彭涛;任东兴;邓安
【摘 要】面对日益严重的环境问题,人们逐渐开始关注岩土工程的可持续发展,绿岩土工程理念由此应运而生.该文对近十年来绿岩土工程研究领域所取得的成果、研究现状等进行了述评,厘定了绿岩土工程的定义,阐述了众多典型的绿钻探技术、场地形成理论、新型绿基坑支护技术、环保低碳边坡防护技术、集约型绿地基基础施工技术、固体废弃物及建筑垃圾处置利用及荒漠化防治,分析与讨论了绿岩土工程目前面临的问题,并提出了今后研究重点.
【期刊名称】《四川地质学报》
【年(卷),期】2018(038)002
【总页数】7页(P292-298)
【关键词】绿岩土工程;可持续发展;低碳;展望芦苇 钢筋
【作 者】彭涛;任东兴;邓安
【作者单位】中冶成都勘察研究总院有限公司,成都 610023;中冶成都勘察研究总院有限公司,成都 610023;中冶成都勘察研究总院有限公司,成都 610023
【正文语种】中 文
【中图分类】P642.3
20世纪以来，全球城市化的热潮，使得世界各地都在进行大规模建造房屋来满足人类的需求。然而，持续的土木工程活动虽然满足了人类生活的需要，但却消耗了巨大的自然资源，并引发一系列如温室效应、水土流失、土地荒漠化、资源能源紧缺、生物多样性锐减、废弃物泛滥等灾害[1, 2]。目前，我国每年土木工程建设的总量约为全世界的1/3，建筑能耗已经占到国民经济总能耗的18%[3, 4]；据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）统计，建筑业碳排放比例高达36%。因此，面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，倡导和践行岩土工程的“绿”革命，实施可持续发展战略，是中国乃至世界土木工程发展的必由之路[5]。
绿岩土工程，国内外尚没有严格的定义。目前，关于绿岩土工程概念的相关报道，仅有黄运飞[6]提出绿岩土是一种思维，也是一种方法，更是一系列工法的总成，贯穿于岩土工程的全过程中，涵盖绿岩土工程规划设计、绿岩土工程施工、绿岩土工程材料等多个方面。
国内外关于绿建筑、绿施工的概念、评价体系及标准基本成熟[7-10]结合绿建筑、绿施工等相关概念及其内涵，综合前人的研究成果，本文认为绿岩土工程是指将安全性、经济性、绿性、可持续发展的理念贯穿于岩土工程的全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境、减少污染，其最终目的是实现工程与自然和谐共生。其定义内涵为：①绿岩土是一种思维和方法，更是一系列工法的总成；②绿岩土的全寿命周期，是指贯穿于岩土工程的全过程中，即规划、勘察、设计、施工、监（检）测、维护、报废等全过程；③岩土工程的绿性、可持续性，是指在保证质量安全、可靠的基础上，重视岩土工程改造过程对资源的需求、对环境的影响，实现岩土工程向生态化、低碳化转型；④绿岩土工程是要求降低对工程区水文地质、工程地质、环境地质的影响。可以预见的绿岩土工程研究内容如图。
绿钻探技术是在地质勘探实施过程中，遵循绿、可持续的原则，基于技术手段创新，最大限度地减少钻探对生态环境的扰动和影响。吴金生等[11]在四川省若尔盖为代表的高原生态脆弱区，采用“一基多孔、一孔多支”以及生物聚合物环保泥浆等措施，减少了钻探孔数量和搬迁必需的道路建设，降低了泥浆组分以及废浆液对环境的污染。李政昭等[12]将常规的回转取心钻进方法与潜孔锤跟管钻进优化组合，形成空气潜孔锤取心跟管钻进技术，既解决了钻孔岩心松散易被泥浆冲失和钻孔漏失等难题，又因不需要液态介质（泥浆）降低了对环境的影响。
近年来，与国外建筑设计单位合作进行主题乐园及工业等项目时，在岩土工程规划阶段，外方提出了场地形成概念。迪士尼公司在建设上海主题乐园时，场地形成是其建设乐园的第一步，主要是根据现有的地质条件、土地用途及挖填方平衡等，确定地基处理方法并对场地进行预处理，使场地在标高、地基强度、沉降控制等方面达到一定水平，以满足拟建建筑物对场地在后续建造期间及使用期间有足够的安全度[13, 14]。
2.3.1 支护结构与主体结构相结合技术
1935年日本首次提出了逆作法的概念，此后在日本、美国、英国以及我国等，取得了广泛
的应用[15, 16]。对比传统的临时支护结构，支护结构与主体地下结构相结合技术具有工期短、变形小、低碳绿、节约资源等优点[16]。陈其志等[17]以杭州地区某工程为例，采取隧道主体墙和基坑围护墙“两墙合一”的形式，优化后整个围护结构节约钢筋300～400t，节约混凝土1.5×104 m3。岳建勇等[18]在上海某超高层建筑基坑设计利用地下主体结构的梁板作为支撑，刚度大，变形明显较小，工期较短，同时避免了临时支撑在施工和拆除过程资源浪费和环境污染。
2.3.2 可回收式锚索、型钢技术
锚索是桩锚支护结构型式的重要构件。不可回收锚索会永久的留在岩土体中，污染环境，随着绿环保意识及地下空间的产权意识在基坑支护设计施工中的不断增强，可回收锚索得到较大的发展，主要包括机械式回收、力学式回收和化学式回收等，并在基坑支护工程中得到大量应用[19, 20]。盛宏光等（2003）[21]研发了分散型回收式锚索和压力型回收式锚杆。彭涛等[22]在工程中采用了一种快速预应力锚索，锚孔终端为承压钢板，成孔后放入锚索进行张拉锁定即可，省略了注浆工序，将原本单根锚索20天的工期节约为4天。
SMW工法是一种新型的地下施工技术，主要消耗材料是水泥和H型钢，水泥浆液与土混合
不会产生废泥浆，无需回收处理泥浆，在基坑回填后，可使用专用起拔机械，回收H型钢[23, 24]。SMW工法的。张璞等[25]在上海某基坑中应用后墙体刚度增加，型钢用量明显下降。
2.3.3 装配式预应力鱼腹梁钢支撑技术
装配式预应力鱼腹梁钢支撑系统（IPS）是以钢绞线、千斤顶和支杆来替代传统支撑的临时支撑系统[26]。该支撑系统具有以下优点：可在现场制作或场地加工厂预制；预应力可随时调节，能较好地控制深基坑的变形，使得基坑周边的环境得到有效保护；支撑跨度大，便于土方开挖和地下室结构的施工，可明显缩短工期；用可重复回收利用的钢支撑材料替代混凝土等建筑材料，节约了工程造价[27, 28]。
三维排水柔性生态边坡工程系统是考虑柔性生态边坡受力特点，用软体的特殊环保材料，替代钢筋、混凝土、石材等高耗能材料，构建柔性生态护坡的新技术，主要由生态袋、扎口袋和缝袋线、三维排水联接扣等组成[29]。其采用的生态袋具有透水不透土的特性，其间所采用的的三维排水联接扣上的垂直孔洞和表面纵横交错的凹槽能够形成立体交错的三维排水网络，从而极大的降低了整个系统的水压力，保证边坡稳定[30]。
目前，生态型加筋土挡墙包括土工格栅包生态袋加筋土挡墙、绿加筋格宾挡墙和土工格室加筋土挡墙等。其中，土工格栅包生态袋加筋土挡墙又称无面板加筋土挡墙，目前应用较多。土工格栅包生态袋加筋土挡墙的墙面由土工格栅反包填土网袋而成，每层土工格栅相互连接形成整体，网袋内填入适宜当地生长的草籽等，时候结束后数月即可形成绿生态墙面[31]。土工格栅包生态袋加筋土挡墙在电力、水利、公路、铁路等行业均有广泛的应用，其中汪正军[31]在云南怒江某变电站倾角70°高为16m的某边坡予以应用。
草绳绳网全生态边坡防护结构采用稻秸杆等废弃物制作而成，代替现有边坡防护中所使用的非生态材料，具有可防雨水冲刷、环保、成本低、施工简单，适合植被绿化等特征。稻秸杆等编制成草绳绳网，经过一定时间段后草绳绳网格最终自然降解在土壤中，转换为有机肥料[32]。王桂尧等[33]通过测试发现绳网覆盖在边坡表面能与植物根系形成水平与垂直双向加筋效应，可有效提高边坡抗冲刷能力。
生态混凝土是一种新型、环保的建筑材料，实质上是一种有着连续孔隙的多孔混凝土，分为环境友好型生态混凝土和生物相容型生态混凝土两类[34]。谢新生等[35]研究指出透水混凝土应用于重力挡土墙后，既可抵抗水流冲刷，又改善了河流的生态系统，符合河流生态
护坡特征要求。彭涛等[36]在边坡工程中采用了一种渗水挡土墙，解决了现有挡土墙存在的施工复杂、施工周期长、成本高以及泄水孔容易堵塞等问题，该挡墙具有环保、对周边水文条件影响小等特点。
2.5.1 桩基础施工技术
钻孔灌注桩在成桩过程中易出现桩侧出现泥皮以及桩端沉渣过厚等现象，为提高单桩承载力，通过在桩端和桩侧埋设压浆管对桩侧和桩端进行注浆加固，从而大幅度提高单桩承载力，减少工程桩的使用量，从而节约混凝土[37, 38]。胡春林等[39]研究了后压浆钻孔灌注桩单桩竖向承载力特性，表明桩侧阻力增强系数介于1.1～2.2之间，桩端阻力增强系数介于1.2～3.0之间。程晔等[40]在桩端压浆前后分别对8根桩进行了静载试验，表明总极限承载力提高率为26.2%～101.1%。
大直径扩底灌注桩是为了提高单桩承载力，充分利用桩端较好地层，利用人工或机械进行扩孔的桩。大直径扩底灌注桩由于单桩承载力高、经济效益好、无噪声等优点，已成为软土地区基础工程的首选方案[41-43]。胡庆红等[44]对上海某地两个场地进行研究，表明在桩顶荷载较大时扩底桩的桩端阻力开始得到有效发挥，在最后一级荷载（破坏）作用下，
试桩SZ1～SZ3的桩端阻力分别占总荷载的13.3%、47.5%和29.4%。
大直径现浇混凝土薄壁管桩（简称PCC桩）采取振动沉模自动排土现场灌注混凝土而成管桩[45]。现浇薄壁管桩桩身强度高，混凝土标号可从C10至C30，直径可达1.5m，有效加固深度可达25m以上，与普通桩相比极限承载力提高约1.55倍[46, 47]。与传统的实心桩相比，具有以下优点：桩表面积大，单方混凝土承载力高，可大量节省混凝土；旋工速度较静压桩和钻孔灌注桩及一般的沉管灌注桩要快，成桩质量稳定；加固范围大，桩体可与桩周土形成刚性复合地基[48]。
2.5.2 复合地基处理技术
传统路面地基注浆加固处理主要以水泥注浆和化学注浆为主，水泥注浆技术因技术较为成熟是目前注浆加固的主要方式。但水泥注浆施工时浆液污染路面、土壤和地下水。高聚物注浆是近年来路面养护行业出现的新工艺，是通过注射道路内的高聚物材料间的聚合反应形成的泡沫状固体，填充空隙和挤密周围松散基层，防治路面内部病害，其优点是能有效增强路面结构的整体性，非开挖、快速、微创[49]。高聚物注浆具有绿环保特性，该材料在国内外经过了广泛的试验，呈惰性性质，在周围环境中呈中性，不污染土壤和地下水[50]。
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