性的標桿。
3.2水工建筑荷載規范的重要意義
對于水工建筑荷載規范的重要意義自然是不言而喻的。大家都知道一項建筑工程要有一定的指標。一項工程的合理運用也是得有一定的標準。人們在相關情況不明晰的情況下,水工建筑荷載的標準方面的規范就是一個比較好的規范。對于知道相關的水工建筑工作的合理進行有著非常重要的意義。
3.3水工建筑荷載規范的現階段的問題
水工建筑荷載規范的現階段的突出問題就在于相關的規范范圍不盡全面。這就需要相關的部門進行更加全面的考慮進行相關規范的制定。在水工建筑荷載規范制定的現階段,盡可能的建立完善的水工建筑荷載規范整體來說是非常重要的。
3.4水工建筑荷載規范的問題解決辦法
水工建筑荷載規范的問題的解決辦法其實比較明晰。就是盡可能的對相關的問題進行統一概括,對相關的規范條例進行更加完善的制定。盡可能全面的考慮相關的問題。這樣才能建立起完整的水工建筑荷載規范體系。使得整個的水工建筑荷載規范問題得以充分的解決。
3.5水工建筑荷載規范的未來展望
水工建筑荷載規范的未來展望是相對比較好的。只要建立了比較完善的水工建筑荷載規范的體系,相關的工作就會非常容易,這樣不難發現相關的部門在對于荷載規范上的問題就會減少。可以想象到,未來的水工建筑規范就會越來發揮到本應有的作用。相關部門的行為得到規范之后,相關的水工建筑也就會有非常好的一個提升空間。
結束語:水工建筑荷載設計的規范對水工建筑物的設計是非常好的一個硬性條件的把關。有了一定的規范條件之后,不難發覺水工建筑荷載設計的標準性得到了非常好的統一。本文通過對水工建筑荷載設計的規范的一個簡單的介紹,相信大家對于水工建筑荷載設計的規范概念以及作用已經不再陌生。而相關的技術人員也應該有一個更加完善的規范條件與處理辦法。工建筑荷載設計的規范是實現各項水利工程目標的重要組成部分。而水工建筑物涉及許多學科領域,也是需要特殊重視的一個方面。
參考文獻:
教科書對工程地質學的三種定義:①工程地質學是研究與工程有關的地質問題的科學;②工程地質學是研究人類工程活動與地質環境相互作用的科學;③工程地質學是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地質科學。
從以上三種定義的實質中均不難看出,工程地質學強調的工程和地質的關系,研究的是人類工程活動與自然地質環境的相互作用。但是,近年來工程地質學科卻正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質學被異名為巖土工程學,工程地質勘察被稱之為巖土工程勘察。工程界有此呼聲,學術界有此呼應,一些大專院校也紛紛效仿,甚至工程地質這個專業在高校也被取消了。一時間,似乎工程地質已經成了守舊傳統,巖土工程才是先進時髦的,才是可以適應市場經濟并與國際接軌的。這是近年來分歧最大的爭議。
這些年來工程地質勘察的不景氣以及市場競爭的不規范化,工程地質勘察隊伍增加了巖土工程的業務是完全必要的,但將巖土工程作為工程地質的救世主,則值得商榷了。
根據筆者的理解,巖土工程是一項工程應用技術,是針對地質體的工程缺陷實施的工程措施而進行的一系列設計和施工過程的總稱。巖土工程的任務是“處理”地質體的工程缺陷,使之滿足工程建筑物對地基的工程要求,因此又有“巖土工程處理技術”的別名,說明巖土工程的確是一項實實在在的工程技術。確立工程地質學是一門獨立的學科,盡管也僅僅是本世紀初的事,并不象數學、物理學、天文學等等著名學科那樣歷史悠久,然而,之所以將工程地質定義在“學科”這樣的高度上,是因為她具備學科的一些基本特性和基本理論,這就是地質學的基本特性和基本理論,換句話說,工程地質學的基本理論就是地質學(當然更包括數學、力學、化學等等),因此,又將工程地質學界定為地質學的一個分支學科或應用學科,這是符合實際的。工程地質學的最新定義也是較為全面的:研究人類工程活動與地質環境相互作用的科學。顯然,工程地質與巖土工程盡管有相似之處,但也有天地之別。如果將巖土工程界定為工程地質學科的一個分支,好象還說得過去;而反過來用巖土工程來代替工程地質,則實在有些牽強附會。
1997年6月20-27日,國際工程地質學會在希臘召開了一次學術討論會,會上決定將本學會名稱改為:國際工程地質學與環境學會。我國組團15人參加,王思敬任團長。隨后國內也有人提出工程地質學會改名,以便與國際接軌,但一直未獲通過。在近幾年的中國地質學會工程地質專委會會議上,學科和學會更名問題的交鋒一直也沒有停止過。我國工程地質界的前輩專家學者們多數也不同意更名,認為如此嚴肅的基礎性應用性學科,沒有必要放棄自己的傳統風格,我國的工程建設任務十分繁重,工程地質學科的研究和發展前景仍然是艱巨和光明的。
2.工程地質工作的任務
在工程建設中,工程地質工作的任務十分繁重,也異常艱巨,主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建筑地區或場地;②評價,闡明工程建筑區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,準確界定工程地質問題;③預測工程建筑物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和防治工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建筑物所需的天然建筑材料等。
3.工程地質專業的尷尬
工程地質專業是工程建設的基礎性專業,沒有這個專業,一切工程建設均將成為空中樓閣,這是常識性問題,我們在這里反復強調好象有些多于。然而,現實確讓這一基礎性專業處于一個十分尷尬的境地,主要表現在:
①工程地質專業本身的特殊性、復雜性和實踐性;
②專業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,擇業行為中的浮躁動機,專業本身的局限性;
③規程規范存在的問題;
④工程地質勘察技術的局限性;
⑤相關專業對工程地質專業的輕視;
⑥長官意志,某些決策者對工程地質專業的無知或輕視;
⑦世人對工程地質專業的不了解與不理解。
4.在工程建設中的地質教訓
由于地質問題而嚴重影響工程建設的實例太多,教訓太深刻,順手拈來幾個實例:
①云南漫灣水電站左壩肩順層滑坡和建材問題;
②貴州天生橋二級水電站廠址、隧洞等問題;
③貴州東風水電站右壩肩和帷幕線上的巖溶問題;
④烏江彭水水利樞紐前期工作重復問題;
⑤雅礱江錦屏二級水電站巖溶地下水問題;
⑥軟弱夾層的遺漏對工程建設的重大影響,葛州壩、西津溢洪道等。
5.工程地質在工程建設中的決定性作用
任何地質條件下都可以建工程,對嗎?這個問題也是這些年來工程界的一個熱門話題,筆者認為答案是否定的。
①陜西東莊水庫灰巖壩址滲漏嚴重不能建壩;
②小浪底滑坡性質界定對設計的影響;
③天生橋二級水電站移民區是否滑坡對移民安置的影響;
④堤防工程中的堤基垂直防滲引起的環境地質問題,有時可能是決定性的;
⑤地質邊界條件和地質參數對工程設計的影響。
6.相關學科在工程地質中的應用
①系統工程在工程地質中的應用;
②計算機技術在工程地質中的應用;
③遙感、物探、GPS等;
④水工設計施工與工程地質的關系。
清晰的工程概念是地質師所必需的。潘家錚院士對地質師的要求:應該有系統地學習水工建筑物的基本設計理論,計算方法,以及地基缺陷的影響,各種處理的措施,各種成功和失敗的經驗;最好補一些數學、力學、水力學、巖土力學、巖石試驗、有限元分析和計算機應用等方面的基礎課。五十年代初,由于我國水利水電工程地質專業人才奇缺,一批設計師改行從事工程地質專業的學習和工作,后來大都成為工程地質專業的優秀專家。實踐證明,地質師的工程概念清晰,地質工作會得心應手;反之則可能事倍功半。
7.工程地質要面對現實著眼未來
汪恕誠部長最近講話強調:不能老修改設計,因為搞招投標尤其是國際合同,修改設計就意味著被索賠。修改一個設計,似乎節省了某一個工程量,而索賠量比這個還大,大量修改設計怎么得了?汪部長的這段講話似乎在批評設計,實則是水利水電工程地質的一個千載難逢的新的契機。
如何理解汪部長的這段話?我們認為首先要搞清楚為什么修改設計,水利工程因為地質問題而修改設計的可以舉出若干例子來。
修改設計往往賴地質,我們當然可以理直氣壯地說:前期地質工作投入不夠,工程地質條件不清楚,地質基礎資料不準確,工程地質分析出力不夠或分析工作的深度不到家,工程地質問題的界定不明確或界定有錯誤,學術技術問題得不到廣泛的討論和爭論,工程地質問題的真理有時往往掌握在少數人手里。
很明顯,要想不修改設計,地質工作必須做到家,基本的地質工作量必須保證。作為地質師,既要尊重事實,堅持真理,實事求是,還要努力學習,開拓進取,勇于創新,更要勤于實踐,不迷信權威,不違心唯上。工程地質專業的形象靠地質師們去樹立,去維護;工程地質專業在工程建設中的地位也只有靠地質師們自己去爭取
關鍵詞:規程 規范 堤防 工程地質 地質體 防滲
1998年的特大洪水,江堤全線告急,到處險象環生,抗洪搶險消耗的人力、物力、財力都是空前巨大的。堤防工程暴露出了許多問題,急待實施加固,中央對此十分重視,專項資金迅速到位。為使新一輪水利防洪工程建設更科學化和規范化,建設部于1998年10月8日以建標〔1998〕185號文了國家標準《堤防工程設計規范》(以下簡稱《規范》,編號為GB50286-98,自1998年10月15日起施行)。該《規范》是一部統一堤防設計標準和技術要求,保證堤防建設技術先進、經濟合理、安全適用的技術法規,具有強制性。《規范》對堤防工程地質勘察沒有過多的闡述,僅在第3.4條(工程地質)中規定:3級以上的堤防工程設計的工程地質及筑堤材料資料,應符合國家現行標準《堤防工程地質勘察規程》(以下簡稱《規程》,編號為SL/T188.96,水利行業標準,1997年2月,1997年5月1日起實施)的規定。顯然,堤防工程地質勘察按《規范》要求,應該認真執行現行的行業標準《規程》,這時《規程》也就相當于一個強制性的國家標準,或者說《規程》是《規范》的一個補充。
規程規范是一個行業對其工作內容、工作方法和工作程序的多年豐富經驗之歸納與總結,是工程勘測設計質量控制的標準,是行業主管單位進行工程審查的依據,可以說是行業管理的根本大法。
筆者最近連續參加了幾個重要的一級堤防工程勘測設計報告的審查,感到《規范》和《規程》在實施過程中存在一些值得商榷的問題(可實施性、可操作性、概念性以及對地質環境的影響等),經與部分勘測設計單位一些經驗豐富的地質師交換意見,大家亦有同感。現將我們的一些粗淺認識公布于眾,拋磚引玉,希望引起更多的地質專家來分析討論這些問題,以便于更好地理解《規范》和《規程》,應用《規范》和《規程》來指導我們的工程地質工作,也有利于今后對《規范》和《規程》的修訂。
1 關于地質體與水工建筑物的概念問題
眾所周知,工程地質勘察的任務是為工程建設提供地質資料,查明工程地質條件,分析、研究、界定和明確工程地質問題,并提出工程處理措施的建議。強調的是為工程建設服務,定位于工程設計和工程施工等專業的基礎性配合性專業。很明顯,工程地質勘察的對象是建筑物的天然地基(注意將“地基”與“基礎”區別開來),即地質體。至于人工填土地基將另當別論。
就已建堤防工程的工程地質勘察而言,主要是指對大堤地基(堤基)的勘察。洪水期間眾多江堤出險實例表明,堤身與堤基均有險情發生。堤基的主要工程地質問題是滲透變形、崩岸、沉降、堤基滑移等;堤身的險情主要為滑坡、散浸、清水管涌、夾層滲漏、堤身單薄等。這里,我們有意識地將堤身險情與堤基問題分開,目的在于澄清地質體與水工建筑物的基本概念和它們之間的根本區別。
工程師們對地質體與水工建筑物的區別是再清楚不過的了,我們在這里議概念問題是小題大作了嗎?未必!《規程》對此就是概念模糊的。在《規程》中多處提及已建堤防加固工程對堤身和堤基的勘察,或將堤身與堤基的勘察相提并論,要求查明……,顯然已經將本來是水工建筑物的堤身當成堤基這樣的地質體去實施“勘察”,混淆了天然地質體與人類工程活動產生的建筑物這兩者之間的概念,能說是小題大作嗎?
由于《規程》中的概念模糊或者概念不明確,以至于在工程實踐中,產生了諸如將堤身的工程隱患當成工程地質問題,將堤身土體當成地質體去“查明”工程地質條件等等工程笑話,此類問題在我們審查過的堤防工程地質勘察報告中比比皆是,不得不撰此拙文與同仁討論。
我們說堤基是地質體,在此地質體上修建工程建筑物,需對此地質體實施工程地質勘察,以查明工程地質條件,研究工程地質問題,并根據工程建筑物的任務和特性對地質缺陷提出處理措施的地質建議,這是地質師的職責和任務。地質師利用有限的地質勘探手段(鉆探、坑槽探、物探等),根據區域地質環境,應用形成地質體的基本理論(地層時代、沉積韻律、地質構造、巖性對比、巖相規律等等),輔以巖土體的物理力學試驗,特別是結合地質師豐富的實踐經驗去分析、判斷、推論和論證,最后完成查明工程地質條件的任務,這是地質師完全可以做到的。
然而,對于已建堤防工程的堤身就完全不一樣了。誠然,防洪大堤一般為就地取材修建的土堤(其它材料修建的大堤不在本文所述之列),是一“線狀”水工建筑物,它的工程隱患具有隨機分布特性,例如填筑土料的質量,勘察中發現堤身土中有透水性強的砂性土呈雞窩狀、局部層狀或條帶狀、小范圍透鏡狀等多種狀態分布;填筑土的緊密程度也具隨機性;而堤身中發現的施工雜物和生物洞穴的分布,其隨機性更大。顯然,此類隨機分布的工程隱患問題,用常規的地質勘探手段來查明這些隱患就顯得有些力不從心。
堤身的“勘察”之所以顯得如此復雜,其原因就在于土堤是人類工程活動把擾動后的土填筑起來的產物,它的結構和質量人為因素較大,成因不受自然規律制約,不同堤段的填筑情況可能相差很大,加上后期生物活動的破壞,更無規律可循,即使對它進行“勘探”,也只能是對某一點的認識,不能結合地質師的任何經驗,更不能應用地質基本理論,其認識不可能上升到宏觀這一層次。因此,對堤身進行工程地質“勘察”的提法就值得商榷。既然土堤是水工建筑物,對它的工程隱患進行檢測或調查,則更為名正言順無可非議。準確地界定問題的性質,有利于對癥下藥,事半功倍。至于土堤的檢測或調查,要借用地質師的一些可行的“勘探”手段和“勘探”方法,或者將此項工作交予地質師來完成,地質師也是樂意的,但不要用“查明”這種對地質體的要求來明確任務,可以考慮用“分析、了解、判別、提出”等詞語對隱患問題作出評價,或許更為合適。轉貼于 2 關于已建堤防加固工程的勘察階段問題
我們知道,就水利工程(多指樞紐、供水、灌溉等大型工程)而言,有其較為嚴格的勘測設計階段劃分。對于堤防工程,《規程》將新建堤防和已建堤防加固的勘察階段分開,這是符合客觀實際的。《規程》第1.0.5條規定:新建堤防的工程地質勘察可分為規劃、可行性研究、初步設計和施工圖四個階段。已建堤防加固工程地質勘察可分為可行性研究和初步設計兩個階段。必要時還可進行施工地質工作。地質條件簡單或勘察目的單一的堤防工程,經勘察設計主管或審批單位同意,勘察階段可適當簡化。而在本條的條文說明中,對地質條件作了簡單、中等和復雜三個等級的界定。對照堤防工程出險需加固的工程實例,地質條件都是中等或復雜級別,都達不到簡化勘察階段的條件。然而,《規程》另外聲明:堤防工程地質勘察階段的劃分,原則上應和堤防設計階段的劃分相適應。……有時多采取一次性進場勘察完畢。……在某些具體條件下,也可以將勘察階段簡化,甚至不劃分勘察階段。這又是十分可取的原則。
堤防工程是線狀工程,勘察工作拉開的戰線較長,勘探隊伍進場一次,轉戰南北實屬不易,特別對于已建堤防加固工程,由于不存在線路比較、重大方案調整等地質條件占有一定份量的多階段循序漸進的勘察過程,一次進場勘察完畢就有其自身的客觀合理性。已建堤防加固工程勘察的目的十分清楚,即重點查明出險堤段堤基的工程地質條件,分析界定發生堤基險情的主要工程地質問題,提出工程處理措施的建議。此外,堤基的工程地質條件一般說來較為簡單,多為二元結構或多層結構的第四系土體;堤基的工程地質問題也相對明確,主要為滲透變形,受河勢控制岸坡迎流頂沖產生崩岸等。這些地質特性都給一次進場勘察完畢創造了較為可取的有利條件。在實際工作中,需要領會和理解《規程》的大原則,根據具體情況,一切從實際出發,必要時可以考慮簡化勘察階段,縮短勘測周期,降低勘測費用,達到勘測隊伍孜孜以求的目標。
需要注意的是,勘察階段簡化后設計階段并沒有簡化,一些需要專業協調方面的問題,還要認真研究解決。此外,一次進場勘察完畢之后,所提交的地質資料一定要能夠滿足工程概算的精度要求,否則將事倍功半,弄巧成拙。這就要求勘測工作的深度要達到加固工程初設階段其它專業的需要。千萬不要屈解成簡化了勘察階段也降低了深度要求。
3 關于已建堤防加固工程的勘察深度問題
關于已建堤防加固工程的地質勘察深度,《規程》中有明確規定,但在工程審查過程中發現,部分規定可操作性較差,現分述如下。
(1)《規程》4.2.7中對已建堤防加固工程地質測繪提到“縱剖面一般沿堤頂布置,必要時應在堤內外加布縱剖面。橫剖面的間距根據擬加固堤段長度及問題而在50~200m的范圍選定。沙基管涌段、潰口段、扒口分洪段、較大淵、潭、塘段,崩岸坍塌段、堤基滑移變形段和天然溝口段應增加地質剖面。《規程》4.4.3中詳細規定了加固堤防工程的鉆孔位置。筆者最近參加了湖北省洪湖、監利長江干堤整治加固初步設計報告審查會,了解到整個洪湖、監利長江干堤225.88km幾乎全線出險,其中由于堤基出險的超過90km,按《規程》要求,僅此90km出險段就至少應布置450個橫剖面,其中外灘寬度大于500m,距長江河床最低位置大于700m而出險的堤段有48km長,故至少要打鉆孔2310孔,這僅僅是對堤基出險段而言,再加上堤身出險段應打鉆孔數量,總數實在驚人。事實上,在重要險工險段區,如果地質條件復雜,200m一個橫剖面也根本控制不住,仍然達不到查明工程地質條件的目的,因此《規程》規定的橫剖面間距最密可達50m,在我們審查過的堤防工程中沒有一個勘測單位達到了這一勘探精度。
(2)《規程》4.2.7進一步規定,橫剖面的長度在軟土區應達到內外反壓平臺以遠50~100m;在粉土、砂土區,砂卵石強透水段,應達到堤內外附近河(湖、海)床最低位置。這里“反壓平臺以遠50~100m”基本可行,而“附近河床最低位置”這一規定在灘地較寬的情況下幾乎不可行。例如有的灘地可達1000m以上,長江江面寬者為數千米,“最低位置”可能在江心或靠近江對岸,橫剖面可能將長達3-5km,而且江河的最低位置還需做大量的水下測量工作才能確定,這實施起來可能嗎!所以《規程》中的規定就值得研究。
(3)《規程》4.4.4中規定,當遇砂、卵石等強透水層時,鉆孔宜深入相對隔水層內3~5m”。整個洪湖、監利長江干堤主要以表層較薄的相對弱透水層的二元結構地基為主,106km堤線上的鉆孔深度均要大于30m,是否有這個必要?而真正需要的是控制住二元結構的上層土體的厚度與性狀,下部砂性土的滲透特性,以便進行滲控驗算,至于砂性土在某一深度以下也就沒有追根究底的必要了。 4 關于堤基垂直防滲問題
關于堤基防滲問題,最近參加的工程審查中發現,許多工程都做了沿線大范圍的垂直防滲設計,我們對此有些異議。《規程》和《規范》中對砂性土堤基的處理方法很多,提到了減壓、防滲、截滲、防沖、振沖加密等處理措施,這些方法也都是多年工程經驗的總結。但是對淺層透水堤基和深厚透水堤基普遍采用截滲墻和截滲槽進行垂直截滲的效果和對環境的影響卻應該引起人們的重視。對于淺層透水堤基常要求截斷滲體底部達到相對不透水層,這樣似乎就可以截斷江(河)水向堤內的滲漏通道,但由于堤線不同于一般擋水建筑物(如大壩),其特點是呈線狀沿江(河)布置,地表水與地下水的補排關系密切,如果截斷了水體的天然聯系通道,從長遠來看,必然會破壞自然地質環境,引起環境地質問題:原區域內的水文地質條件發生了根本性的改變,地下水的天然滲流場被破壞,僅僅是為了汛期截住江(河)水不向堤內滲漏,而在非汛期,堤內的地下水無法排出堤外,引起內澇將成為必然。而對于深厚透水堤基,由于只能做懸掛式帷幕,參考長江委對荊江大堤用懸掛式防滲墻典型斷面的防滲效果分析結果:堤身出逸點高程與不作防滲墻基本相同,堤基后100m內垂直比降降低了1.0~10.3%,水平比降降低了11.1%,這說明設置防滲墻對削減堤后基礎淺部滲透壓力,保證堤基、堤身安全起到了一定的作用,但效果并不明顯,造價也很高。鑒于此,在最近的一些堤防工程審查中,我們一般不同意垂直防滲方案。
關于堤基垂直防滲問題,大家可以討論,我們這里也僅是一家之說。我們認為應該掌握的原則是:一般情況下不宜提倡垂直防滲,在特殊堤段可以考慮,但應對由此而產生的環境地質問題進行研究,采取相應的工程措施。
5 關于堤身隱患的工程處理問題
堤身是水工建筑物,不是地質體,這一點是毫無疑問的。前面已經闡明了對堤身不宜用工程地質勘察這一提法,但是地質師確實能夠通過調查以及一些地質勘探手段檢測出堤身存在的隱患問題。應該說,對堤身進行檢測是地質師的業務拓展,進一步展示了地質師的工程才能。另一方面,盡管我們這里強調堤身不是地質體,但構筑它的主要材料則是地質師十分熟悉的“土料”,土料的工程特性,地質師可以通過各種“勘探”手段或“試驗”方法予以“查明”。更進一步地說,堤身隱患的工程處理措施,地質師有充分的發言權。
鑒于堤身各類隱患分布的隨機性,完全予以“查明”后才對癥下藥,采取相應的工程處理措施,顯然難度太大,也沒有必要。工程上最為明智的辦法是“包”,有點包治百病的味道,即采用一種技術成熟、造價低廉、易于施工,且適用于多種堤身隱患的工程措施,這就是在堤防加固工程中廣泛采用的“錐探灌漿”工藝。這一工程措施可以對堤身散浸、裂縫、生物洞穴、局部雞窩狀夾層狀條帶狀透鏡狀分布的透水較性強的砂性土、堤身填筑質量差等隱患實施“全面補強”。因此,在已建堤防加固工程審查中,我們一般都建議對類似隱患的堤身實施大范圍錐探灌漿。
許多對堤防工程有豐富經驗的一線的工程師和地方領導,認為對堤身采取全線錐探灌漿進行加固是非常必要的,平時每隔幾年也要普遍搞一次,因為生物洞穴具有再生性。我們則認為,盡管錐探灌漿不是解決堤身隱患的最合理措施,但卻是較為可行、可靠、可取、最包得住、最易讓人接受的措施。它較好地解決了隨機分布不易檢測到的堤身隱患等問題,符合充分利用工程措施去彌補因獲取隱患信息困難而遺留問題的工程原則,是十分可取的。
關于堤身的其它工程隱患的處理,本文暫不討論。
6 結語與建議
98特大洪水給堤防工程敲響了警鐘,也給地質師們帶來了新的機遇。做好堤防工程地質勘察,是地質師的應盡職責。
關于已建堤防加固工程的工程地質勘察階段和深度問題,我們認為應以客觀、務實、科學的態度來對待。勘察階段可以根據具體情況考慮簡化,以工程地質條件是否清楚,工程地質問題是否明確,工程概算能否控制得住為基本原則。所提供的地質資料應滿足其他相關專業的要求。具體來說,應首先結合歷史出險情況,特別是98特大洪水的真實考驗,重點加強險工險段堤基的工程地質勘察,對堤防工程歷史出險情況進行調查,確定出險位置,先針對片狀和面狀出險部位,然后針對線狀出險部位,最后針對點狀出險部位。要認真分析出險原因,不應全面撒網,沒有必要對運行正常的堤段過多地實施地質勘探。對重點出險的堤段,可適當增加鉆孔,加密橫剖面。總之,一切以因地制宜,查明問題為主,切不可盲目化、教條化。
關于堤基垂直防滲問題,筆者認為無論是從地質環境的角度,還是從其本身的防滲效果與工程造價相比較來看,都并不理想,可以考慮諸如水平鋪蓋、減壓井、排水溝等其他工程處理措施。
關于堤身加固,由于堤身的隱患不易查清,隨機性很大,目前只有采取“包”的辦法,而錐探灌漿正是一種成本低廉,施工方便,技術成熟的工程處理措施,對需進行加固的堤防工程,采取全線錐探灌漿是較為可行和可取的。
作為一個國家或行業的規程規范,它一旦頒布實施,就必需嚴格遵照執行,以體現其法規性和嚴肅性。行業主管部門以它作為工程審查的依據,而勘測設計單位則以它作為開展勘測工作和編寫報告的準則。規程規范對審查單位和被審查單位的約束是雙向的,也是平等的。但如果規程規范脫離了實際,可操作性較差,勘測單位在實施過程中難度較大,則應該考慮修訂。
規程規范要不斷地創新并經得起實踐的檢驗。
參考資料:
《堤防工程設計規范》
中國計劃出版社 1998
《堤防工程地質勘察規程》中國水利水電出版社 1997
Some Problem In The Rules Of Engineering Geology Prospecting About Dike