水文地質(zhì)問(wèn)題對(duì)工程勘察的影響探究

楊吉忠

（云南省有色地質(zhì)局楚雄勘查院，云南 楚雄 675000）

水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，許多工程項(xiàng)目在勘察過(guò)程中由于沒(méi)有深入地研究地區(qū)的水文地質(zhì)條件，而且在后續(xù)的設(shè)計(jì)階段又忽視了水文地質(zhì)問(wèn)題，導(dǎo)致地下水引發(fā)的系列巖土工程危害頻發(fā)，不僅極大了損害了勘察公司的信譽(yù)，而且也為社會(huì)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在實(shí)際勘察過(guò)程中，強(qiáng)化水文地質(zhì)問(wèn)題的研究具有重要的實(shí)際意義。實(shí)際工作中，不僅要查明與工程項(xiàng)目密切相關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)其影響的范圍和強(qiáng)度作出評(píng)價(jià)，更要基于實(shí)際勘察數(shù)據(jù)及自身專業(yè)知識(shí)，就如何預(yù)防和治理提出合理的建議，為工程項(xiàng)目后階段的設(shè)計(jì)及施工提供寶貴的水文地質(zhì)資料，在一定程度上消除或者降低地下水對(duì)工程項(xiàng)目的危害。筆者基于多年的項(xiàng)目領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合某地區(qū)工程地質(zhì)勘察與水文地質(zhì)條件之關(guān)系及現(xiàn)狀，探討實(shí)際勘察工作中需要注意的水文地質(zhì)問(wèn)題。

1 工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評(píng)價(jià)內(nèi)容

地下水問(wèn)題可能導(dǎo)致的巖土工程作用和危害是設(shè)計(jì)、施工階段考慮的重要內(nèi)容。該地區(qū)工程水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，因地下水相關(guān)問(wèn)題引起的基礎(chǔ)沉降及建筑物開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題已發(fā)生多起。筆者認(rèn)為，在未來(lái)的工作中，應(yīng)該積極總結(jié)事故的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提高水文地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)的意識(shí)，強(qiáng)化和規(guī)范工程勘察中水文地質(zhì)條件問(wèn)題的評(píng)價(jià)程序。

對(duì)于水文地質(zhì)問(wèn)題，筆者認(rèn)為應(yīng)主要考慮以下內(nèi)容：

（1）分析和評(píng)價(jià)地下水可能對(duì)巖土體和建(構(gòu))筑物產(chǎn)生的作用及影響，合理預(yù)測(cè)地下水位變化可能導(dǎo)致的巖土工程危害種類及程度，并基于實(shí)際勘察數(shù)據(jù)，提出科學(xué)、可行的防治措施。

（2）結(jié)合工程項(xiàng)目地基基礎(chǔ)選型，重點(diǎn)查明和提供基礎(chǔ)選型類型所需要的、與之密切相關(guān)的水文地質(zhì)資料。

（3）結(jié)合勘察過(guò)程中已經(jīng)查明的地下水天然狀態(tài)及天然狀態(tài)下的自然作用，分析和預(yù)測(cè)在人為活動(dòng)條件下地下水的動(dòng)態(tài)變化情況，評(píng)價(jià)此種變化對(duì)巖土體及建(構(gòu))筑物造成的可能影響。

（4）根據(jù)地下水對(duì)于工程的作用和影響，立足于工程實(shí)際，著重評(píng)價(jià)不同條件下的地質(zhì)問(wèn)題，如：

①評(píng)價(jià)在地下水位以下的建筑物基礎(chǔ)中的混凝土及鋼筋的腐蝕性。

②對(duì)于工程項(xiàng)目基礎(chǔ)持久力層選擇軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化巖、殘積土、膨脹土等巖土體時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)分析和評(píng)價(jià)地下水各種活動(dòng)對(duì)持久力層巖土體可能產(chǎn)生的軟化、崩解、脹縮等作用和影響。

③若建筑物地基基礎(chǔ)的壓縮層內(nèi)存在飽和、松散的粉細(xì)砂或者粉土?xí)r，應(yīng)預(yù)測(cè)流砂、液化潛蝕以及管涌等的可能性。

④若工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)下部存在承壓含水層，則應(yīng)該評(píng)價(jià)和計(jì)算基坑開(kāi)挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性大小。

⑤當(dāng)基坑位于地下水位以下時(shí)，應(yīng)該規(guī)范進(jìn)行滲透性以及富水性試驗(yàn)，同時(shí)分析和評(píng)價(jià)因人為活動(dòng)情況而引起的土體沉降和邊坡失穩(wěn)等情況，并進(jìn)一步分析此種情況的發(fā)生是否會(huì)影響建筑物或周圍建筑物的可能性。

2 巖土水理性質(zhì)的測(cè)試

巖土水理性質(zhì)指的是巖土和地下水在長(zhǎng)期相互作用下而表現(xiàn)出的各種不同性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)作為巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的重要方面，與巖土的物理性質(zhì)具有同樣的重要性。巖土水理性質(zhì)既會(huì)影響巖土強(qiáng)度，導(dǎo)致其變形，而且其某些性質(zhì)還會(huì)破壞建筑的穩(wěn)定性，對(duì)建筑物的壽命帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害。在過(guò)去的勘察工作中，由于對(duì)巖土水理性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，而過(guò)分重視巖土的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，使得得出的巖土工程地質(zhì)性質(zhì)評(píng)價(jià)具有片面性，不能全面反映出工程項(xiàng)目的巖土地質(zhì)性質(zhì)。地下水在巖土中的賦存方式有所不同，這直接影響地下水對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響程度，另外，影響程度還與巖土的類型有密切關(guān)系。

筆者對(duì)巖土的主要水理性質(zhì)以及具體的測(cè)試辦法進(jìn)行了有關(guān)總結(jié)：

（1）軟化性。此種性質(zhì)是指巖土體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期浸水后，力學(xué)強(qiáng)度降低的特性。該性質(zhì)的量化程度常用軟化系數(shù)表示，即巖石在浸水飽和狀態(tài)下以及風(fēng)干狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度之比。軟化系數(shù)是評(píng)價(jià)巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的重要指標(biāo)之一。當(dāng)巖石層中有較容易軟化的巖層時(shí)，其會(huì)在地下水的影響作用下逐漸形成軟弱夾層。常見(jiàn)的如粘性土層、頁(yè)巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖等均具有較為普遍的軟化特性。

（2）透水性。透水性指的是水受重力作用，巖土容許水透過(guò)自身的性能。決定巖土滲透性強(qiáng)弱的關(guān)鍵在于巖土自身空隙的大小及空隙之間的連通性。因此，對(duì)于顆粒較細(xì)、不均勻的松散巖土，其透水性能較弱；而堅(jiān)硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育，其透水性就愈強(qiáng)。滲透系數(shù)量化描述透水性，滲透系數(shù)可采用抽水試驗(yàn)的方式獲取。

（3）崩解性。此種水理性質(zhì)描述的是巖土經(jīng)過(guò)浸水濕化后，因其自身的土粒連接減弱、破壞，導(dǎo)致土體崩散、解體的特性。通常，量化巖土體崩解特性的指標(biāo)包括巖土崩解所需要的時(shí)間、崩解量、崩解的方式等。土粒成分、礦物成分以及土粒連接結(jié)構(gòu)等均是影響巖土崩解性的重要方面。以某地區(qū)的殘積土為例，巖土一般崩解的時(shí)間為 6～24h，崩解量 1.83%～33%。不同類型的殘積土，其崩解方式有較大差異，如水云母、蒙脫石、高嶺土等殘積土主要以散開(kāi)方式崩解，而石英等殘積土則常見(jiàn)于裂開(kāi)狀崩解。

巖土的水理性質(zhì)還有給水性、脹縮性、持水性、容水性、毛細(xì)管性、可塑性等等諸多特性，筆者在本文中不再全面細(xì)述。

3 地下水引起的巖土工程危害

地下水位升降變化以及地下水動(dòng)水壓力作用等是導(dǎo)致巖土工程發(fā)生危害的兩個(gè)重要方面。筆者基于此進(jìn)行深入地分析：

3.1 地下水位下降引起的巖土工程危害

導(dǎo)致地下水位降低的原因是多方面的，但是主要由于人為因素造成，例如修建水庫(kù)攔截下游地下水的補(bǔ)給、過(guò)度集中大量抽取地下水、上游筑壩以及礦床疏干等。人為因素導(dǎo)致地下水下降幅度過(guò)大，會(huì)引起一系列的環(huán)境問(wèn)題，如誘發(fā)地裂、地面塌陷、地面沉降、惡化水質(zhì)等，而且會(huì)進(jìn)一步破壞巖土體穩(wěn)定特性，影響建筑物的穩(wěn)定性，給人們的居住生活環(huán)境帶來(lái)了巨大的潛在威脅。

3.2 潛水位上升引起的巖土工程危害

潛水位上升會(huì)對(duì)巖土工程造成較為不良的影響，如引起土壤沼澤化；增加了地下水對(duì)建筑物的腐蝕性；導(dǎo)致巖土體滑移、崩塌；降低巖土體強(qiáng)度，破壞巖土體結(jié)構(gòu)；引起粉細(xì)砂及粉土飽和液化等現(xiàn)象。因此，在實(shí)際勘察工作中，需要全面深入看待潛水位上升引起的系列巖土工程危害，防范于未然。

3.3 地下水位頻繁升降引起的巖土工程危害

地下水的升降頻繁變化會(huì)導(dǎo)致膨脹性巖土發(fā)生不均勻的脹縮變形。當(dāng)?shù)叵滤底兓l繁，這不但會(huì)引起巖土膨脹收縮變形活動(dòng)的頻繁變動(dòng)，而且還會(huì)導(dǎo)致巖土膨脹收縮幅度脫離常態(tài)變動(dòng)范圍，導(dǎo)致地裂形成，進(jìn)而對(duì)建筑物，尤其是輕型建筑物造成致命破壞。由于地下水的頻繁交替變動(dòng)，會(huì)逐漸淋失土層中的鐵、鋁成分，造成土質(zhì)松散，含水量孔隙比擴(kuò)大，壓縮模量、承載力下降，這對(duì)后續(xù)的工程基礎(chǔ)處理及選擇會(huì)產(chǎn)生較大的麻煩。

3.4 基坑突涌防治措施

導(dǎo)致基坑發(fā)生突涌的原因主要是地下水承受壓力較大，而基坑不足以阻止該壓力的狀態(tài)下發(fā)生，導(dǎo)致基坑底不透水層厚度和承壓水水頭壓力之間失去平衡。基坑底不透水層厚度和承壓水水頭壓力的平衡條件如下：

公式（1）中，r為不透水層巖土的重度，H為基坑開(kāi)挖后不透水層厚度；rw為的重度，h為承壓水頭高于含水層頂板的高度。

根據(jù)上述公式（1）可知，H應(yīng)滿足如下條件，即：

筆者認(rèn)為，應(yīng)從如下幾個(gè)方面防治基坑突涌：

（1）規(guī)范地質(zhì)勘察程序及內(nèi)容，全面反映工程項(xiàng)目地下水位以及各層土質(zhì)狀況。

（2）一旦發(fā)現(xiàn)軟弱位置后，根據(jù)不同地下水深度選擇不同的降水形式，如井點(diǎn)降水；選擇不同的維護(hù)形式，如打鋼板樁整體維護(hù)、地下連續(xù)墻整體維護(hù)、攪拌樁維護(hù)等形式。值得注意的是，維護(hù)形式的選擇不僅要結(jié)合地質(zhì)的特殊狀況，還要根據(jù)措施選擇的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)語(yǔ)

水文地質(zhì)工作是工程勘察中的重要內(nèi)容，是工程建筑持力層合理選擇、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及工程地質(zhì)災(zāi)害防治等工作內(nèi)容的基礎(chǔ)。隨著工程勘察的不斷發(fā)展，筆者相信，水文地質(zhì)工作必將會(huì)受到廣泛的關(guān)注和重視。

[1]GB50021－2002，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]GB50007－2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]潘懋，李鐵峰.災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社，2002.