论工程地质学的主要内容及它在土木工程中的作用

论工程地质学的主要内容及它在土木工程中的作用

摘要：

工程地质学是介于地质学和土木工程学之间的应用地质学科，它运用地质学的原理，方法，结合数理力学及土木工程学知识，分析解决和人类生活有关的地质问题，它能够分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题及其对建筑物和地质环境的影响和危害，提出防治不良地质现象的措施，为保证土木工程建设提供可靠的地质科学依据。

关键词：工程地质，土木工程，不良地基

工程地质学的概述

工程地质学主要研究建设地区和建筑场地中的岩体、土体的空间分布规律和工程地质性质，控制这些性质的岩石和土的成分和结构，以及在自然条件和工程作用下这些性质的变化趋向；制定岩石和土的工程地质分类。由于各类工程建筑物的结构、作用、所在空间范围内的环境不同，所以可能发生的地质作用和工程地质问题也不同。据此，工程地质学往往分为水利水电工程地质学、道路工程地质学、采矿工程地质学、海港和海洋工程地质学和城市工程地质学等，随着大规模工程建设的发展，其研究领域日益扩大。除了岩土学和工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外，一些新的分支学科正在逐渐形成，如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质及环境工程地质学、工程地震学。一般来说,工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工工程地质学与土木工程程建筑有关的地质问题的科学。

工程地质学与土木工程

工程地质学的产生源于土木工程的需要，单纯的力学计算不能解决实际问题，土木工程从一开始就和工程地质学结下了不解之缘。试与结构工程比较，结构工程面临的是混凝土、钢材等人工制造的材料，材质相对均匀，材料和结构都是工程师自己选定或设计的，可控的。而工程地质学通过采用物探、钻探、洞探等手段，由粗而细，由浅而深，构造出工程地质模型，明确哪些地段条件简单，哪些地段条件复杂，哪些地段可能冒顶，哪些地段可能突水。识别断层的存在，软夹层的空间分布，搞清结构面的优势方向，地下水的赋存和运动规律, 为保证土木工程建设的合理规划以及建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用，提供可靠的地质科学依据，例如地基对工程建筑的影响，任何建筑物都建造在土层或岩石上.由于承受由基础传来的建筑物荷载而是土层或岩层一定范围内原有应力状态发生改变的土层或岩层称为地基。地基在静动荷载作用下要发生变形,变形过大会影响建筑物的安全,致使建筑物不能正常使用.因此,地基与工程建筑物的关系更为直接,更为具体受建筑场地的工程地质条件所制约.地基的好坏不仅直接影响建筑物的经济与安危,而且一旦出现事故,处理比较难。因此,在设计每一个建筑物之前,必须进行场地与地基的岩土工程勘察,充分了解建筑场地与地基的工程地质条件,论证和评价场地,地基的稳定性和适宜性,不良地质现象,软弱地基处理与加固等

不良地基土种类及危害

地基土与上部建筑有着密切的关系,地基土的优劣直接关系着地基处理方式的选择及地基施工,中国不良地基土的种类较多,我国的不良地基土主要有①：软土地基土、多年冻土地基土、膨胀土地基土,

具体分别有杂填土、软黏土、冲填土、饱和松散砂土、湿陷性黄土、膨胀土、红黏土、季节性冻土、含有机制土、泥炭土以及山区地基土等。比如湿陷性土,湿陷性土属于特殊土,在上面覆盖土层自重应力作用下,或在自重应力和附加应力共同作用下,因浸水后土的结构破坏而发生显著变形。

不良地基土存在影响建筑安全的问题,当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及外荷载时,地基就会产生局部或整体剪切破坏。会影响到建筑物的正常使用,甚至引起建筑物的开裂或破坏；当地下水一直处于运动而产生的问题,当地基土的渗漏量或水力梯度超过允许值时，就会发生水量损失，或因潜蚀和管涌而导致渗漏；地震等动力荷载,可能引起地基土(特别是饱和无黏性土)的液化、失稳和震陷等危害的地质情况。液化问题主要是由于动力荷载引起的稳定和变形问题，当地基土在上部结构自重或外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的正常使用；当超过了建筑物所能允许的不均匀沉降时，可能导致建筑结构开裂破坏；当沉降量较大时产生的不均匀沉降也随之增大。当建筑物的天然地基存在诸多问题就必须进行地基处理。通过地基处理从而满足建筑物对地基的各项要求。

常见不良地基土的处理方式

1、软土地基土的处理方法

软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土①。如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩饱和粘性土、粉土等，主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土⑤。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。这种土质在茂名的沿海地区也十分的常见的一种地质土，故而在茂名等沿海地区建设大

型建筑时特别要注意这类软土地基对于建筑的影响和选用合适的方式处理地基。

由于软土的抗剪强度低、压缩性高、透水性低、触变性、流变性、不均匀性等力学性质不好。故而影响基质的稳定性能，会造成建筑物的不均匀沉降，引起塌方、塌陷、水土流失等，降低了建筑物的抗风、抗震、抗冲击等能力。所以在做建筑物必须做好地质勘探工作，只有把地质勘探做工作并做好地基处理工作才能把好了才能避免不良地质土对建筑物的影响。

目前软基处理的主要方法有：①换填垫层法；②挤密法；③深层搅拌法；④灌浆法；⑤强夯法等③。

换填垫层法。换填垫层法主要作用是提高地基的承载力。其方法是将基底下一定范围内的软弱土挖去，换填砂、碎石和素土等散体料，并分层夯实成低压缩性的地基持力层。

挤密法。挤密法即先往土中打入桩管成孔，然后在孔内填入砾石、砂、石灰，灰土等捣实而成。此法适用于含砂粒、瓦屑的杂填土及含砂量较多的松散土地基，对粘性大的饱和软土地基，由于渗透性小，在加固过程中不能排出很多水分，故挤密效果不大。

深层搅拌法。此法通过特制的搅拌轴的轮叶，从地面开始破土搅拌至加固的深度，打开阀门将水泥浆或水泥粉由搅拌头注入地基中，用搅拌头强制搅拌均匀。

灌浆法。用钻机成孔，将注浆管放入孔中需要灌浆的深度，钻孔四周顶部封死。启动压力泵，将搅拌均匀的水泥浆或水泥砂浆压入土的孔隙和岩石的裂隙中，同时挤出土中的自由水。水泥浆凝固后，土体与岩石裂隙胶结成整体。此法基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力较小。适用于卵石、中、粗砂和有裂隙的岩石。如是粘性土，则用较高的压力灌入浓度较大的水泥浆或水泥砂浆。

强夯法。强夯法是将重锤起重到一定高度，然后自由下落，重复夯打，以加固地基，使强度提高，压缩性减小。此法一般适用于无粘性土，杂填土和半饱和土，这种方法对于人工填埋形成的地基土或海边和是一些河流边形成不久的土壤上建设大型建筑常用的一种地基处理方法，在这些地方的大型工地我们看到重锤夯打地基土。近年来

著名的拜迪的帆船酒店和人工岛都使用这种地基方法。

2、膨胀土地基的处理方法

膨胀土指的是具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土。

膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石,为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等；地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。在我国中南、西南地区分布极为广泛，这对建筑的危害非常大，在工程建设中必须把这一地质危害消除以确保建筑物的安全。

施工措施②

（1）提前整平场地，使场地经过雨水预湿，减少挖填方湿度过大的差别，使含水量得到新的平衡，大部分膨胀力得到释放。

（2）尽量保持原自然边坡、保持场地的稳定条件，避免大挖大填。基础适当埋深或用墩式基础、桩基础，以增加基础附加荷载，减小膨胀土层厚度，减轻升降幅度，但成孔时切忌向孔内灌水，成孔后宜当天浇筑混凝土。

(3)临坡建筑不宜在坡脚挖土施工，避免使坡体平衡改变，使建筑物产生水平膨胀、移动。

(4)采取换土处理，将膨胀土层部分或全部挖去，用灰土、土石混合物或砂砾回填夯或用人工垫层如砂、砂砾作缓冲层，厚度不小于90cm。

(5)在建筑物周围做好地表渗、排水沟等，散水坡适当加宽下做砂或炉渣垫层，并设隔水层。室内下水道设防漏、防湿措施，使地基土尽量保持原有天然湿度和天然结构。

(6)做好保湿防水措施，加强施工用水管理，做好现场施工临时排水，避免基坑(槽)浸和建筑物附近积水。基坑(槽)挖好后，及时分段快速施工完成，并回填覆盖夯实，减少基坑(槽)暴露时间，避免暴晒。

3、多年冻土地基的地基处理

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土和季节冻土以及多年冻土（数年至数万年以上）。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土不断退化。我国的冻土主要分布在西北等北方地区，特别是西藏地区多年冻土极多在这些地方冻土对建筑物的影响是不可忽略的！

1.冻胀防治措施

（1）减小墩台和基础的侧面积。

（2）根据试验，提高建筑物表面的光滑度，可大大降低切向冻胀力，因此应尽量减少墩台和基础受冻拔作用范围的粗糙率。

（3）基础四周换填较纯净的砂或砂夹卵石等粗颗粒土，夯实。

（4）由于切向冻胀力是在地面处较大，往下迅速减小，故基础顶截面小于基底截面，以减小切向冻胀力。

2．融沉防治措施

（1）对采用融化原则的基底土可换填碎、卵、砾石或粗砂换填，换填深度可达季节融化深度。

（2）采用冻结原则施工的基础宜于冬季施工，采用融化原则的基础宜夏季施工。

（3）对融沉、强融沉土基，宜采用轻型桥台，适当增大基底面积，减少压应力，或结合具体情况，加大基础埋置深度。

（4）采用冻结原则施工中应保护地面上的覆盖植被，或以保温性能好的材料铺盖地表，减少热渗入量。

我国地质土种类繁多，对建筑工程的影响也不能忽视，特别是高层建筑的大型建筑更要注意地质土对工程的影响。故而在工程建设前

必须做好地质勘探工作因地制宜的设计建筑。对一些地质土也要相应的做一些地基处理。处理方法种类繁多,各种处理方法有它的优缺点和适用范围,没有一种方法解决所有问题,在工程建设上要合理因地制宜的根据地质土的类型选择最优的施工方法和处理措施。

课程心得

学完本学期的《工程地质学》课程后，我认识到人类社会的进步与发展，实际上又是一部人与自然相互协调和相互影响的壮丽史诗。人类的每一次产业革命，无不与工程建设有直接关系，与地质环境有直接或间接关系。21世纪，工程地质学科正在经历着前所未有的挑战，工程地质工作也存在着这样那样的问题和难题。作为一名大学生，我要努力学习工程地质知识，抓住机遇迎接挑战，顺应自然，保护环境，防止灾害，造福人类。