預測未來巖土工程發展方向

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，但是鉆探技術和測試技術將有長足的進步，象航天技術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火星車技術都會有朝一日轉向民用，這些儀器的特點是遙感和自動控制。對于鉆探取樣的繁重體力勞動，將完全由機器人或機械手所取代。在各種傳感器和中央控制系統的指揮下，液壓系統可以自動樹立鉆架或鉆塔，自動安裝鉆機和裝拆鉆桿，自動取樣和保留巖土樣，自動采集各種數據和進行數據處理。目前轉盤式的鉆桿裝拆的機械手已經在車裝鉆機上應用，進一步的智能化鉆機的出現指日可待。

原位試驗仍將是必不可少的勘測手段， 隨著原位試驗精度的提高，不僅使昂貴的鉆探取樣、室內土工試驗的工作量減少到最低限度，且巖土工程勘測的效率也將大大提限度，且巖土工程勘測的效率也將大大提高。原位試驗技術的發展同樣以智能化為方向，而遙感遙控和數據采集處理自動化是普遍的技術方法。

原位試驗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積累了大量經驗，并已列入規范，將繼續得到發展和應用，但在技術和智能化程度將上一個新的臺階，現在技術和智能化程度將上一個新的臺階，現將簡述四種方法的現狀和發展。

1 原位測試方面

1.1 靜力觸探(CPT)

CPT是一種電子測試技術，通過向土內壓入一個錐形探頭，通過土對錐頭作用的反力引起電阻率的變化，測求錐尖阻力和側壁摩阻，繪制出隨深度而變的相關曲線，從而精確地劃分地層，計算各層的抗剪強度和承載力，特別是模擬計算樁的側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展可測孔隙壓力的靜力觸探(CPTU)已成常規，用途甚廣，除了分層鑒別土層之外，可測固結系數，估測土的應力史，單樁承載力，地基變形模量、抗剪強度，并判定砂土震陷和液化。CPT與測波速技術相結合，發展成為SCPT，可作下孔法、跨孔法求剪切波速 從而求算剪切模量 。求狀態參數，反映地基的天然狀態(state parameter)，更正了對相對密度的認識，擴大了原位試驗的應用范圍。      

未來的CPT技術，聲波遙感將取代電阻應變，從而實現無電纜操作，貫入深度將不受地層和設備的限制，并將擴大目前四功能(貫入阻力、側壁摩阻、孔隙壓力和測斜)探頭為多功能探頭或不同功能探頭，液壓技術也將得到發展實現自動化操作。

1.2標準貫入試驗(SPT)    

標準貫入試驗仍然是國際上應用最廣泛，最常用、最主要的勘探及原位試驗。目前更強調標準的或標準化的標準貫入試驗，以期國際上更為有效的進行交流。目前為止SPT是在世界上地震和震陷液化實際發生地區積累最多的原位試驗，故而是評定液化和震陷最主要的試驗。未來的SPT，將與智能化鉆機結合，在控制自由落錘的沖擊能和標貫取樣方面得到進一步的發展，實測的資料可與CPT等綜合分析，在土的類別和強度指標，樁基設計參數和液化等級判定等方面將取得更精確更可靠的判別資料。      

1.3自鉆旁壓儀(PMT)    

自鉆旁壓儀(PMT)是原位試驗中邊界條件最明確的試驗，但其試驗成果付諸實際應用一向存在困難。近年來微處理器和電腦自動化控制的進展，臨界狀態土力學的成熟，使得PMT試驗成果分析有了新的發展，例如進行握住試驗求土的原位固結系數，加強試驗卸荷階段的量測，可推求地基土的不排水抗剪強度、剪切模量、摩擦角和剪脹角狀態參數等，狀態參數是比相對密度更好的描述砂土性狀的指標。測土的水平向應力以PMT為最好。CPT測量錐尖阻力 值不能可靠地反映土的變形性能，而PMT則可給出相當可靠的剪切模量，壓縮模量和側向基床反力系數。未來的旁壓儀通過與智能化鉆機的結合，不僅克服了試驗深度的限制，而且通過遙感技術的發展，數據處理也能自動完成。

1.4側脹儀(DMT)    

側脹儀亦稱扁鏟或應力鏟。側脹儀為測定許多重要的土力學參數提供了一種快捷、精確而又經濟的現場測試方法。側脹儀可用于確定約束模量Ｍ(粘土和砂土)、不排水剪切強度  (粘土)、計算沉降量、確定土的分層、控制壓實密度。還可提供粘土的OCR (超固結比)和 (側壓力系數)、判定砂土液化、模擬側向荷載下樁的 (荷載-位移)曲線，還可測得粘土的固結系數和滲透系數，確定粘土斜坡中滑移面的位置。

2 樁基礎和地基處理的新發展

軟土地基上建造各種建筑物，一般離不開樁基礎和淺層地基處理，對于荷重大的高聳云天的建筑物來說，樁基礎已經發展到相當成熟的境地，鋼樁(Ｈ型樁和鋼管樁)，鋼筋混凝土樁(預應力高強度管樁、鋼筋混凝土方樁)，現場澆制混凝土樁，以及各種形式的夯擴樁、沉管樁、擴底墩等等都已在工程上大量應用。未來的樁基會有什么樣的變化呢?可以預言，必將出現三大變化：

(1)樁的承載能力將會有突破性的發展，目前單樁承載力達到1500噸的已很少見，但在未來，只要上部結構有需要，荷重在2000噸以上的樁將不是難題，從經濟性著眼，一柱一樁的結構形式可以廣泛采用，實現這一目的，將在樁材和沉樁設備方面取得進展。PHC樁(高強度預應力混凝土管樁)的強度和直徑(>1ｍ)得到擴大沉樁設備方面液壓錘和泥漿回轉鉆的結合使進入砂土層和礫石20～30ｍ不成問題，一種新的復合樁型必將問世，這種樁型是貫入能力強的Ｈ型鋼樁和ＰＨＣ樁的結合。      

(2)樁的形狀必將突破直桿和線性的概念，而演變為不同造型的支承結構，例如沉井結構用于筒中筒、筒筐結構的高層、地下連續墻已經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有樁基礎卻有樁的功能與概念的地下支承結構，必將部分或局部取代單調的樁基礎，這種地下支承結構施工機械將不是傳統的打樁機，而是以地下連續墻施工機械為藍本的掘土機，如果在氣壓護壁方面有所突破，則可擴大其底部，形成擴底墩式的擴大頭，進一步提高其支承能力，減少沉降量，降低造價。      

(3)目前的樁材以鋼筋混凝土為主體，而鋼樁則次之，隨著化學工業高分子材料的發展，由化學注漿成樁制造出高強度的可與鋼筋混凝土樁比美的化學復合樁未必是不可能的。目前水泥土攪拌樁已廣泛用于復合地基的處理，化學灌漿也是常用的手段，在此基礎上發展的化學材料和土的攪拌樁攪拌墻用于防滲擋水等目的應是指日可待的。

淺層地基的處理，物理的化學的方法種類繁多，今后發展的側重點及其預期的方法和內容如下：      

(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域，已經在提高地基承載力，增強地基抗滑能力，或者防止土粒沖刷流失等方面有很大發展。結合原位試驗和量測、應用數值分析法探索予估施工和加固過程的工作性狀等方面，使土工織物的應用日益擴大。

(2)與環境保護有關的加固地基的方法將大為流行，隨著高度工業化的實現，現代工業生產各類產品的同時，也生產了大量廢渣、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、粉煤灰復合樁、粉煤灰、鋼渣作為強夯墊層等方法也就應運而生了。    

(3)建筑物糾偏和地基加固保護有歷史意義的古建筑將是未來一項有重大意義的任務，世界有名的意大利比薩斜塔的糾偏，曾做大量深入細致的研究，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，并進行室內物理模型和數學模型相結合的試驗，在取得可靠的數據和試驗效果后才付諸實施，現在已初見成效。無獨有偶，我國蘇州著名的虎丘塔，經歷了幾百年風雨的侵洗，地基發生了嚴重的不均勻沉降，塔身的傾斜可與比薩斜塔相比，已到了非處理不可的程度，經過國內眾多專家論證，最終確定采用適合具體工程條件的挖孔樁圍封，然后在基礎下對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，常用的方法有基礎托換、壓力注漿、旋噴樁、樹根樁、錨桿支承等。鉆孔掏土解除應力、重力反壓和電滲加固地基等也是常用的方法。隨著科學技術的發展，古建筑的保護將在基底應力和沉降的遙感遙測方面有所突破。然后確定有針對性的加固方案，做到上部結構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。

3 地下空間的開發將是巖土工程的著重點

當前面臨著人口增長的巨大壓力，人們生活的空間是有限的，必須在保護生態環境的同時，充分開發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居住問題的重要手段。另一方面就是充分利用既能節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廣泛地為人們服務。地下空間的開發，將不僅為城市交通所必須，也將更大規模的為拓展人類的生存空間服務，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、地下技術層，甚至與地鐵、隧道等連接在一起的超高層建筑早已出現。不僅節約了大量的寶貴的土地資源，而且也節約了大量的能源，這樣的地下城必須在未來蓬勃發展。

在地下空間的開拓中，巖土工程是最核心的內容，工程地質和水文地質、巖石力學和土力學，環境地質和抗震工程都將大顯身手，在理論和實踐中取得突破性的進展。