來源：”中國巖土網(wǎng)”
巖土工程是人類改造世界，發(fā)展生存空間，營造現(xiàn)代物質(zhì)文明方面的一項(xiàng)重要系統(tǒng)工程。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來的巖土工程必將在現(xiàn)有先進(jìn)水平的基礎(chǔ)上獲得突破性的發(fā)展。
通過鉆探取樣直觀地掌握巖土性狀，仍將是未來巖土工程勘測的核心方法，但是鉆探技術(shù)和測試技術(shù)將有長足的進(jìn)步，象航天技術(shù)移植過來的伺服式測斜儀一樣，登上月球的月球車和登上火星的漫游號(hào)火星車技術(shù)都會(huì)有朝一日轉(zhuǎn)向民用，這些儀器的特點(diǎn)是遙感和自動(dòng)控制。對(duì)于鉆探取樣的繁重體力勞動(dòng)，將完全由機(jī)器人或機(jī)械手所取代。在各種傳感器和中央控制系統(tǒng)的指揮下，液壓系統(tǒng)可以自動(dòng)樹立鉆架或鉆塔，自動(dòng)安裝鉆機(jī)和裝拆鉆桿，自動(dòng)取樣和保留巖土樣，自動(dòng)采集各種數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。目前轉(zhuǎn)盤式的鉆桿裝拆的機(jī)械手已經(jīng)在車裝鉆機(jī)上應(yīng)用，進(jìn)一步的智能化鉆機(jī)的出現(xiàn)指日可待。
原位試驗(yàn)仍將是必不可少的勘測手段， 隨著原位試驗(yàn)精度的提高，不僅使昂貴的鉆探取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn)的工作量減少到最低限度，且?guī)r土工程勘測的效率也將大大提限度，且?guī)r土工程勘測的效率也將大大提高。原位試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展同樣以智能化為方向，而遙感遙控和數(shù)據(jù)采集處理自動(dòng)化是普遍的技術(shù)方法。
原位試驗(yàn)方法將由目前的十幾種逐漸簡化為四種，即四雄并立的局面。這四種方法由于在本世紀(jì)積累了大量經(jīng)驗(yàn)，并已列入規(guī)范，將繼續(xù)得到發(fā)展和應(yīng)用，但在技術(shù)和智能化程度將上一個(gè)新的臺(tái)階，現(xiàn)在技術(shù)和智能化程度將上一個(gè)新的臺(tái)階，現(xiàn)將簡述四種方法的現(xiàn)狀和發(fā)展。
1 原位測試方面
1.1 靜力觸探(CPT)
CPT是一種電子測試技術(shù)，通過向土內(nèi)壓入一個(gè)錐形探頭，通過土對(duì)錐頭作用的反力引起電阻率的變化，測求錐尖阻力和側(cè)壁摩阻，繪制出隨深度而變的相關(guān)曲線，從而精確地劃分地層，計(jì)算各層的抗剪強(qiáng)度和承載力，特別是模擬計(jì)算樁的側(cè)阻力和樁端反力有很高的精度。目前CPT正在向多功能的方向發(fā)展可測孔隙壓力的靜力觸探(CPTU)已成常規(guī)，用途甚廣，除了分層鑒別土層之外，可測固結(jié)系數(shù)，估測土的應(yīng)力史，單樁承載力，地基變形模量、抗剪強(qiáng)度，并判定砂土震陷和液化。CPT與測波速技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展成為SCPT，可作下孔法、跨孔法求剪切波速 從而求算剪切模量 。求狀態(tài)參數(shù)，反映地基的天然狀態(tài)(state parameter)，更正了對(duì)相對(duì)密度的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)大了原位試驗(yàn)的應(yīng)用范圍。
未來的CPT技術(shù)，聲波遙感將取代電阻應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)無電纜操作，貫入深度將不受地層和設(shè)備的限制，并將擴(kuò)大目前四功能(貫入阻力、側(cè)壁摩阻、孔隙壓力和測斜)探頭為多功能探頭或不同功能探頭，液壓技術(shù)也將得到發(fā)展實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。
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1.2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)
標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)仍然是國際上應(yīng)用最廣泛，最常用、最主要的勘探及原位試驗(yàn)。目前更強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的或標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，以期國際上更為有效的進(jìn)行交流。目前為止SPT是在世界上地震和震陷液化實(shí)際發(fā)生地區(qū)積累最多的原位試驗(yàn)，故而是評(píng)定液化和震陷最主要的試驗(yàn)。未來的SPT，將與智能化鉆機(jī)結(jié)合，在控制自由落錘的沖擊能和標(biāo)貫取樣方面得到進(jìn)一步的發(fā)展，實(shí)測的資料可與CPT等綜合分析，在土的類別和強(qiáng)度指標(biāo)，樁基設(shè)計(jì)參數(shù)和液化等級(jí)判定等方面將取得更精確更可靠的判別資料。
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1.3自鉆旁壓儀(PMT)
自鉆旁壓儀(PMT)是原位試驗(yàn)中邊界條件最明確的試驗(yàn)，但其試驗(yàn)成果付諸實(shí)際應(yīng)用一向存在困難。近年來微處理器和電腦自動(dòng)化控制的進(jìn)展，臨界狀態(tài)土力學(xué)的成熟，使得PMT試驗(yàn)成果分析有了新的發(fā)展，例如進(jìn)行握住試驗(yàn)求土的原位固結(jié)系數(shù)，加強(qiáng)試驗(yàn)卸荷階段的量測，可推求地基土的不排水抗剪強(qiáng)度、剪切模量、摩擦角和剪脹角狀態(tài)參數(shù)等，狀態(tài)參數(shù)是比相對(duì)密度更好的描述砂土性狀的指標(biāo)。測土的水平向應(yīng)力以PMT為較好工具。CPT測量錐尖阻力 值不能可靠地反映土的變形性能，而PMT則可給出相當(dāng)可靠的剪切模量，壓縮模量和側(cè)向基床反力系數(shù)。未來的旁壓儀通過與智能化鉆機(jī)的結(jié)合，不僅克服了試驗(yàn)深度的限制，而且通過遙感技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理也能自動(dòng)完成。
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1.4側(cè)脹儀(DMT)
側(cè)脹儀亦稱扁鏟或應(yīng)力鏟。側(cè)脹儀為測定許多重要的土力學(xué)參數(shù)提供了一種快捷、精確而又經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)場測試方法。側(cè)脹儀可用于確定約束模量Ｍ(粘土和砂土)、不排水剪切強(qiáng)度 (粘土)、計(jì)算沉降量、確定土的分層、控制壓實(shí)密度。還可提供粘土的OCR (超固結(jié)比)和 (側(cè)壓力系數(shù))、判定砂土液化、模擬側(cè)向荷載下樁的 (荷載-位移)曲線，還可測得粘土的固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)，確定粘土斜坡中滑移面的位置。
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2 樁基礎(chǔ)和地基處理的新發(fā)展
軟土地基上建造各種建筑物，一般離不開樁基礎(chǔ)和淺層地基處理，對(duì)于荷重大的高聳云天的建筑物來說，樁基礎(chǔ)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)成熟的境地，鋼樁(Ｈ型樁和鋼管樁)，鋼筋混凝土樁(預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度管樁、鋼筋混凝土方樁)，現(xiàn)場澆制混凝土樁，以及各種形式的夯擴(kuò)樁、沉管樁、擴(kuò)底墩等等都已在工程上大量應(yīng)用。未來的樁基會(huì)有什么樣的變化呢?可以預(yù)言，必將出現(xiàn)三大變化：
(1)樁的承載能力將會(huì)有突破性的發(fā)展，目前單樁承載力達(dá)到1500噸的已很少見，但在未來，只要上部結(jié)構(gòu)有需要，荷重在2000噸以上的樁將不是難題，從經(jīng)濟(jì)性著眼，一柱一樁的結(jié)構(gòu)形式可以廣泛采用，實(shí)現(xiàn)這一目的，將在樁材和沉樁設(shè)備方面取得進(jìn)展。PHC樁(高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁)的強(qiáng)度和直徑(>1ｍ)得到擴(kuò)大沉樁設(shè)備方面液壓錘和泥漿回轉(zhuǎn)鉆的結(jié)合使進(jìn)入砂土層和礫石20～30ｍ不成問題，一種新的復(fù)合樁型必將問世，這種樁型是貫入能力強(qiáng)的Ｈ型鋼樁和ＰＨＣ樁的結(jié)合。
(2)樁的形狀必將突破直桿和線性的概念，而演變?yōu)椴煌煨偷闹С薪Y(jié)構(gòu)，例如沉井結(jié)構(gòu)用于筒中筒、筒筐結(jié)構(gòu)的高層、地下連續(xù)墻已經(jīng)作為地下室外墻的一部分。成片狀的、折線狀的和格柵狀的不同于現(xiàn)有樁基礎(chǔ)卻有樁的功能與概念的地下支承結(jié)構(gòu)，必將部分或局部取代單調(diào)的樁基礎(chǔ)，這種地下支承結(jié)構(gòu)施工機(jī)械將不是傳統(tǒng)的打樁機(jī)，而是以地下連續(xù)墻施工機(jī)械為藍(lán)本的掘土機(jī)，如果在氣壓護(hù)壁方面有所突破，則可擴(kuò)大其底部，形成擴(kuò)底墩式的擴(kuò)大頭，進(jìn)一步提高其支承能力，減少沉降量，降低造價(jià)。
(3)目前的樁材以鋼筋混凝土為主體，而鋼樁則次之，隨著化學(xué)工業(yè)高分子材料的發(fā)展，由化學(xué)注漿成樁制造出高強(qiáng)度的可與鋼筋混凝土樁比美的化學(xué)復(fù)合樁未必是不可能的。目前水泥土攪拌樁已廣泛用于復(fù)合地基的處理，化學(xué)灌漿也是常用的手段，在此基礎(chǔ)上發(fā)展的化學(xué)材料和土的攪拌樁攪拌墻用于防滲擋水等目的應(yīng)是指日可待的。
淺層地基的處理，物理的化學(xué)的方法種類繁多，今后發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)及其預(yù)期的方法和內(nèi)容如下：
(1)土工織物或土工布。普遍用于筑壩、軟基處理、邊坡治理和排水防滲等領(lǐng)域，已經(jīng)在提高地基承載力，增強(qiáng)地基抗滑能力，或者防止土粒沖刷流失等方面有很大發(fā)展。結(jié)合原位試驗(yàn)和量測、應(yīng)用數(shù)值分析法探索予估施工和加固過程的工作性狀等方面，使土工織物的應(yīng)用日益擴(kuò)大。
(2)與環(huán)境保護(hù)有關(guān)的加固地基的方法將大為流行，隨著高度工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)各類產(chǎn)品的同時(shí)，也生產(chǎn)了大量廢渣、廢水和廢氣等廢棄物。如何將廢渣如鋼渣、粉煤灰等材料利用起來，作為地基處理的一種有用的材料，目前除了粉煤灰已大量用于筑路或回填土以外，鋼渣樁、粉煤灰復(fù)合樁、粉煤灰、鋼渣作為強(qiáng)夯墊層等方法也就應(yīng)運(yùn)而生了。
(3)建筑物糾偏和地基加固保護(hù)有歷史意義的古建筑將是未來一項(xiàng)有重大意義的任務(wù)，世界有名的意大利比薩斜塔的糾偏，曾做大量深入細(xì)致的研究，最后決定采用反壓、電滲加固和錨索等多種方法的綜合加固方案，并進(jìn)行室內(nèi)物理模型和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的試驗(yàn)，在取得可靠的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)效果后才付諸實(shí)施，現(xiàn)在已初見成效。無獨(dú)有偶，我國蘇州著名的虎丘塔，經(jīng)歷了幾百年風(fēng)雨的侵洗，地基發(fā)生了嚴(yán)重的不均勻沉降，塔身的傾斜可與比薩斜塔相比，已到了非處理不可的程度，經(jīng)過國內(nèi)眾多專家論證，最終確定采用適合具體工程條件的挖孔樁圍封，然后在基礎(chǔ)下對(duì)地基作壓力灌漿的綜合加固手段，終于解決了傾斜問題。
建筑物糾偏的方法很多，常用的方法有基礎(chǔ)托換、壓力注漿、旋噴樁、樹根樁、錨桿支承等。鉆孔掏土解除應(yīng)力、重力反壓和電滲加固地基等也是常用的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，古建筑的保護(hù)將在基底應(yīng)力和沉降的遙感遙測方面有所突破。然后確定有針對(duì)性的加固方案，做到上部結(jié)構(gòu)毫無損傷地完整的保存下來，使那些人類文明的瑰寶永放光彩。
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3 地下空間的開發(fā)將是巖土工程的著重點(diǎn)
當(dāng)前面臨著人口增長的巨大壓力，人們生活的空間是有限的，必須在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，充分開發(fā)和有效利用人類的生存空間，因此一方面高層建筑仍將是解決城市人口密集區(qū)居住問題的重要手段。另一方面就是充分利用既能節(jié)能又不爭地的地下空間，目前，地下鐵道、地下停車場、地下倉庫、地下商場、越江或海底隧道等地下建筑物已經(jīng)廣泛地為人們服務(wù)。地下空間的開發(fā)，將不僅為城市交通所必須，也將更大規(guī)模的為拓展人類的生存空間服務(wù)，地上幾十層，地下5層6層甚至更多層作為地下車庫、地下商場、地下技術(shù)層，甚至與地鐵、隧道等連接在一起的超高層建筑早已出現(xiàn)。不僅節(jié)約了大量的寶貴的土地資源，而且也節(jié)約了大量的能源，這樣的地下城必須在未來蓬勃發(fā)展。
在地下空間的開拓中，巖土工程是最核心的內(nèi)容，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、巖石力學(xué)和土力學(xué)，環(huán)境地質(zhì)和抗震工程都將大顯身手，在理論和實(shí)踐中取得突破性的進(jìn)展。
