論水利工程地質勘察要點和降水處理措施

張海濤

（河北省水利水電勘察設計研究院，石家莊050081）

1 工程概況

某水利工程的外業勘察采用鉆孔及探坑相結合的方式，沿截潛壩軸線方向布設4個鉆孔和2個探坑，截潛壩上游布設2鉆孔，鉆孔間距30～50m，鉆孔深度為7.4～22.0m，探坑深度1.5～2.0m，河流總體流向為由西向東，河灘寬約50m，河床高程約216.5～217.9m（假定高程基點位于河道中心，高程216.15m）。河流兩岸山體較為對稱，山體較為陡峭，河床寬闊，坡度較緩，植被較少。

根據當地氣象局相關資料統計結果顯示，該地區平均氣溫為11.9℃，夏季最高溫可達41.5℃，冬季最低溫度為-24.0℃。霜期為10月下旬到次年4月中旬，多年平均蒸發量為1723mm。該區域地表水為地表徑流水，隨著降水的增加，地下水類型不同，主要是第四系孔隙潛水，含水層為溝谷內第四系全新統沖洪積礫砂層，層厚為5.3～10.4m。2014年10～11月勘察期間，該區域地下水位埋深約1.1～6.0m，水位高程為215.47～216.51m[1]。

2 工程地質勘察

2.1 巖土性質

該工程區域巖石多為片麻巖和石英巖。在此類巖體中建設水利工程時，需要格外注重片麻巖的各向異性和軟弱夾層的存在，盡量避開礦物富集的片巖，從而保證水利工程壩址選擇的科學性和合理性。工程區地表出露及鉆孔揭露的地層巖性主要有太古界阜平群灣子組的片麻巖，第四系全新統沖洪積的礫砂和第四系全新統人工堆積的素填土。現代河床兩側漫灘及階地不發育。

2.2 潛水儲存量計算

潛水儲存量的計算公式為：

式中，μ為含水層的給水度，由于該水利工程為砂礫，因此，μ取0.25；H為最低潛水位的厚度，取7m；F為被計算區域的總面積，取2.6×104m2。因此，該水利工程的潛水儲存量=0.25×7×2.6=4.55×104m3。儲存量的作用為調節補給量和開采量的關系，在枯水年時，補給量減小，抽水量增多，這時需要動用儲存水量，而在豐水年時再進行補充恢復。進行補給量計算時，需考慮降雨入滲補給、徑流補給、河流入滲補給及年灌溉用水、蒸發量等因素。

2.3 基坑涌水量計算

根據工程的具體設計，截潛方案選擇地下連續墻方案，開挖基坑的主要作用是為上部導槽開挖和各項臨時工程的順利開展營造良好的環境，如果水利工程主河槽的基坑長60m，寬5m，深3m，則按照潛水完整井的計算公式：

式中，K為滲透系數，m/d，根據該工程的實際情況，取60.5m/d；S0為基坑水位的降深，m，如果水位下降到坑底以下0.5m的位置，埋深為3.5m，則地下水位的埋深為1.3m，S0=3.5-1.3=2.2m；R為降水影響半徑，取河流的寬度130m，r0為基坑的等效半徑，取30m。

將以上數據代入式（1）可以計算出基坑涌水量為2948m3/d，在基坑施工過程中，要有效保證各項工作開展的高效性，建議采用坑底開挖排水溝強排與集水井相結合的降排水方式，并根據施工組織設計方案確定集水井的數量及水泵型號，確保施工中基坑涌水得到有效、及時排放。

2.4 基巖地質特性評價

強風化片麻巖：巖體厚2.7～8.0m，頂面埋深5.3～13.5m，底面埋深8～18m，底面高程199.67～209.54m，厚度不均。

弱風化巖體：巖頂面埋深8～18m，頂面高程199.67～209.54m，鉆孔勘探深度內未揭穿該層。

壩基滲漏：勘探過程中，壩址區軟弱夾層，巖體中普遍存在節理，產狀不穩定，節理貫通性較差，推斷壩基巖層存在強滲漏情況的可能性不大。大部分強風化巖體應采取防滲措施，弱風化巖體符合要求，可視為相對隔水層。

左右壩肩繞滲：左右壩肩均為巖體，表層強風化層厚2～3m，節理裂隙較為發育，巖體較為破碎，透水性較強，存在壩肩繞滲問題，如作為壩肩的壩基使用，建議進行防滲處理。

3 降水處理措施

3.1 井排降水技術

該方法主要適用于中小型，寬度小于150m的基坑，且基質土壤的滲透系數在1.0×10-4～1.0×10-3cm/s的基坑降水處理中，其主要優點為：降水效果明顯、井距可實時調整、可實現集中排水、工序簡單、施工便捷等。但在實際應用過程中，對地質結構有極高的要求，需要和明排水措施結合使用。本工程基坑地下水位埋深為3.5m，滲透系數為1.5×10-4cm/s，而且距離水源較遠，在實際應用過程中，井的深度和井的間距布置要通過水力學進行計算，以確保降水的效果。

3.2 輕型井點降水技術

該技術主要應用在地質條件復雜和地下水位高的水利工程基坑降水中，對土質要求較低，而且封閉性較好，為了保證降水效果，在施工過程中，要合理確定支管管距與深度。但是，該方法工序比較復雜，而且成本較高，主要應用在基坑關鍵部位降水處理中。主要原理是在擬建工程的周圍基坑中埋設可以滲水的井點管，并配設相應的抽水設備，在不擾動土體整體結構的基礎上，不間斷地將滲水抽出，確保基坑開挖的順利進行。

3.3 挖壟溝降水法

該方法適用于降雨量大、地下埋深較深的水利工程基坑降水處理中，具有施工便捷、費用低、對基坑大小和水文地質條件要求較低、工序可隨時調整的優點。應用此種該方法，可以把地下水和地表積水合二為一，從而實現共同降水的目的。

在水利工程施工過程中，科學合理地應用天然建筑材料，可以大大降低施工成本。水利工程往往處于偏遠山區，很多施工材料難以順利運輸到施工現場，因此，需要充分應用天然建筑材料。本工程施工區域位于太行山區，附近有眾多的砂石料開采加工廠，砂石料儲量豐富，質量優良，均能滿足工程需要，并且到施工現場運距在20km以內，按業主要求，將砂礫料作為主要施工材料。

4 結語

綜上所述，本文結合工程實例，分析了水利工程地質勘察要點和降水處理措施，分析結果表明，水利工程地質勘察具有很強的綜合性和系統性，需要綜合考慮多方面因素，從而保證壩址選擇的科學性。工程地質勘察可以為水利工程壩址選擇提供真實有效的數據支持，同時也是提高壩址選擇科學性和合理性的主要途徑，需要高度重視工程地質勘察的真實性和全面性，做好降水措施，可避免水位過高對施工的影響，提升施工質量和效率，充分發揮出水利工程的價值和作用。