水文地質與工程地質勘察

余娟 華東冶金地質勘查研究院

事實證明，地質學是一個重要的問題，但在調查、設計和建造過程中很容易被忽視。重要的是，水文地質學和工程地質學是相互聯系的，相互聯系的，相互作用的。地下水除了是基巖的組成部分以外，還對基巖的工程特性有很大的影響，影響建筑的基本工程環境的可持續性。以往勘察的相關工作當中，由于水文參數和使用很少直接與勘察結果有關，所以，水文地質被廣泛的認為是一項流程性的工作，大部分的勘察工作只是簡單地對水文地質在自然狀態下的條件進行評價。為了很好的提升工程勘察相關工作的質量，我們需要加強勘察中的水文地質研究。勘察相關工作除了可以確定和地質工程相關的問題以外，還可以提出預防措施，提供精確的信息以方便相關部門進行施工和設計。

一、工程地質勘察過程及內容

在項目實際開展前，應在施工區域內進行相關工程地質勘察，確保對施工現場地質條件和主要工程地質問題有清晰的了解，提前對項目建設中可能出現的問題和風險進行分析和預估，有效避免因地形地貌認識不全面帶來的安全隱患?？辈旖Y束后，將充分合理地利用強大的地質條件，使施工過程中的不利因素得到合理規避，科學的規劃設計能夠保證施工的順利進行，為理論和實踐提供有力的依據。

工程地質勘察可分為多個環節，其中可行性研究、方案規劃和設計實施是最基本的步驟。在規劃階段，相關工作重點是為后期施工提供有效可靠的地質條件信息。此外，在具體實踐過程中應深入掌握施工現場周邊的地質條件和施工過程中可能出現的地質問題，并對周邊建筑市場材料進行深入探索。在可行性調查階段，需要對原調查結果進行更深入的研究。包括基本建筑結構、形態特征、飲水路線等一系列問題，對地質條件的要求、施工方案和施工材料依次進行選擇。最后一個階段是調查階段。這項工作的基本目的是在施工過程中進行地質實時監測，整合現有測量數據和施工過程中地質條件的變化，優化現有施工工藝。

二、水文地質勘察的主要內容

（一）水文地質測繪

水文地質圖是一種基本的水文地質調查方法，是一項基本的調查工作，主要是用地質圖完成的。（1）確定探測區域的地形、水文、天氣和基本特征；（2）確定各個底層的巖石的含水性質、地下水的類型，將其劃分為含水層和隔水層；（3）對區域內地下水的補給、河流、排泄的地形以及地貌、地下水的特征等進行闡述；（4）評價含水層的富水性以及區域內地下水資源的情況及相關的開采條件；（5）闡明地下水的化學特征及相關的形成因素，對地下水的污染情況進行調查等。

（二）地球物理勘探

物探在水文地質調查中占有重要地位，它自身的效率非常高，需要的成本較低，而且速度比較快。

三、水文地質勘察的重要性

（一）地下水位發生幅度變化造成的工程危害

地下水位振幅變化主要包括以下三個方面：地下水位振幅下降、地下水位振幅上升和地下水位振幅頻繁變化。由于地下水位的不斷上升，極易導致出現嚴重的地質災害。比如大連地鐵經常出現滲水現象，對建筑物的耐久性影響很大。地下水位的下降會誘發嚴重的地質災害，不僅會對建筑產生不良影響，而且對周圍已建建筑也有很大的安全隱患。地下水位頻繁變化會給建筑的基礎部分帶來嚴重的變形，同時也可能導致建筑物變形甚至損壞，再次埋下建筑物使用中的安全隱患。

（二）水動力壓力引起的工程危害

自然情況下，地下水的動力水壓很小，給建筑物以及相關工程的建設帶來的影響不大。但如果人為干預改變了地下水位的平衡條件，地下水動力水壓就會帶給建筑物一些影響，可能出現流砂、管涌、基礎坍塌等情況，造成極其嚴重的巖土工程危害，對建筑物質量產生影響。因此，加大地下水動力水壓的探測和控制是水位地質調查的一個重要方面。通過專業的努力，在一定程度上可以減少地下水動力水壓對原有平衡的破壞，避免動力水壓不穩定對建筑物造成的不利影響。

（三）地下水位幅度變化對巖土物理學性質的影響

地下水位頻繁的振幅變化，很有可能導致巖土因膨脹不均勻而發生地質變形，嚴重時可能引起地面開裂。會對工程建筑的底層或輕微的工程建筑造成一系列不同程度的沖擊和危害。因此，在水文地質調查中，重視膨脹巖土的調查與控制是另一個重要方面。對地下水位的變化幅度以及變化的規律進行調查十分重要，也為后續建筑物深度的選擇帶來很大的參考依據。

四、水文地質評價內容

地質工程勘察中的地質勘察內容在過去勘察工程勘察報告中，由于地基設計與施工缺乏結合，對地質工程和地下地質工程的影響和危害進行了評價，很多地區都造成了土地、建筑物開裂等質量問題?？偨Y過去的經驗教訓，我認為今后在工程勘察中應考慮以下內容：（1）重點對地下水帶給巖土和建筑物的影響進行評價；（2）結合工程勘察以及建筑物的地基基礎類型，對相關水文地質問題調查清楚，提供研究需要的水文地質信息；（3）以工程人員的視角看，結合地下水可能帶給工程的作用及影響，提出應該在不同地質條件下發現的問題，比如說：地下水水位下面的建筑基礎對砼和砼內的鋼筋的腐蝕性的要求，對選擇的軟質巖石、強風化的巖石、殘積土、膨脹土等相關的巖土體作為建筑物基礎持力層的情況，要對地下水活動對上面所講的巖土體可能產生的影響重點評價。地基基礎的壓縮層如果出現松散、飽和的粉細砂或者是粉土時，要對可能出現的潛蝕、流沙以及管涌進行預測，如果基礎的下部出現承壓的含水層，要對基坑開挖之后，承壓水沖毀基坑底板的概率進行計算及分析，為了在水下開采坑，應該進行滲透和富水測試。評估土壤凍結和人為降雨造成的斜坡不穩定的可能性，然后影響物體的穩定性。

五、巖土水理性質

巖土的水理特性主要是巖土和地下水之間因為相互作用而表現出來的特性。巖土的水理特性和物理特性是巖土的重要工程特性。巖土的水理特性不僅影響巖土的強度和變形，而且直接影響建筑物的穩定性。過去我們只重視巖石土壤的物理力學性質，忽視了水理性質，因此，對巖石土壤的工程地質性質的評價還不全面。

由于巖土的水文物理性質是通過巖石與地下水的相互作用來揭示的，本文首先介紹地下水的賦存形式及其對巖土水文物理性質的影響，然后簡要介紹幾種重要的巖土水文物理性質及其研究和測試方法。

（1）地下水的賦存形態：根據其在巖石和土壤中的賦存形態，地下水可分為束縛水、毛細水和重力水，其中束縛水又可分為強束縛水和弱束縛水。

（2）巖土的主要水力特性及其測試方法

①軟化是指水侵入巖土層后，巖土層機械強度降低的特性，一般用軟化系數表示。這是巖石耐風化，耐滲水能力的指標。如果巖層中存在易軟化的巖層，往往在地下水的作用下，形成軟弱的夾層。各類成因的粘性上層.泥巖.頁巖.泥質砂巖等均普遍存在軟化特性。②滲透性是指巖石和土壤在重力作用下，允許水通過的能力。疏松的巖石顆粒越細越不均勻，透水性越差。堅硬巖石的縫隙或喀斯特越發育，透水性就越強。通常滲透率可用滲透系數表示，滲透系數可由抽水試驗得出。③崩解性指土體顆粒間聯系減弱，斷裂，巖石浸潤后發生崩解或崩解的特性。巖土的崩解與土壤顆粒組成，礦物組成和結構密切相關。④給水性是指飽水巖土在重力作用下，允許一定量的水從孔隙或裂縫中自由流出的性能，用給水度表示。給水度是含水層的重要水文地質參數，也影響著場地的排水時間。通常經實驗室方法確定。⑤膨脹收縮性是指巖土體體積吸水變大，失水變小的特性。巖土的膨脹收縮性是由于顆粒吸水后，黏附在表面的水膜變厚，水分流失后變薄所致。巖土體的膨脹和收縮往往是裂縫和基坑隆起的重要原因之一，對地基變形和土質邊面表面穩定性有重要影響。

六、地下水引起的巖土工程危害

地下水引起的巖土工程災害主要是由地下水位的波動和地下水動水壓力的作用引起的。

（一）地下水位波動引起的巖土工程危害

地下水位的變化可以是自然因素造成的，也可以是人為因素造成的，但無論是什么原因，地下水位到達一定的變化范圍時，就會帶給巖土工程十分嚴重的危害，這種現象主要有以下三種：

①水位上升引發的地質工程災害

原因很多，主要是由于含水層結構、巖性等地質因素的影響；降雨、溫度、水文和天氣因素、灌溉、建筑和人為因素，有時是多種因素共同作用的結果。因為潛水面的上升可能會對巖土工程帶來的影響有如下幾點：首先，土壤逐漸沼澤化、鹽漬化，導致巖土及地下水給建筑物帶來很大的腐蝕性。其次，河岸、斜坡等地質容易出現滑移、崩塌等現象。第三，部分特殊的巖土體結構被破壞導致強度降低土壤軟化。第四，導致粉細砂和粉土逐漸飽和呈現液化的狀態，導致流砂、管涌的問題出現。最后，地下洞的室內被水淹沒，逐漸的上浮，也會導致建筑物不穩定。

②地下水位下降引起的巖土工程災害

通常情況下是由于人為的原因導致地下水水位下降，如地下水的集中抽取、采礦活動中礦床的排放、上游的大壩建設和下游攔截地下水供應的水庫建設等。地下水過度下沉，會導致地裂縫、地沉降、地塌陷等幾個方面的地質災害以及地下水資源出現枯竭、水質出現惡化等等環境方面的問題，對巖土以及人們的生活環境和建筑的穩定性都帶來很大的影響。

③地下水的頻繁變動帶給巖土工程的危害

無論是地下水的上升還是地下水的下降，都會給巖土帶來不均勻的膨脹的現象，從而導致巖土出現變形和收縮的問題。地下水水位的變化較快，不僅反復發生巖土工程出現膨脹的現象，而且收縮影響的范圍也不斷增大，導致地面有裂縫現象的出現，建筑尤其是輕建筑都會被帶來不同程度的影響。地下水的變動帶內部，因為地下水的不斷交替變化，導致土層中的鋁、鐵成本流失，土層因為失去這些物質會導致土質疏松，不斷增加的含水量、空隙比例給處理巖土工程基礎帶來很大的麻煩。

（二）地下水動壓引起的巖土工程危害

在自然狀態下，地下水的水動力壓力較低，一般不構成危險。然而，由于人為工程活動改變了地下水的自然動態平衡條件，嚴重的巖土工程災害，如流沙、管道隆起和地基豎井隆起，往往會在水動力壓力的作用下發生。有關巖土工程文獻已詳細描述了流動沙壩、管道沙壩和豎井沙壩的形成條件和控制措施，本文不作描述。

七、結束語

綜上所述，隨著工程勘察的發展，水文地質將越來越受到重視，對水文地質工作的不斷研究，可以很好的促進該項工作的發展，最終很好的提升我國水文地質與工程地質勘察工作的水平。