隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展、國家經(jīng)濟實力的逐漸增強和居民生活水平的逐步提高，人們對環(huán)境的要求也越來越高，我國目前面臨嚴(yán)峻的環(huán)境保護與治理工作。作為國民經(jīng)濟建設(shè)重要組成部分的河港工程建設(shè)中引發(fā)的一系列的環(huán)境保護與治理工作也日益受到人們的關(guān)注，而對河港環(huán)境巖土工程的研究將得到社會的支持，也是社會發(fā)展的需要。
1環(huán)境巖土工程的概念及其研究意義
環(huán)境巖土工程是巖土工程與環(huán)境科學(xué)密切結(jié)合的一門新興學(xué)科，是研究應(yīng)用巖土工程的概念、技術(shù)和方法進行環(huán)境保護與治理的學(xué)科。環(huán)境巖土工程研究的內(nèi)容大致可以分為兩大類：第一類稱為大環(huán)境巖土工程，即國內(nèi)通常稱之的地質(zhì)災(zāi)害防治工程，主要指用巖土工程的方法抵御由于自然地質(zhì)作用引起的環(huán)境破壞，例如抗滑坡、泥石流、洪水、地震等工程；第二類稱為小環(huán)境巖土工程，又可分為兩小類，第一小類為由人類生活、生產(chǎn)活動引起的環(huán)境巖土工程；第二小類為由人類工程活動引起的環(huán)境巖土工程，例如打樁時擠土、振動、噪音的處理、深基坑開挖時降水引起的邊坡位移的處理工程等。從學(xué)科性質(zhì)上說，環(huán)境巖土工程既是提供理論基礎(chǔ)學(xué)科，又是直接改造客觀世界的工程技術(shù)。目前政府官員和公眾一般理解和重視的環(huán)境問題，僅是指“環(huán)境污染(大氣、水、固體廢物、噪音等污染)問題和生態(tài)環(huán)境破壞問題”。而這些僅是狹義環(huán)境問題的概念。自然環(huán)境不僅包括上述狹義的環(huán)境，而且包括地質(zhì)(巖土)環(huán)境。作為地球表層圈的動態(tài)系統(tǒng)，地質(zhì)(巖土)環(huán)境十分活躍，因為隨著人類社會的發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模越來越大，或一些以前認(rèn)為不適宜進行工程建設(shè)的場地作為了工程建設(shè)場地，災(zāi)害的防治以及人類生產(chǎn)、生活、工程活動對地質(zhì)(巖土)環(huán)境的擾動及其影響已超出污染的范疇，所以有必要從環(huán)境保護的高度，將地質(zhì)災(zāi)害、人類生產(chǎn)、生活、工程活動引起的“環(huán)境巖土工程”與“污染和生態(tài)破壞”等價起來，作為人類面臨的兩類環(huán)境問題，對之進行系統(tǒng)的研究并進行保護與治理。這對深化環(huán)境問題認(rèn)識、加強環(huán)境保護與治理、推動環(huán)境科學(xué)的發(fā)展和促進我國經(jīng)濟平穩(wěn)較快持續(xù)發(fā)展都有重要意義。
2港口環(huán)境巖土工程
環(huán)境巖土工程自20世紀(jì)80年代以來得到了迅速發(fā)展，而河港環(huán)境巖土工程的研究起步較晚。以前在港口規(guī)劃選址、港口岸坡穩(wěn)定性方面作了一些有關(guān)領(lǐng)域的研究，但其研究的深度和廣度有待進一步提高，尤其是在應(yīng)用河港環(huán)境巖土工程的概念、技術(shù)和方法分析與評價河港因人類生產(chǎn)及工程活動引起的環(huán)境保護與治理等方面尚未作過比較系統(tǒng)的總結(jié)。進入2ll!t紀(jì)以來，我國港口的工程建設(shè)處于大發(fā)展時期，河港工程建設(shè)對環(huán)境的影響越來越明顯，因此對河港環(huán)境巖土工程進行探討具有一定的現(xiàn)實意義。
2．1河港大環(huán)境巖土工程
河流的空間跨度很大，以長江為例，其可航河道在3000公里以上。河港因其所處地域的不同，具有不同的地質(zhì)(巖土)環(huán)境：從地形地貌上看，上游河港大多背靠中低山丘，后方陸域場區(qū)狹窄，碼頭區(qū)系沖刷強烈的礫卵石河漫灘及巖質(zhì)河床；中下游河港多以階地或河漫灘為陸域，以平緩寬闊的河床為碼頭區(qū)，在河漫灘的背后常見古河道遺跡和低洼沼澤地形。河港的巖土特性一般表現(xiàn)為上游基巖裸露，覆蓋層厚度起伏較大，碼頭區(qū)常見卵石漂石和粗粒砂土，陸域場區(qū)以年代較老的粘性土和粗粒砂土為主；中下游基巖埋藏較深，第四系全新統(tǒng)土層較厚，尤以賦存較厚的軟土層和細(xì)粒砂土為特點。上游河港區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造普遍比較發(fā)育，地殼相塒上升，新構(gòu)造運動比較顯現(xiàn)；中下游河港多為隱伏構(gòu)造，地殼運動相對均衡與穩(wěn)定。上游河港地下水埋藏較深，對場區(qū)建筑影響較小，中下游河港地一水普遍較淺，動態(tài)變化較大，它對港區(qū)工程影響較大，常出現(xiàn)流砂、管涌現(xiàn)象，在吹填砂土地區(qū)尤為明顯。此外，在一些河流中下游常見一些隱伏巖溶地形，它對碼頭樁基的設(shè)計與施工影響很大，在兒米間距的范圍內(nèi)基巖面落差達(dá)十余米。河港正是I{{于這些復(fù)雜的地質(zhì)(巖土)環(huán)境的存在，引發(fā)了…一系列大環(huán)境巖土工程。
2．1．1滑坡引起的環(huán)境巖土工程河流上游流域在長期的發(fā)展演化過程中往往形成了許許多多間歇性的古滑坡、縱橫交錯的沖溝以及河水沖刷的陡峻岸坡，這些地質(zhì)(巖土)環(huán)境往往在一定的條件作用下形成(或者復(fù)活)滑坡；中F游河流在枯水季節(jié)，由于河水變化，組成岸坡的軟土層天然容重明顯增大，而軟土層中孔隙水排泄不暢，容易形成軟土滑坡。對滑坡的防治，常用的1程類別有支擋、減載、加固和排水工程等。
2．1．2泥石流引起的環(huán)境巖土工程在河流的上游，由于暴雨山洪的沖蝕作用，常在岸邊斜坡地帶形成松散的沖洪積物堆積區(qū)，從而誘發(fā)泥石流。這種情況在黃河上游尤為常見，黃河上游水土流失現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，向源侵蝕的沖溝常切割到下部基巖，大量的黃土層在暴雨的沖蝕下以泥石流的方式輸入溝谷，在溝底形成開闊的松散堆積地，隨著堆積物的增多，在又一次暴雨季節(jié)期間常常釀成大規(guī)模的泥石流的產(chǎn)生。對泥石流的防治T程，常見的有攔截、疏導(dǎo)和防護工程。
2．1．3崩岸引起的環(huán)境巖土工程依動力作用特征，崩岸形式有流水沖蝕崩岸、地下水滲流變形崩岸和風(fēng)浪洗蝕崩岸三大類型。河流崩岸主要發(fā)生在洪峰過后的河水回落與次年洪水前之間的平、枯水期。原因是高洪水期河水的側(cè)壓力和浮力對岸坡起到保護作用，而低水位期地下水的滲透變形作用對崩岸生成和發(fā)展起到誘導(dǎo)和加劇作用。解決崩岸的巖土工程措施，常見的有在水下拋石、水上(枯水期)砌石護岸或在上游一定距離處修筑挑流磯頭，將主流線挑向河流中心等。
2．1．4河流淤積引起的環(huán)境巖土工程在河港的建設(shè)與使用過程中，港池與航道的淤積是影響港口使用壽命和建設(shè)費用的重要因素之一。在河流凸岸和河水分流帶，由于河水回流作用，泥沙淤積比較明顯，使主航道逐漸變遷，因此而影響碼頭的正常使用，淤積嚴(yán)重的地方常常使碼頭停止作業(yè)，甚至使水碼頭變?yōu)楹荡a頭。另外，河道淤積嚴(yán)重，會加劇洪水災(zāi)害，導(dǎo)致河港區(qū)地下水位不斷上升，土體有效應(yīng)力降低，從而產(chǎn)生液化和震陷現(xiàn)象加劇、地基承載力降低等一系列巖土問題。解決淤積的巖土工程措施，常用的是經(jīng)常對港池和航道進行疏浚。
2．1．5流土、管涌引起的環(huán)境巖土工程河流由于其特殊的位置，地基土體往往承受較大的水頭，在滲透力作用下，土體易發(fā)生流土和管涌現(xiàn)象。流土破壞的危害性很大，因為流土破壞一旦發(fā)生，它是土體的整體破壞、流土通道會迅速向上游或橫向延伸，一旦搶救不及時或措施不得當(dāng)，就有造成土體結(jié)構(gòu)破壞、引發(fā)潰岸(堤)災(zāi)難的發(fā)生。管涌破壞并不會直接造成土體結(jié)構(gòu)破壞，但是管涌型土發(fā)生管涌破壞，管涌通道貫通上游后，若滲流坡降繼續(xù)增大，管涌型土也會發(fā)生流土破壞。解決流土、管涌的巖土工程措施，常用換層、加高培厚土層、灌漿、混凝土面層防護等。
2．1．6砂土液化引起的環(huán)境巖土工程河流中下游兩岸往往賦存較厚層松散一中密狀態(tài)的飽和砂土或粉土，且覆蓋層較薄及地下水埋深較淺。這在地震作用下易發(fā)生液化。砂土液化是地震引起的最顯著的震害形式之一，通常伴隨大規(guī)模的宏觀震害，地面顯著沉陷、岸坡迅速滑移、地裂和噴水冒砂等，使工程場地地基失效，導(dǎo)致港口人們生命財產(chǎn)的巨大損失。對砂土液化進行判別和巖土工程處理是河港環(huán)境巖土工程的重要組成部分。
2．2河港小環(huán)境巖土工程
2．2．1河港人類生產(chǎn)、生活活動引起的環(huán)境巖土工程長期以來，大多數(shù)巖土工程項目設(shè)計都是視荷載條件而定，而忽略了控制所有土木工程結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定性的巖土環(huán)境因素。分析在變化的環(huán)境下的巖土體的性能，考慮有害物質(zhì)對巖土體的危害程度，進而評價河港及碼頭的巖土體的穩(wěn)定性，是河港環(huán)境巖土工程的重要任務(wù)。自2O世紀(jì)8O年代以來，我國許多內(nèi)河受到工業(yè)和城市生活排污水的污染，導(dǎo)致河流流域地表水和地下水的惡化，其危害性不僅直接威脅人們的身體健康，而且威脅到河流兩岸的建(構(gòu))筑物，而河港首當(dāng)其沖。各種環(huán)境條件下的各類巖土體常常發(fā)生許多早期破壞和漸進破壞，這些破壞不僅僅是由荷載因素而引起的，還與其他因素，如化學(xué)的、物理化學(xué)的和微生物的因素有關(guān)，而污染的地表水和地下水對河港巖土體的破壞和處理是河港環(huán)境巖土工程亟待解決的重大課題之一。除了由上游工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市生活污水對河港巖土體造成影響外，河港本身生活、生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢棄物污染也成了重大問題，如河港在裝卸貨物的過程中有害物質(zhì)滲漏滲入港口地基土中；堆積的散貨下雨時一些可溶物質(zhì)隨雨水滲入地下；河港的生活垃圾的貯存、處理和管理也是問題。
2．2．2河港人類工程活動引起的環(huán)境巖土工程21世紀(jì)以來，經(jīng)濟的快速增長對水運的要求激增和河港基礎(chǔ)設(shè)施相對落后的矛盾日益加劇，河港基礎(chǔ)設(shè)施需要不斷更新和改善。目前我國河港的工程建設(shè)進入了大發(fā)展時期，在河港特別是在大型河港的建設(shè)中，大開挖、打樁、施工降水、強夯、注漿、各種施工方法的土性改良、回填等，都對河港周圍土體穩(wěn)定性造成重大影響。由于施工擾動，影響到周圍土體工程性質(zhì)的變化，如土的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑的改變，密實度和孔隙比的變化，土體抗剪強度的降低和提高以及土體變形特性的改變，等等。長期以來人們利用傳統(tǒng)的土力學(xué)理論和方法，以天然狀態(tài)的原狀土為研究對象，進行有關(guān)物理力學(xué)特性的研究，并將其結(jié)果直接用于上述受施工擾動影響的土體強度、變形和穩(wěn)定性問題，顯然不符合由施工過程所引起的周圍土體的應(yīng)力狀態(tài)改變、結(jié)構(gòu)的變化、土體的變形、失穩(wěn)和破壞的發(fā)展過程，從而造成許多巖土工程的失穩(wěn)和破壞，給工程建設(shè)和周圍環(huán)境帶來很大危害。例如，岸坡滑坡事故，主要原因之一是對受施工擾動引起周圍土體性質(zhì)的改變和在施工中結(jié)構(gòu)與土體介質(zhì)的變形、失穩(wěn)、破壞的發(fā)展過程認(rèn)識不足，或者雖對此有所認(rèn)識，但沒有更好的理論和方法去解決而引起的。因而在確保工程自身安全的同時，如何顧及周圍土體介質(zhì)和構(gòu)筑物的穩(wěn)定，已經(jīng)引起人們的重視。這些問題屬于河港環(huán)境巖土工程的范疇。
2．2．2．1開挖岸坡的環(huán)境巖土工程河港開挖邊坡主要有三個方面的原因：一為場區(qū)填土石方所用；二為建筑材料之故；三為拓展港區(qū)場地爭取發(fā)展空間。邊坡的開挖改變了巖土的邊界條件，隨著對處于相對平衡狀態(tài)的邊坡進行開挖，常使之變?yōu)榉前踩貛В谀承?gòu)造裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)面組合有利于邊坡產(chǎn)生滑動的坡腳開挖土石方，常產(chǎn)生塌方，形成規(guī)模不等的滑坡或誘發(fā)“死滑坡”的復(fù)活。
2．2．2．2打樁的環(huán)境巖土工程河港的改造和建設(shè)中，打樁是最普遍的施工方法。打樁施工會對周圍土體產(chǎn)生擾動，如不加以研究和進行有效控制，會引發(fā)環(huán)境巖土工程問題，如港區(qū)大面積的地基沉陷。由于河港的地下水位普遍受河水位變化的影響，在靠近河邊松軟土層賦存的地段進行打樁施工時，常因地下水位的變化而引起大面積的地基沉陷，更有甚者還引起碼頭岸坡土體大面積向河心滑移變形。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有三方面：其一是打樁振動引起松散砂土的液化；其二是地下水位的下降使土層容重驟然增大，地基土在打樁振動力作用下產(chǎn)生瞬時的固結(jié)沉降；其三是施工附加荷載作用。
2．2．2.3港池與航道疏浚的環(huán)境巖土工程在河港的建設(shè)與運營中，港池與航道的疏浚是經(jīng)常性要做的工作，它改變了港池和航道的地形及水深條件，其所帶來的影響有三個方面：一是水下地形坡降增大，構(gòu)成水下邊坡。在軟土區(qū)易產(chǎn)生向槽內(nèi)的水平塑流和回淤，甚至形成水下滑坡；二是由于水下地面灘槽水深比的改變，港區(qū)自然淤積在局部地段增大，但隨著疏浚面積的擴大，淤積強度會趨于穩(wěn)定；三是由于港池水深加大，使原地基土的應(yīng)力釋放，長期強度降低，致使某些重力式碼頭發(fā)生開裂和不均勻沉降。
2．2．2．4填土處理的環(huán)境巖土工程在上游河港，比較發(fā)育縱橫交錯的沖溝，這些沖溝常被各種成分混雜的垃圾、碎磚塊、煤渣等雜填土所掩埋而成為港區(qū)建設(shè)中不利的巖土工程因素。在我國長江下游及沿海一帶的河港區(qū)，常見吹填砂土，它是由水力沖填泥沙而形成的填土，其性質(zhì)為成分的不均勻性、低強度和易產(chǎn)生潛蝕與流砂。港池和航道疏浚工作中被清理出來的淤泥、淤泥質(zhì)土、有機質(zhì)土和生活廢棄物，也是河港建設(shè)中的特殊巖土工程因素。對于這些填土的處理，可以考慮采用堿液注漿、壓密注漿、粉噴樁加固、強夯等辦法，對其進行處理。
3河港環(huán)境巖土工程的研究思路和方法
河港環(huán)境巖土工程是環(huán)境巖土工程的重要組成部分。河港環(huán)境巖土工程的研究可以借鑒國內(nèi)外已有的環(huán)境巖土工程的研究成果進行分析、引用并有所創(chuàng)新。國內(nèi)外已有的環(huán)境巖土工程研究理論主要有分析各種環(huán)境下土的性狀的顆粒能量場理論。該理論認(rèn)為，顆粒能量場由顆粒、顆粒體系和能量場個要素構(gòu)成，有五種基本的能量場，即機械能場、熱能場、電能場、磁能場和放射能場。不同的能量場受不同的自然規(guī)律所支配，不同的環(huán)境巖土工程問題則受控于不同的能量場。因此要用不同的方法進行分析和評價。該理論主要是針對巖土工程中傳統(tǒng)土力學(xué)的不足而提出的，適用于解決與土有關(guān)的環(huán)境巖土工程問題。環(huán)境巖土工程問題研究的本質(zhì)和核心是預(yù)測。預(yù)測是一種環(huán)境質(zhì)量分析過程，因此建立正確的預(yù)測模型是關(guān)鍵。這種預(yù)測模型體系是由定性的理論分析和由環(huán)境巖土條件概化建立的物理模型和數(shù)學(xué)模型共同組成，在評價的過程中采用多因素綜合模型和引入社會經(jīng)濟因素，使河港環(huán)境巖土工程能夠得到更明確的認(rèn)識。在研究過程中可以應(yīng)用巖土測試新技術(shù)，如掃描電子顯微鏡、土工離心模型試驗、探地雷達(dá)技術(shù)等。另外，實踐證明，生產(chǎn)單位和高校、科研單位的聯(lián)合是非常好的研究方式。
4結(jié)語
今后河港的工程建設(shè)應(yīng)順應(yīng)人們對環(huán)境概念認(rèn)識的改變這一變化，在建設(shè)的前期就開展環(huán)境巖土工程研究工作，即在河港的巖土工程勘察中運用環(huán)境巖土工程的觀點和方法進行工作，在(預(yù))可行性研究中運用環(huán)境巖土工程的觀點和方法做好環(huán)境影響評價工作，識別和預(yù)測河港工程建設(shè)活動對環(huán)境產(chǎn)生的影響，并解釋和傳播影響信息，制定出減輕不利影響的對策，從而達(dá)到河港工程建設(shè)與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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