張小禮+凌衛(wèi)寧

【摘 要】本文對(duì)環(huán)保理念下進(jìn)行“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容改革的必要性進(jìn)行分析，提出從基坑工程、地基處理工程、基礎(chǔ)工程、舊建筑物基礎(chǔ)的再利用、巖土工程災(zāi)害、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)等方面對(duì)“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。

【關(guān)鍵詞】環(huán)保理念 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 教學(xué)內(nèi)容 改革

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）02C-0079-02

傳統(tǒng)的“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”是以完成工程地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)施工為目的，沒(méi)有考慮施工過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響和破壞。隨著建筑用地的減少，建筑物的逐漸密集，巖土工程發(fā)展與環(huán)境的矛盾日益突出，目前形勢(shì)下必須考慮和分析巖土工程對(duì)環(huán)境的影響，在環(huán)保理念下設(shè)計(jì)和施工地基基礎(chǔ)工程。本文探討環(huán)保理念下“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容的改革。

一、環(huán)保理念下“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容改革的必要性

教學(xué)是提高人們解決巖土工程發(fā)展與環(huán)境矛盾的關(guān)鍵途徑，在環(huán)保理念下進(jìn)行“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容改革，是由“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程研究?jī)?nèi)容本身、課程的授課對(duì)象所決定的。

“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程內(nèi)容是由“土力學(xué)”與“地基基礎(chǔ)”兩部分內(nèi)容構(gòu)成，“土力學(xué)”主要研究土的物理力學(xué)性質(zhì)，“地基基礎(chǔ)”主要研究“土力學(xué)”在工程實(shí)踐中的應(yīng)用?？梢哉f(shuō)“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”就是指導(dǎo)人們?nèi)绾胃淖兊乩淼孛?。環(huán)境的惡化會(huì)制約巖土工程的實(shí)施，而工程活動(dòng)也進(jìn)一步影響了環(huán)境，是工程活動(dòng)的環(huán)境雙重性的具體體現(xiàn)。所以，在“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”教學(xué)中進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容改革成為必然和必需。

“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”的授課對(duì)象決定了教學(xué)中進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革的必要性。巖土工程環(huán)境的惡化問(wèn)題雖然是由于過(guò)度開(kāi)發(fā)、規(guī)劃的不合理等引起，但說(shuō)到底其根源在人的思想?！巴亮W(xué)與地基基礎(chǔ)”主要針對(duì)土建類專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)，他們是以后從事土木工程的設(shè)計(jì)和施工的高端技能人才，在他們走上工作崗位之前接受一些環(huán)保理念，才能在工作崗位上基于環(huán)保理念開(kāi)展工作。

二、環(huán)保理念下“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容改革

在考慮環(huán)境影響的前提下，土木工程師考慮的問(wèn)題就不僅僅是工程技術(shù)問(wèn)題，還需要考慮工程對(duì)環(huán)境的影響。在“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”教學(xué)中，考慮到對(duì)環(huán)境的影響，可以在基坑工程、地基處理工程、基礎(chǔ)工程、已有建筑物基礎(chǔ)的再利用、巖土工程災(zāi)害、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)等方面進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容補(bǔ)充和改革。

（一）基坑工程方面。在基坑開(kāi)挖中常常需要降低地下水水位，常用的降低地下水位的方法是井點(diǎn)降水法。由于水位下降導(dǎo)致土的自重應(yīng)力增加，從而引起地面沉降，引起鄰近建筑物的傾斜、開(kāi)裂?；娱_(kāi)挖時(shí)，基坑內(nèi)外存在一定的水頭差，當(dāng)水力坡降較大時(shí)會(huì)引起基坑坍塌及開(kāi)裂等問(wèn)題。采用“按需降水”的理念對(duì)地下水的施工進(jìn)行指導(dǎo)，這樣既減少了地下水環(huán)境的變化和建造成本，又降低了地下水變化對(duì)鄰近建筑物的影響。

基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響除了地下水的作用外，主動(dòng)土壓力作用也不可忽視，它可使得側(cè)壁土體向坑內(nèi)及垂直向下產(chǎn)生位移，導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)，另外基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞還會(huì)導(dǎo)致基底隆起，同時(shí)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和位移也會(huì)影響鄰近的建筑物的安全，因此在基坑的開(kāi)挖支護(hù)中一定要考慮到對(duì)相鄰建筑物的影響。

（二）地基處理工程方面。根據(jù)地基土的性質(zhì)不同，相應(yīng)的地基處理有多種方法，對(duì)環(huán)境的影響也各不相同。比如，化學(xué)灌漿法是將水玻璃或其他化學(xué)漿液壓入土的孔隙中，使土膠結(jié)成整塊，從而提高土的強(qiáng)度和抗水性。但是，在施工中漿液尚未固化，加上注漿是在一定壓力下進(jìn)行，如防護(hù)措施不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致漿液向外圍擴(kuò)散，污染周圍土質(zhì)和水源。再如，強(qiáng)夯法處理地基時(shí)，強(qiáng)夯時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊能量使附近的場(chǎng)地下沉或隆起，并以沖擊波向外傳播，對(duì)周圍土體和建筑物產(chǎn)生擾動(dòng)影響，同時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲等環(huán)境公害，對(duì)人的身心健康造成危害。

再如，土工袋是將素土、摻石灰或水泥的普通土、砂 礫、礦渣、建筑渣土等裝在土工布縫制的編織袋內(nèi)以用來(lái)增強(qiáng)地基承載力、控制地基沉降（特別是不均勻沉降）、減小行車振動(dòng)對(duì)路基的影響。這是一種古老的地基處理方法，現(xiàn)在已被賦予了全新的含義，并被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路路基和房屋基礎(chǔ)等永久性建筑地基處理中。

因此，在以上課程內(nèi)容的講授過(guò)程中，也可以適時(shí)地滲透環(huán)境保護(hù)的理念。在環(huán)保理念的指導(dǎo)下，工程的設(shè)計(jì)和施工要求更高，反過(guò)來(lái)也會(huì)對(duì)土力學(xué)及地基基礎(chǔ)的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。

（三）基礎(chǔ)工程方面。預(yù)制樁由于承載力高、質(zhì)量容易保證、施工工期短而被廣泛應(yīng)用。預(yù)制樁的沉樁根據(jù)施工方法可以分為靜力壓樁和動(dòng)力壓樁。靜力壓樁施工過(guò)程中震動(dòng)小、噪聲小、沒(méi)有泥漿污染等，在軟土地區(qū)有廣泛應(yīng)用。但是，靜力壓樁有擠土效應(yīng)，特別是飽和軟土地區(qū)，由于擠土引起的超孔隙水壓力導(dǎo)致地基產(chǎn)生水平和豎直位移，對(duì)鄰近的建筑物造成不利影響。而動(dòng)力壓樁震動(dòng)大、噪聲大、如果防護(hù)措施不當(dāng)，容易產(chǎn)生泥漿污染。應(yīng)該根據(jù)周圍環(huán)境，采取適當(dāng)?shù)某翗斗椒ā?/p>

（四）舊建筑基礎(chǔ)在新建筑建設(shè)中的再利用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市中建筑物的更新速度加快，特別是在城市的關(guān)鍵地段更是如此，由于土地價(jià)格的提高，為充分利用土地資源，往往新建建筑比擬拆的舊建筑更高、更大，這種拆舊建新的做法是當(dāng)今城市改造的必然選擇。擬拆的舊建筑的基礎(chǔ)對(duì)將在其原址上新建的建筑來(lái)說(shuō)，將產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊?，若舊建筑基礎(chǔ)為天然地基上的淺基礎(chǔ)，對(duì)新建筑物的影響就較小，若舊建筑的基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，則對(duì)新建筑的影響就大了。在條件允許的情況下，全部或部分利用舊樁基，不足部分補(bǔ)打新樁，不失為一種經(jīng)濟(jì)可行的選擇。

（五）巖土工程災(zāi)害。隨著土木工程建設(shè)的逐年投入，天然的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率也加大了，對(duì)我們的影響加大了，人們的工程活動(dòng)引發(fā)的巖土工程災(zāi)害也在加劇。例如大量開(kāi)采深層地下水，使不少地方出現(xiàn)地表的大面積下沉，引發(fā)地表塌陷、地裂縫。建筑垃圾也污染了土地、空氣與地下水。大規(guī)模的水利水電工程、高速公路、高速鐵路工程可能引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害，例如崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等。

（六）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面。地基土被污染后會(huì)造成其組成、結(jié)構(gòu)和功能的變化。地基土受到污染，顆粒間的膠結(jié)鹽類被溶蝕消解，膠結(jié)結(jié)構(gòu)遭到破壞，膠結(jié)強(qiáng)度降低，土的孔隙比增大、壓縮性增大，抗剪強(qiáng)度降低。為此，在土工試驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，可以采用純凈土和污染土做平行試驗(yàn)的方法，比較得出環(huán)境污染對(duì)土的物理性質(zhì)指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和壓縮性指標(biāo)的影響，加深學(xué)生對(duì)污染土性質(zhì)的了解。

以下以原生土浸清水作為樣品純凈土A，以原生土浸廢堿液27d作為樣品污染土B做平行試驗(yàn)，得出的純凈土與污染土物理性質(zhì)指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和壓縮性指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果。

1.物理性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)定純凈土和污染土的物理性質(zhì)指標(biāo)，得出結(jié)果如表1所示。

可以從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，土被污染后，其重度和干重度顯著降低，而孔隙比、含水量、飽和度等指標(biāo)明顯增大。土的物理性質(zhì)指標(biāo)的變化必然引起土的抗剪強(qiáng)度和壓縮性的變化。

2.抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)定純凈土和污染土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，得出結(jié)果如表2所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，土被污染后，其粘聚力有所增大，而內(nèi)摩擦角顯著降低，故土體污染后強(qiáng)度總體來(lái)說(shuō)是降低的。究其原因，是以為土的抗剪強(qiáng)度受土的物理性質(zhì)和孔隙水壓力的影響，而土體污染會(huì)改變土粒的礦物成分、土顆粒的形狀和級(jí)配、密度、含水量和土的結(jié)構(gòu)，從而改變土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

3.壓縮性指標(biāo)試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)定純凈土和污染土的壓縮性指標(biāo)，得出結(jié)果如表3所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，土被污染后，其壓縮系數(shù)增大，壓縮模量減小，所以土的壓縮性提高。而土的承載力降低，故土體強(qiáng)度降低。

以上三個(gè)平行試驗(yàn)，沒(méi)有過(guò)多地增加試驗(yàn)內(nèi)容，但是通過(guò)兩組數(shù)據(jù)對(duì)比，能夠明顯得出環(huán)境污染對(duì)土物理性質(zhì)指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和壓縮性指標(biāo)的影響，從而讓學(xué)生了解到污染土的性質(zhì)，認(rèn)識(shí)到環(huán)境污染對(duì)工程的不利影響，也激發(fā)學(xué)生對(duì)保護(hù)環(huán)境的認(rèn)同感。

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【基金項(xiàng)目】2012年廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“環(huán)保理念下基礎(chǔ)工程改革與創(chuàng)新理論”（2012zd03）

【作者簡(jiǎn)介】張小禮（1978— ），甘肅天水人，廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：高職建筑工程技術(shù)專業(yè)教育；凌衛(wèi)寧（1967— ），廣西北流人，廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向：高職建筑工程技術(shù)專業(yè)教育。

（責(zé)編 王 一）