建筑工程中地质异质性对施工方案选择的影响

建筑工程中地质异质性对施工方案选择的影响

作者姓名：温先许

单位全称：湖南建材地质工程勘察院有限公司

摘要：本文探讨了地质异质性对工程施工的多方面影响及应对策略。分析了岩石和土层的多样性、地下水的分布和流动情况以及地质构造和断层对施工稳定性的影响。详细讨论了地质异质性在基础设计、基坑支护和隧道施工中的具体影响，提出了灵活调整施工方案、采用先进技术和加强管理控制的建议。强调了通过地质勘察和持续监测，及时发现和处理地质问题的重要性，以确保工程的安全、稳定和质量。

关键词：建筑工程；地质异质性；施工方案选择

地质异质性对工程施工具有显著影响，涉及岩土性质、地下水流动及地质构造等多个方面。本文旨在分析不同地质条件下施工方案的选择与优化策略，探讨如何通过先进技术和有效管理应对地质异质性带来的挑战，以确保工程的安全性和稳定性。

一、地质异质性的表现

（一）岩石和土层的多样性

地下岩石和土层的类型多样，不同岩石和土层的物理、化学和力学性质差异显著。硬岩、软岩、砂土、黏土等各类岩土体在施工过程中表现出不同的稳定性和承载力。地质异质性导致不同区域的岩土体性质变化复杂，对施工方案的选择提出了更高的要求。

（二）地下水的分布和流动

地下水的存在及其流动情况是地质异质性的另一重要表现。地下水会对建筑基础的稳定性和施工过程产生显著影响。地下水位的高低、流动方向和流速等因素都会对地基处理、基坑开挖和地下结构施工造成不同程度的影响。[1]

（三）地质构造和断层

地质构造和断层的存在使得地质条件更加复杂。断层、褶皱等地质构造不仅改变了岩土体的连续性，还可能导致局部区域的应力集中和变形。这些地质构造特征在施工中可能引发不均匀沉降、滑坡和坍塌等地质灾害。

二、地质异质性对施工方案选择的影响

（一）基础设计的影响

不同地质条件下，基础形式的选择需要考虑地基的承载力和沉降特性。对于硬岩地基，可以采用浅基础或桩基础，这类基础形式能够有效利用硬岩的高承载力，保证建筑物的稳定性。然而，在软土或高地下水位地区，地基的承载力较低，沉降特性复杂，需要采用更为复杂的地基处理技术。例如，换填土技术通过移除软弱土层并填充强度更高的材料，以提高地基的承载能力；夯实技术通过机械手段增加土体的密实度，减少沉降；注浆技术则通过向地基中注入化学浆液，使土体固结，增强其承载力。这些技术手段的综合应用，可以显著改善地基条件，确保建筑基础的稳定和安全。此外，对于水文地质复杂的地区，还需要考虑地下水的排除和控制措施，如设置排水井、渗水沟等，防止地下水对地基产生不利影响。

（二）基坑支护方案的影响

在岩土性质均匀的地区，土体承载力和稳定性较好，可以采用简单的支护方式，如放坡开挖或钢板桩支护。这些方法施工简便、成本较低，适用于中小型基坑工程。然而，在地质条件复杂、地下水丰富的地区，土体性质不均、承载力差，基坑开挖过程中的稳定性面临较大挑战，需要采用更为复杂的支护技术。例如，连续墙是一种常见的复杂支护方式，通过在基坑周围构建连续的地下墙体，可以有效隔离地下水，增强基坑侧壁的支撑能力。[2]锚杆支护则通过在基坑周围的岩土体中打入锚杆，并与基坑支护结构连接，提供额外的支撑力，防止基坑侧壁失稳和滑移。喷射混凝土技术则通过将混凝土喷射到基坑侧壁表面，形成一层连续的加固层，提高土体的整体强度和稳定性。此外，在地下水丰富的地区，还需要结合排水措施，如设置降水井、集水坑等，降低地下水位，减小水压力对基坑的影响。综合采用这些复杂的支护技术和排水措施，可以有效应对地质异质性带来的挑战，确保基坑的稳定和安全。

（三）隧道和地下结构施工的影响

不同地质条件下，掘进方法和支护方案需要灵活调整，以确保施工的顺利进行和结构的稳定性。在硬岩中掘进时，由于岩石强度较高，通常采用钻爆法或盾构法。钻爆法通过钻孔爆破，使岩石破碎后进行挖掘，适用于大直径隧道和地下空间的施工。而盾构法则利用盾构机进行连续掘进和支护，效率高且适用于长距离隧道施工。然而，在软土或水文地质复杂的地区，施工难度显著增加，需要采用特殊的施工技术。例如，泥水平衡盾构法适用于软土和饱和含水地层，通过在盾构机前端注入泥浆，平衡地层水压力，防止隧道坍塌和涌水。冻结法则通过在施工区域周围打入冻结管，注入冷却剂将土体冻结成固体，形成临时支护结构，适用于高地下水位和流沙地层的施工。

三、优化施工方案的建议

（一）加强地质勘察和监测

通过详细的地质勘察，可以全面了解地下岩土体的性质和分布，识别地质异质性对施工的潜在影响。现代地质勘察技术，如高分辨率地球物理勘探、钻孔取样和三维地质建模等，使得地质信息更加精确和全面。在施工过程中，持续的地质监测可以及时发现和处理地质问题，如土体变形、地下水位变化和地表沉降等。通过实时监测和数据分析，可以动态调整施工方案，预防和应对潜在的地质风险，确保施工顺利进行，提高工程的安全性和稳定性。[3]

（二）灵活调整施工方案

施工前应制定多种应急预案，以应对不同地质条件可能带来的风险。例如，在地基处理时，可以准备多种处理技术，如换填土、夯实、注浆等，以应对不同类型的地基问题。在施工过程中，根据实时监测数据，及时调整掘进方法、支护方案和地基处理技术，确保施工安全和质量。例如，在隧道掘进中，如果遇到软弱地层或突涌水情况，可以迅速切换到泥水平衡盾构或冻结法等特殊技术。此外，灵活的施工方案还需要包括人员培训和设备准备，以确保施工队伍能够快速适应和应对不同的地质情况，从而保证工程的顺利进行和安全完成。

（三）采用先进的施工技术

采用先进的施工技术可以有效应对地质异质性带来的挑战。例如，智能化的掘进设备和监测系统可以实时调整掘进参数，提高施工效率和安全性。智能化设备通过传感器和大数据分析，可以实时监测地下环境的变化，并自动调整掘进速度和方向，减少对周围地质的扰动。高效的地基处理技术，如高压喷射注浆和深层搅拌法，可以显著提高地基的承载力和稳定性。此外，新型支护材料，如高强度纤维混凝土和预应力锚索，可以增强结构的抗变形能力，减少地质异质性对施工的不利影响。通过采用这些先进技术，不仅可以提高施工质量和效率，还能有效降低施工风险，确保工程的安全和稳定。

（四）加强施工管理和质量控制

建议建立完善的施工管理体系，确保所有施工活动都按照预定的技术要求和操作规程进行。管理体系应包括清晰的责任分工、严格的进度管理和有效的沟通机制，以确保施工进程的透明性和高效性。通过定期的技术培训和安全意识教育，提升施工人员的专业水平和责任意识，降低施工中操作失误和事故发生的风险。特别是在应对地质异质性影响较大的地区，培训内容应特别关注地质环境下的施工技术和安全措施。包括定期的现场检查、材料检验和施工过程监控，以确保每个施工环节的技术指标和质量标准达到设计要求。同时，建议建立完善的质量记录和问题反馈机制，及时发现和解决施工中的质量问题，确保最终工程的安全性、稳定性和持久性。

结论：综上所述，地质异质性对工程施工具有深远影响，要求施工方案选择和技术应对具有高度灵活性和专业性。通过地质勘察、先进技术应用和严格管理控制，可以有效减少地质异质性带来的不利影响，确保工程的安全顺利进行。

参考文献

[1]冯成.岩土工程地质勘察对工程重要性分析[J].工程学研究与实用, 2022.DOI:10.37155/2717-5316-0316-76.

[2]苑浩.试分析水文地质对工程地质勘察建设的影响[J].门窗, 2022(8):3.

[3]吴海燕.水电工程地质勘察工作对工程造价的影响及对策分析[J].技术与市场, 2022, 29(12):185-188.