工程勘查中水文地質(zhì)問題分析

安寶山

摘要：在進(jìn)行工程勘察的過程中可以通過研究水文地質(zhì)條件，通過調(diào)查地下水的數(shù)量和質(zhì)量隨著空間和時間變化的規(guī)律，對地下水資源的水量與水質(zhì)做出評價，從而為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)能夠更為科學(xué)地利用或防治地下水提供水文地質(zhì)依據(jù)。在工程勘察中評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響十分重要，本文分別從水文地質(zhì)評價、巖土的水理性質(zhì)和地下水危害三方面分析了工程勘查中與水文地質(zhì)有關(guān)的問題。

關(guān)鍵詞：工程勘察；水文地質(zhì)；水理性質(zhì)；地下水

1、水文地質(zhì)評價內(nèi)容

水文地質(zhì)指自然界中地下水的各種變化和運動現(xiàn)象，在工程勘察中對水文地質(zhì)研究主要在于自然地理條件，地質(zhì)環(huán)境和地下水位情況這三方面。[1]并且，地下水水位的變化，由于其對巖土工程的影響程度較大，因此它是工程勘察的重要內(nèi)容。水文地質(zhì)評價在工程勘察中具有十分重要的作用，由于兩者相互聯(lián)系、相互作用，關(guān)系極為密切，并且地下水不僅僅是組成巖土體的一部分，而且它還能夠?qū)r土體工程特性造成直接影響，同時，它還是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，能夠?qū)ㄖ锏姆€(wěn)定性及其耐久性有很重要的影響。[2]對水文地質(zhì)相關(guān)問題清晰明確的描述，可以確保工程勘察中所需參數(shù)的準(zhǔn)確合理。其中對水文地質(zhì)評價的重點在于地下水方面的評價。但由于，以往研究中，在地下水對巖土工程的作用和危害的評價方面，未能做到將施工過程中的需要與其現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，從而導(dǎo)致由于地下水引起的一些質(zhì)量事故，例如基礎(chǔ)下沉、建筑物開裂等。

在明確水文地質(zhì)評價的重要性之后，從過去的經(jīng)驗教訓(xùn)中得出，在現(xiàn)如今的工程勘察中，對水文地質(zhì)評價內(nèi)容的研究重點應(yīng)從以下幾點著手：首先，在即將進(jìn)行施工的范圍內(nèi)，重點考察當(dāng)?shù)氐叵滤畬こ炭赡茉斐傻挠绊懀鐚r土體和建筑物的作用，提出可能產(chǎn)生的，對巖土工程的危害，并在此基礎(chǔ)上提出適當(dāng)?shù)姆乐巍⒔鉀Q措施；其次，為了能夠更深入的了解與工程相關(guān)的水文地質(zhì)問題，在勘察中根據(jù)進(jìn)行施工的建筑物地基的基礎(chǔ)類型的需要，搜集所需相關(guān)資料，為工程勘察提供基本的水文地質(zhì)資料；再次，需要對施工范圍內(nèi)的地下水情況進(jìn)行清晰的調(diào)查，包括其天然狀態(tài)，及其天然條件下的影響，同時，也要將工程中的人為活動可能導(dǎo)致的地下水情況變化進(jìn)行合理的分析預(yù)測，尤其要考慮到人為活動對工程中巖土體和建筑物的不良影響，這是尤為重要的；最后，根據(jù)不同的建筑材料、不同的建筑場地等條件，應(yīng)對水文地質(zhì)情況作出相應(yīng)不同的評價，了解地下水對該工程的各方面的影響與作用。[3]

在通過對以往工程勘察的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)后，對工程勘查中水文地質(zhì)問題的評價內(nèi)容進(jìn)行歸納，主要包括以下幾方面：第一，對河流或小溪的水位、水流速度、標(biāo)高及其淹沒情況進(jìn)行調(diào)查；第二，了解施工地點及其周邊水井的水位、水量和變化幅度；第三，掌握地下水的埋藏條件、水位變化、變化規(guī)律及變化幅度等信息；第四，明確地下水的來源為何，屬于何種類型；第五，對地下水的化學(xué)成分進(jìn)行測定，并預(yù)測地下水對工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和其對建筑工程的腐蝕性有何影響。[4]

2、巖土的水理性質(zhì)

2.1 水理性質(zhì)定義

巖土與地下水相互作用所顯現(xiàn)出來的各種性質(zhì)即為巖土水理性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)在影響巖土的強(qiáng)度和形狀的同時，還能對工程建筑物的穩(wěn)定性具有直接影響。但在以往的工程勘察中，對巖土性質(zhì)的勘測大多數(shù)著重于其物理性質(zhì)，而忽略了其水理性質(zhì)，從而導(dǎo)致對工程所在地的巖土性質(zhì)了解不夠全面。因此，為了能夠在今后的勘察測試中對巖土性質(zhì)掌握的更加全面，了解巖土的水理性質(zhì)是前提條件。巖土的水理性質(zhì)包括容水性、持水性、給水性、毛細(xì)管性、透水性、含水量、可塑性等。其中，容水性是指常壓下巖土孔隙中能容納一定水量的性能，巖土孔隙中能容納水量的體積與該巖土總體積之比，以容水度來表示；持水性指飽水巖土在重力作用下排水后仍能保持一定水量的性能，飽水巖土在重力作用下釋水后，所能持水量的體積與該巖土總體積之比，以持水度表示；給水性主要指在重力作用下，從飽水巖土孔隙中自由流出水的一種性能，常壓條件下飽水巖土在重力作用下流出來的水體積與該巖土總體積之比，以給水度表示；毛細(xì)管性是毛細(xì)管上升高度和速度用毛細(xì)管水壓力來表示；透水性指在水的重力作用下水透過巖土的能力通常用滲透系數(shù)表示；含水量分為重量含水量與體積含水量，巖土中含水的重量或者體積和干燥巖土重量比值。

2.2 水理性質(zhì)研究中地下水的作用

由于巖土的水理性質(zhì)是巖土與地下水相互作用顯示出來的性質(zhì)，因此，地下水的賦存形式對水理性質(zhì)的影響是很重要的。地下水在巖土中的賦存形式有三種：結(jié)合水、毛細(xì)管水、重力水，其中結(jié)合水可再分為強(qiáng)、弱兩種結(jié)合水。強(qiáng)結(jié)合水是緊附于顆粒表面結(jié)合最牢固的一層水，具有強(qiáng)吸附力，在強(qiáng)壓條件下，強(qiáng)結(jié)合水的密度約為普通水的2倍，具有極大粘滯性和彈性，抗剪切，但即不受重力作用，也不能傳遞靜水壓力。弱結(jié)合水與強(qiáng)結(jié)合水的區(qū)別在于其吸附力比強(qiáng)結(jié)合水小，在外界壓力條件下可以變形。由于結(jié)合水受外界強(qiáng)力條件束縛，只能在有限的范圍內(nèi)活動，因此其對巖土水理性質(zhì)的影響不大。毛細(xì)管水還可以分為孤立毛細(xì)管水、懸掛毛細(xì)管水、真正毛細(xì)管水。它不僅受毛細(xì)管力作用，還受到重力的作用，在重力小于毛細(xì)管力時，毛細(xì)管水會上升，這個作用，導(dǎo)致了地下水潛水面以上的的普遍形式是一個與保水帶有水力聯(lián)系的含水量較高的濕水層。由于毛細(xì)管水在傳遞靜水壓力的同時，還能夠在空隙中垂直上下運動，因此，毛細(xì)管水不僅能對巖土體起到軟化作用，而且能夠使土壤沼澤化或鹽漬化，使巖土體與地下水對建筑材料的腐蝕性增強(qiáng)。重力水也就是我們通常所稱的狹義地下水，即在重力作用下可以在巖土孔隙、裂隙中自由運動的水。與結(jié)合水不同，它不受分子力的影響，不能抗剪切，但可以傳遞靜水壓力。在天然和人為因素的影響下，重力水在巖土中非常活躍，尤其是滲流活動，因此其對巖土水理性質(zhì)的影響尤為顯著。在對巖土水理性質(zhì)的研究中，對重力水的研究是我們重點關(guān)注的。

2.3 幾個重要的水理性質(zhì)及其測試辦法

對巖土水理性質(zhì)的測試有以下幾種：（1）軟化性，軟化性是各給巖土體普遍存在的特性，巖土體在浸水后，其力學(xué)強(qiáng)度會降低，當(dāng)巖石層中具有容易軟化的巖層時，結(jié)合地下水的影響，在巖石層中易形成軟弱夾層。在工程勘察時，測量軟化性一般用軟化系數(shù)表示， 它是判斷巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的指標(biāo)。（2）透水性，即水在重力作用下， 巖土容許水透過自身的性能，巖土體的透水性是通過巖土空隙大小、空隙連通性和空隙度來衡量的，當(dāng)巖土顆粒越細(xì)，分布越不均勻時，巖土越松散，則其透水性越弱，反之越強(qiáng)。在工程勘察時測量透水性一般用滲透系數(shù)表示，巖土體的滲透系數(shù)可通過抽水試驗取得。[5]（3）崩解性，即巖土浸水濕化后， 由于土粒連接被削弱、破壞， 使土體崩散、解體的特性，通過崩解所需時間、崩解量和崩解方式等來衡量。（4）給水性，即在重力作用下飽水巖土能從孔隙、 裂隙中自由流出一定水量的性能， 以給水度表示。一般采用實驗室方法測試。[6]（5）脹縮性，即巖土吸水后體積增大， 失水后體積減小的特性， 巖土的脹縮性是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚， 失水變薄造成的。其指標(biāo)包括膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數(shù)等。巖土的脹縮性是導(dǎo)致地裂縫和基坑隆起的重要原因之一。

3、充分認(rèn)識工程勘察中地下水引起的巖土工程危害

3.1 地下水的動水壓力影響

在工程勘察中，地下水動水壓力對巖土工程的影響因素主要分為自然因素和人為因素，相比自然因素的作用，人為因素對其影響更大，當(dāng)?shù)叵滤淖匀粭l件失衡而使得動水壓力過大時，則會產(chǎn)生管涌、流砂以及基坑突涌等一系列惡劣的巖土工程地質(zhì)危害。

3.2地下水位的升降變化

（1）地下水水位上升產(chǎn)生的危害

導(dǎo)致地下水水位上升的因素中，地質(zhì)因素、水文氣象因素和人為因素是對其影響較大的因素，有時導(dǎo)致地下水水位上升可能是多個因素共同作用的結(jié)果。主要地質(zhì)因素包括含水層結(jié)構(gòu)和總體巖性產(chǎn)狀。水文氣象因素包括降雨量、氣溫等。人為因素包括灌溉、施工等。[7]當(dāng)?shù)叵滤簧仙椒钦Ｖ禃r，其對建筑物基礎(chǔ)的腐蝕性會增強(qiáng)，可能導(dǎo)致許多地質(zhì)危害。由于巖土體的實際承載能力與地下水的水位成反比，即隨著其水位上升而承載能力下降，淺基礎(chǔ)地基的承載能力降低，一些具有特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度隨之降低、導(dǎo)致巖土體軟化；當(dāng)工程施工地點在河邊、斜坡或河谷等地時，水位上升可能會導(dǎo)致巖土產(chǎn)生滑移、變形、崩塌等不良的地質(zhì)現(xiàn)象。

（2）地下水水位下降產(chǎn)生的危害

與導(dǎo)致地下水水位上升的因素不同，導(dǎo)致地下水水位下降的因素主要是人為因素，大量抽取地下水或修建水庫等活動導(dǎo)致地下水補(bǔ)給不足等情況都可能導(dǎo)師地下水水位下降。當(dāng)水位下降程度過大的時候就會發(fā)生一系列地質(zhì)災(zāi)害，如地裂、地面沉降或塌陷，而且還可能導(dǎo)致一系列環(huán)境問題，如地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等，[8]甚至還會造成海水入侵，導(dǎo)致淡水水質(zhì)變化，腐蝕性增強(qiáng)。[9]這些問題將會影響巖土體和建筑物的穩(wěn)定性并威脅人類居住環(huán)境。

（3）地下水水位頻繁升降產(chǎn)生的危害

當(dāng)?shù)叵滤话l(fā)生頻繁的升降變化時，一方面將會使巖土不斷發(fā)生膨脹收縮變形，并使幅度持續(xù)增加，甚至?xí)?dǎo)致地裂等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)而使得建筑物被破壞。另一方面，隨著地下水水位不斷變化，土層中的元素也會不斷隨之流失，土層承載力不斷減小，給施工造成困難。水位的頻繁升降變化，使巖土隨之頻繁膨脹收縮，其穩(wěn)定性越來越差，最終導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。[10]

總結(jié)：隨著社會不斷進(jìn)步，科技不斷發(fā)展，各地大型建筑物不斷增加，為了保證建筑物質(zhì)量，預(yù)先做好工程勘察十分重要，在工程勘察的問題中，與地下水相關(guān)的問題是十分重要的，采用科學(xué)合理的方法進(jìn)行工程勘察中水文地質(zhì)問題的測量，這不僅可以提高建筑工程質(zhì)量，更好的利用巖土的潛在能力，同時可以消除地下水對巖土工程的危害，預(yù)防工程地質(zhì)災(zāi)害。

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