論水文地質對巖土工程地質勘察的影響

李 遠

(山西省地質勘查局二一二地質隊，山西 長治 046000)

在一定程度上，水文地質問題影響著巖土工程的施工及其穩定性和安全性，此地質變化規律是施工前必須應掌握的重要信息資料。水文地質勘察是掌握此信息的重要技術途徑，但探究水文地質等問題尚有一定的局限性，許多工程僅是簡單地依靠相關記錄及數據的分析進行工程設計，未能重視現場勘察的必要性，也極少會到施工現場實施勘察[1]，這樣就難以真正發現巖土水文地質特征，更無法真正解決水文問題，從而會影響到施工工程的質量，致使施工結束后時常因地下水位問題而導致巖土工程出現質量問題，進而導致建筑缺乏一定的安全性和穩定性。可見，巖土工程施工中，必須進行水文地質勘察，方能確保工程施工的安全及穩定。

1 巖土工程中勘察水文地質的原則

在巖土工程水文地質勘察工作中，應依據實際狀況的不同而區別對待。首先應先利用資料的搜集掌握和判斷該地區水文地質的基本狀況，其次應考慮其自然地理條件、巖土中水的存在方式、地下水文狀況等問題。

1.1 巖土中水的存在方式

研究水在巖土中的存在方式主要是分析其隔水層及含水層的存在方式，含水層的厚度及分布狀況，以及地下水類型及其流動狀況，一年中地下水的變化情況及地下水位等情況。

1.2 自然地理狀況

地理自然條件主要指施工地點的水文特征、氣候條件、當地地形、主要地貌等[2]。氣象水文特征則指在施工區域氣候屬于什么類型，如寒帶、熱帶、亞熱帶及溫帶等。分析水文特征及氣候條件主要是了解巖土層的熱量指標和濕度指標。

1.3 地下水位特征

在巖土勘察中應特別關注其地下水，勘察水文地質時應對地下水文歷史變化、當前狀況等進行詳細了解，掌握其流向、水位、地下水補給狀況、應用狀況、腐蝕建筑材料的狀況以及其水位變化狀況等。

2 巖土勘察中巖土水理的特征

巖土水理特征通常指地下水域巖土相互作用時較為突顯的特征，其同巖土物流性質相似，都為重要工程地質特征[3]。巖土水理特征對巖土強度、性狀能夠直接產生影響，嚴重時會導致巖土變形，威脅巖土工程建筑物的穩定性和安全性。通常來說，地質勘察對巖土物流學特征的監測非常重視，而對巖土的水理特征卻存在認識不足，從而導致巖土工程中地質性質的勘察結果出現問題，存在不全面的現象。認識及分析巖土水理特征需要從水理特征、賦存形式及分析法等進行探討。地下水水理特征中，毛細管水、重力水及結合水是其主要賦存存在形式，其中結合水又有強弱之分。對巖土水理特征進行檢查、分析，常用的方法有崩解、脹縮、透水及軟化等特性，其中透水性是指水在重力作用下透過巖土且經巖土允許的透過特征。巖石堅硬且有巖溶、裂隙存在，其透水性的強弱與其發育好壞相關。如果巖石不夠堅硬且顆粒不均勻且細小，其透水性則會較差。表示巖土透水性的方法主要是透水系數，而獲取滲透的具體系數需要進行抽水試驗。崩解性是巖土因浸水濕化后土粒鏈接功能下降后，致使巖土體解體松散，而軟化特征則是以軟化指數表示。在浸水濕化后，巖土力學強度下降的特征是判斷巖土抗浸水及風化能力的主要標準。若巖土中有易軟化巖層存在，則在地下水作用下容易導致軟弱夾層。這種軟化特征是泥質砂巖、粘性涂層、頁巖及泥巖中常見的現象。同時，在巖土中還存在基坑隆起和地裂縫等現象，這種現象與其脹縮性質有關，該性能特征可以利用自由膨脹率及其收縮系數、體縮率進行判定，并影響著地基變形度、土坡表層穩定性等的變化。此外，溶水性、可塑性及毛細管等特征也是巖土的水理特征之一。

3 水文地質對巖土的影響作用

3.1 地下水位降低或上升對巖土工程的危害

地下水位下降多是人為因素，如企業對地下水的集中、大量的抽取，在河流上游建水庫、筑壩，采礦時出現的礦床疏干等都會影響地下水的補給，造成地下水位的下降。如果地下水位下降過度，則會造成嚴重地質災害，如地裂、塌陷及沉降等，甚至惡化地下水質，造成地下水枯竭等無法修復的、惡劣的環境問題。這些問題不僅給建筑物穩定性、巖土體帶來威脅，還威脅著人類居住的環境。

當然，地下水位上升對巖土勘察同樣存在較大影響。造成其上升的因素非常多，且常為綜合因素的影響所致。在地質方面有含水層結構、總體巖性產狀等影響其潛水位。其他因素有降水量、氣溫等氣象水文因素也對其產生影響。人為因素方面則有施工(管道)及灌溉等。地下水位上升可導致巖土體崩塌、滑移等地質災害，以及土壤沼澤化、基礎上浮、鹽漬化等，給建筑物帶來一定的腐蝕性。此外，巖土軟化、結構破壞也易發生流砂、管涌現象。

3.2 地下水位降低或上升對巖土物理學特性的影響

在膨脹性巖土中如果地下水位發生變化，其會出現不均勻性脹縮變形，進而導致斷裂，以致于造成建筑物被破壞。如果地下水位多次變化，并且每次變化的幅度又大，那么巖土也會連續發生膨脹收縮，收縮、膨脹的幅度也會隨之不斷增加，如圖1所示。

圖1表明，由于地下水水位每年的變化和不同年代氣溫、降水與地下水水位關系密切。所以，在勘察膨脹性巖土工程地質時，應特別重視對水文地質條件的觀察，以地下水位的變化規律來選擇地基基礎深度，最大可能地避開巖土地下水位變動帶，盡量在其上方或下方位置來選擇地基基礎深度。若基礎底面的壓縮層水位發生變化，就會影響到建筑物的穩固性，地下水位上升可以造成基土軟化，且其強度及壓縮性都會降低，進而造成建筑物的沉降。反之，如果地下水位降低，巖土會相應增加其自重壓力。

圖2顯示不同年代地下水位與年均氣溫和年降水量關系，地下水位下降基礎地基也會附加沉降，土質不均勻或突然降低地下水位，則會導致建筑物的極大破壞。圖2顯示由于巖土在地下水位變動帶、水位以下及水位以上間的變化具有一定的規律性，巖土體由上至下，其大小大致的變化規律正是壓縮模量、承載力的變化方式。巖土的空氣變化規律、天然含水量的變化則為小大小，這主要因為地下水位以上常會受淋濾，鐵鋁含量大，具有一定的土顆粒填充和膠結作用，進而增加了土粒間的鏈接力，形成硬殼層，從而降低了含水量及空隙，增強了其壓縮模量及承載力。如果巖土位于地下水位變動帶的土層，在大量水流動作用下，土層中的鐵鋁也會大量流失，從而造成土層松散。這樣，土層含水量及空隙比就增加，但承載力和壓縮模量會降低。如果土層在地下水位之下，水流緩慢交替，其水解能力、氧化能力都不高，再加上土層自身壓力，會密實土質，其含水量、空隙比都會很小，但承載力和壓縮模量則會很高。

此外，如果建筑物的鋼筋混凝土與地下水中的硫酸根離子相結合生產復硫酸鹽，那么其將增大2.5倍的體積，可給巖土工程整體結構帶來極大程度的破壞。同時，混凝土中的碳酸鈣、氫氧化鈣也會被水中酸性物質腐蝕，地下水中氯離子對鋼筋、混凝土的侵蝕性也較強。

3.3 基坑開挖中地下水對支護的影響

在許多高層建筑中，多使用垂直挖掘方式，以抽水方式降低水位，這樣盡管可減輕土地壓力，但局部大量抽水會造成地下水位突然降低，其周圍建筑物、墻體也會突然變形甚至坍塌，因此，地下施工過程中應設立水帷幕，加裝相應防護體，以免地下水流向施工區而影響施工。

4 巖土工程勘察中水文地質問題的對策

巖土工程勘察中一定要重視水文地質問題，規范水文地質工程的勘察。水文地質狀況不同對巖土的影響也不一致，對水文地質進行評價時，要對所勘察的項目區域進行合理劃分，并結合工程地質實際狀況進行勘察與評估，確保對場地水文地質勘察評價的有效性。水文地質作為一個不穩定的因素，容易受到外界環境的影響，做好水文地質勘察，防止項目水文地質問題的影響，需要做好下面的工作：

首先規范水文地質工程的勘察工作。廣泛收集項目區域地下水資料，對地下水的水壓埋藏狀況進行全面的勘察與評估，掌握地下水位狀況和數據詳細，得出地下水位變化周期及規律。其次規范地質勘察，重視水文勘察。利用降水設計、取樣試驗等方法去勘察與評估，確保勘察的準確性和精細度。最終為工程實施提供水文地質資料。其三建立完善的應急預案。加強對地下水監測與管理，防止因抽水井出砂量大而引起的基坑坑壁垮塌，所以要控制管井抽水的出砂量。對各降水管井的運行情況進行監測和管理，發現降水異常要及時進行處理和排障，確保勘察資料合理科學。

總之，勘察巖土工程時，必須重視水文地質的影響，其甚至會給整個施工工程帶來極大影響。所以，勘察過程中，必須關注水文地質影響，盡量避免或減少其不利影響，以推動施工建設的順利進行。