浅议工程设计的适宜性

赵仁广 祖峰 杜永华 徐楠楠

工程设计是运用设计人员专业能力和思维能力对工程进行科学设计的过程。适宜，词典解释是“合适，相宜”，表达的意思是“恰当的，适度的，与某事不冲突的，相吻合的”。适宜性，更多是说适宜性某某事物的某种东西，它带有自己的特征性，工程设计的适宜性是指设计、做法、施工对于此环境来说是适宜的。

本文结合工程实践，阐述在满足功能安全的情况下，因地制宜考虑工程设计的适宜性，避免冗余设计，过度设计，对加快施工进度，节省工程造价有重要影响。希望对工程设计人员有所启发与帮助。

1工程设计中忽视适宜性的主要因素

实际工程中忽视工程适宜性的情况。比如，一座单层建筑设计落水管的必要性（图1）。低层建筑及檐高小于10米的屋面，可采用无组织排水。而且此建筑物位于沙漠戈壁，地区年平均降雨量30mm，蒸发量3000mm，属于极度干旱地区。笔者认为可以采用无组织排水，取消落水管。同样，常年无雨的环境下，某项目垃圾站场区设计砖砌护坡、混凝土排水沟的必要性（图2）。

工程设计中忽视适宜性的主要因素有以下几方面，1.设计思维固化僵化。设计者可能存在技术惰性问题，没有融合场地和环境。2.主导思想错误。设计者认为规范不能突破，设计规范要求的必须执行，没有邀请专家讨论，因地制宜的提出适宜的设计方案，提出与规范不一致的合理策略及对策。3.经济意识淡薄。一些设计人员没有经济观念，没有对设计工作展开环境适宜性、经济和可行性的研究。采用常规的设计概念，增加成本，出现经济上的不合理性。4.缺乏可行性研究。设计人员容易在设计中忽略方案的适宜性，缺乏结合工程实际情况的可行性研究，不进行细致的前期工作，只是专注于图纸表面的设计，导致常规设计与实际环境出现水土不服，出现不适宜性、不可行性的问题。

2工程设计中的适宜性原则

适宜性原则在工程设计中应予以足够重视。因此，在施工图设计之前，设计应考虑工程与周围环境的协调性，充分调查和了解工程周围的地形、环境特点，有意识的对设计方案或是现有的情况进行适宜性评价，评价这个方案或现状是不是适宜的，找到适宜环境的方案，避免出现冗余设计、不合理设计。工程设计应在传统经验和方法的基础上，接受新方法、新工艺，否则会严重影响到工程建设的进度，增加工程的建设成本。

3工程實践

工程案例为某场地规划和附属公路项目，项目所处地域为极度干旱地区，地质为强盐渍土或过盐渍土。本工程充分考虑了设计的适宜性原则，结合现场勘查进行方案比对，选择适合环境的设计方案，节省投资，加快了施工进度。

3.1地形、地貌、地质等自然地理概况

（1）自然地理概况

工程地处某戈壁平原内，地形平坦，地表无植被，地表土质为土黄色呈垄状或环状分布的盐壳层。路线所处区域属南大陆性中温带干早气候，春季多风沙，夏季炎热干燥，冬季寒冷，昼夜温差大，降雨量小，瞬间最大风速达26m/s，风向多为西北风，年平均温度13.4℃，极端最高气温48℃，极端最低气温-22.5℃，年平均蒸发量3776.5mm，年平均降雨量38.5mm，年平均相对湿度为46.5%，最大冻深度120cm。

（2）地质及水文地质条件

地勘显示地基为第四系盐湖相沉积物，沿线部分地表0.4-0.6m为含结晶盐粒的盐壳，盐壳下面为0.2-0.5m的盐晶体，湖底地表0.1-0.2m为含结晶盐粒的盐壳，盐壳下面为黑泥，地基土质按含盐量分类为过盐渍土，按盐化学成分分类属亚氯盐渍土。

盐渍土形成成因为矿化地下水形成盐溃土以及地表矿化径流形成盐渍土，即由于强烈的地面蒸发作用，盐湖地表水分被蒸发，所携带的盐份聚集于地表或地下不深的部位。地表土质极其坚硬、呈灰白色。

3.2盐渍土的特性

腐蚀性是盐渍土的特性之一，尤其在干湿交替的部位。盐类矿物对材料的腐蚀问题十分普遍，对于在含盐地层修建的建筑、道路广场等工程来说，由于含盐地层地区的建筑材料所用的砂石、粘土和水中都含有不同程度的盐类，因此对混凝土和钢筋都会造成腐蚀。盐渍土的腐蚀可以分为物理腐蚀、化学腐蚀以及电化学腐蚀。以硫酸盐为例，其物理腐蚀是其溶液渗入混凝土等多孔材料内部，在温度、湿度变化条件下，硫酸盐结晶膨胀而导致材料破坏;而化学腐蚀则是硫酸盐与水泥制品中的氢氧化钙反应，可使体积增大近两倍。然后石膏继续与水泥中的铝酸钙反应，生成含31个结晶水的铝酸三钙，体积增加2倍，随着膨胀压力的增加，混凝土材料便可能出现裂缝，甚至破坏。

盐胀性是盐渍土的又一大特性，与膨胀土不同，盐渍土的膨胀不是由于粘土矿物吸水膨胀产生的，而是由于土中盐类因温度或湿度变化结晶膨胀造成的，故称盐胀。研究表明，很多盐类在结晶时都有一定的膨胀性。而其中硫酸钠在结晶时，可以吸收10个水分子而体积膨胀最大（达300%），所以在硫酸盐含盐地层区，当温度和湿度降低时就会发生盐胀。另外盐胀量和压力有很大关系。因此，由于盐胀造成破坏的主要是路面、路基、室内外地坪、机场跑道、球场、挡土墙、廊道等，而对有一定埋深的建筑物危害不大。

3.3路基填筑方案的比较

一种方案是常规的设计做法，即去掉岩盐层，采用换填砾类土的办法。由于换填量大，砾类土的运距远，施工周期长，结果导致工程造价太高。

另一方案是就地取材，利用岩盐洒卤水的设计做法（图3）。建设单位邀请设计人员现场踏勘，结合《公路工程施工技术规范》（JTG/T 3610-2019）中特殊路基处理相关规定，其中7.10.1第四条规定干涸盐湖地段填筑路堤可采用岩盐作为填料。经过讨论研究，初步形成“复合土工布以下路基采用撒卤水闷料压实合格的盐岩填筑，复合土工布以上至路面结构层以下填筑砾类土”的方案，并根据要求现场进行盐岩试验段填筑验证。

试验段施工过程中对岩盐地基喷洒卤水闷料碾压，后出现岩盐无法板结、重型车辆行驶轮迹深翻浆及弹簧土现象，无法达到设计预期效果。经试验分析，无法板结及弹簧土现象产生的原因为闷料所用岩盐粒径、易溶盐含量及卤水矿化度达不到要求、盐壳厚度不足、未成大面积板状、盐壳下部土层为饱和土。随后，调整施工工艺及参数，控制填料粒径和压实厚度，调整卤水及洒布量，试验结果达到了各项路基检测指标要求（图4）。

3.4场地排水方案的比较

场地规划地处盐渍土地区，道路及建构筑物等路基和地基需要采取防护措施。方案1是按照常规设计思路，设计场地排水沟，道路与建筑物之间回填砾类土，回填土工程量大，所处环境极度干旱，设计排水沟的必要性不强（图5）。方案2根据工程设计适宜性原则，未设计排水沟，建筑物与道路之间没有回填砾类土，自然形成下凹洼地，节省土方量;同时，形成的下凹洼地，它的作用还可以起到短期蓄水功能（戈壁滩的降雨极少，而且蒸发快）（图6）。因此，方案2从适宜性角度分析，工程投资、施工进度方面等较方案1合理可行。

本项目是工程设计适宜性的典型案例，路基填筑工程根据实际环境，就地取材，采用附近的地表盐壳和卤水。利用岩盐洒卤水的路基施工工艺，成功替代了远运距换填砂砾的方案。

室外场地规划设计省去排水沟和回填土工程量，符合场地环境的特点。

4小结

工程设计应理论结合实际，坚持适宜性原则。技术设置要做到切实可行、经济有效，从地域环境客观条件出发，与建设地区的实际相适宜。结合自然气候、地形、地貌、地质等因素，会使方案设计合理可行，有效地降低工程建设使用中的能耗、物耗。所以，“设计结合环境”、“设计结合气候”是工程设计的一个基本出发点。

参考文献

1.盐岩卤水路基施工养护及专项定额研究 作者乃比江_买提克热木