關于水利工程中的工程地質和水文地質勘查工作

潘秋林

（貴州弘波質量檢測有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

目前，全國各地都在積極推進水利工程建設，以滿足區域用水需求，保障用水安全。從水利建設實際分析，各個建設場地的地質條件與水文條件存在差異，面臨的施工挑戰與風險不同，組織開展事前勘查，掌握完整的資料與數據，為水利工程施工方案設計與工程管理提供支持，并為工程建造效益目標的實現提供保障，具有現實意義。

1 工程勘查的流程

根據勘查工作實踐分析，工程地質與水文地質勘查工作的流程如下：①規劃階段。此環節對工程現場地點與周圍的地勢地貌、河流等開展全面勘查，結合現有的地質勘查資料，分析區域地震情況，為工程設計提供依據。②可行性研究。利用獲得的地質與水文勘查資料，組織開展結構穩定性分析，判斷地質與水文環境可能對工程造成的影響，分析水利工程建造的可行性。③初步設計。按照工程設計與工程管理的需求，組織開展全面調查，掌握工程地質與水文地質條件，為管理工作的開展提供保障。④技術設施設計階段。根據現場作業條件，完善初步設計方案，合理選擇作業的設備。

2 基于實例分析工程地質和水文地質勘查的要點

2.1 案例概述

以某水利工程為例，工程建成后每年將向紫云縣城及周邊鄉鎮供水超過2800 萬m3，可解決紫云縣13.8 萬人、3 萬頭大牲畜的飲水問題；為周邊鄉鎮7.41 萬畝農田提供灌溉，年灌溉供水量達2265 萬m3；建設了總裝機容量2.4 萬kW 的水電站。從工程建設任務的推進角度分析，事前組織開展工程地質與水文地質勘查，整理所需的資料與信息，為工程設計和建設管理提供依據，保障了工程建造的品質。

2.2 地質勘查技術

地質勘查技術主要有以下4 種。

（1）地理信息系統（GIS）技術。水利工程地質與水文地質勘查作業中，采用GIS 技術，積極發揮信息化手段的優勢，組織開展地質勘查數據分析，利用系統自動化繪制現場的平面圖，并且制作柱狀圖與等值線圖，同時對勘查數據加以解釋，能夠全面反饋地質勘查的結果，為工程設計及決策提供依據。

（2）工程物探技術。一般來說，水利工程勘查作業中應用較為廣泛的物探技術，主要包括電磁勘探技術和鉆孔色彩電視體系等。其中，電磁勘探技術可選擇的勘查方法很多，因此被廣泛應用。而鉆孔色彩電視勘查技術的穩定性與集成性優勢突出，支持場景重現，能助力工作人員全面了解地質情況。例如，使用高密度電法開展勘探作業，技術應用效果如表1所示，根據采集的電阻率數據信息變化趨勢，能夠探測出地下巖溶的具體分布情況。

表1 高密度電法

（3）全球定位技術。根據工程地質和水文地質勘查的需求，采用GIS 技術，能夠有效應對特殊情況下信息無法傳遞的問題，保障勘查結果的準確性，并且實現勘查對象的準確定位。當前使用的全球定位技術，實際應用中定位精度可以達到8~12 m，若條件較好則可以達到1~2 m，能夠達到工程定位的需求，每次定位時間在20 s~1 min。

（4）遙感技術。水利工程建造場地地形復雜，極易引發地質災害風險，給工程地質與水文地質勘查工作的開展帶來挑戰。采用遙感技術，能夠滿足復雜地質條件下的地質勘查需求。基于遙感技術可替代人員實現對建設區內泥石流和滑坡等災害的勘查，保障勘查工作的安全高效開展。除此之外，還可用于巖溶調查，準確分析巖溶特性。采用遙感紅外技術，能夠準確判斷地下水的情況，為水利工程設計提供依據。

2.3 工程測繪技術

（1）壩基工程。組織開展工程地質和水文地質勘查，主要目的是為工程設計和方案編制提供依據與參考。壩基工程測繪與分析，主要是明確壩基巖體情況，若未開展巖體勘查，則難以推進后續的施工作業，甚至給水利工程留下安全隱患。

（2）邊坡工程。從施工作業的角度分析，水利工程邊坡是否穩定，關系到工程作業的安全。組織開展工程地質勘查與測繪，獲得完整的資料與信息，預測邊坡穩定性，合理布置邊坡，防范邊坡失穩造成工程問題，影響建造的效益與安全。根據勘查資料與信息，設計邊坡防護方案，防范邊坡滲漏的發生。綜合分析巖石特性和地質構造等各類因素，采取有效的防范措施，避免出現邊坡滑坡和坍塌風險。

（3）地下工程。水利工程施工內容繁雜，工程地質和水文地質勘查工作的開展，必須要關注地下洞室圍巖的穩定性，根據地質測繪獲得的結果，判斷巖層堅硬度與穩定性，結合分析地下水因素的影響，制定完善的水利工程施工方案，事前做好有效防護，最大限度保障水利工程建造的質量與效益[1]。

（4）軟土基坑。工程地質和水文地質勘查作業中，常需要進行軟土基坑的分析，為基坑防護提供依據與支持。從實踐的角度分析，需采集完整的地質勘查數據信息，編制完善的方案，為工程施工設計優化提供支持[2]。

2.4 工程勘查結果與防護方案

從水利工程的實際情況分析，工程建設的建筑物包括大壩、溢洪道以及發電廠房等。發電廠房所在的位置在大壩右岸下游臺地上，距離壩軸線大約250 m，距大壩下游壩腳20~125 m，發電廠房開挖邊坡為斜向坡，上游側開挖邊坡最大高度約為15.0 m，西北側開挖邊坡最大高度約為35.0 m，由覆蓋層和強風化巖體構成，整體的穩定性很差，變形破壞的形式主要為土體滑坡、坍塌以及崩塌等。

蠕滑變形的原因如下：①第四系殘坡積物和業主營地一帶存在雜填土，使得整體蠕動存在可能性。從廠房后邊坡區域內的情況分析，第四系殘坡積物厚度為0~10.3 m；雜填土厚度為0~6 m，以褐黃色與黃色砂質黏土、黏土夾碎塊石等為主。②因為下伏基巖是砂泥巖，具有較好的隔水性，從坡體下滲的水只能夠沿著巖土接觸面向著坡腳低洼地段排泄。長時間下來，巖土接觸面會成為軟弱結構面，進而增加了滑坡的風險。③邊坡前緣一帶發電廠房邊坡的開挖切腳，揭露軟弱夾層，使得發電廠房后邊坡產生臨空面，加之處在地下水位線周圍，增加了開裂的風險[3]。

結合相關勘察資料分析與計算，廠房邊坡及建筑物（包括廠房與營地建筑以及營地人員）若產生邊坡蠕滑情況，則會威脅廠房的正常運行，甚至威脅營地人員和建筑物的安全。按照《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386—2007）規定，邊坡的級別為 4 級，邊坡對應的抗滑穩定安全系數標準如下：①正常運行工況邊坡抗滑穩定安全系數為1.10~1.15。②非正常運行工況I 邊坡抗滑穩定安全系數為1.05~1.10。巖土物理力學參數如表2 所示。

表2 巖土物理力學參數

根據邊坡穩定性計算結果，邊坡蠕滑體穩定安全系數＜1.05，部分坡體安全系數不足1.00，可以判斷邊坡蠕滑體處于不穩定—欠穩定狀態，因此需要進行防護。結合現場的情況，選擇上壩公路內側設置抗滑樁，保證營地安全。與此同時，對上壩公路外側到軟弱夾層剪出口高程之間的壩體采取削坡減載的措施，通過減少坡體下滑力達到防護；對坡面實施錨桿格構梁防護措施，同時在軟弱夾層進出口高程位置設置第二排抗滑樁。除此之外，對邊坡體上排水溝加以修復，同時設置排水溝與截水溝[4]。

3 工程地質和水文地質勘查的策略

3.1 做好勘查技術的應用控制

（1）合理選擇技術手段。從工程地質與水文地質勘查工作的開展角度分析，必須要做好全面規劃與控制，保障勘查結果的真實性與完整性，為工程設計與管理提供支持。實踐中要圍繞要點做好控制。勘查工作中可選擇的技術方法很多，需結合勘查的內容和要求來選擇，切實保障勘查結果的真實性與準確性，獲得完整的數據信息，保障勘查工作的高質量開展[5]。積極推廣采用地理信息技術手段，基于信息化手段開展地質勘查數據的分析，借助計算機系統自動化繪制平面圖和等值線圖等，并且對勘查數據信息展開細致分析，全面反饋地質勘查結果。不同的勘查技術的“亮點”不同，合理選擇和利用信息化技術，發揮其在穩定性及集成性方面的優勢，重現場景，助力勘查人員更好地了解水利工程地質情況。工程地質和水文地質勘查實踐中，需掌握的內容很多，單純依靠“鉆探”手段難以達到實際需求，還需要利用“空中”技術，如遙感技術和無人機傾斜攝影技術等，結合其他技術手段，滿足應用的需求。優選適宜的技術，編制完善的勘查技術應用方案，指導作業的開展和落實，保障地質勘查工作的高質量推進。

（2）做好技術應用的管理。為保證地質勘查技術的發揮，要采取嚴格的技術管控措施，切實保障勘查結果的準確性。首先，將重點放到對巖石、土壤和建筑物的作用、影響評估上，根據勘查得到的資料，預測潛在的巖土工程危害，掌握潛在的風險及特點，制定有效的防范和應對措施，落實到水利工程管理實踐中。其次，要結合水利工程地基的類型，做好水文地質問題勘查的需求分析，高質量推進工程地質和水文地質勘查工作，為工程設計提供水文地質資料。帶著需求去勘查，保證工程地質和水文地質勘查結果得到有效利用。再次，對地下水的狀態進行全面勘查，包括天然狀態與自然狀態。與此同時，還需要了解人類工程活動可能會給地下水帶來的影響，分析地下水對巖石、土壤等的反作用，明晰地下水的影響和作用，制定科學合理的水利工程施工方案，高效防范施工中的風險。最后，從工程的角度分析問題，結合地下水因素的影響，準確評估地質問題。對軟巖、風化巖及膨脹土等，進行具體分析，評估在此類土地條件上開展建筑施工會面臨的挑戰，同時評估地下水的影響。

3.2 做好勘查隊伍的培訓

組織開展勘查作業前，結合工程地質與水文地質勘查任務的劃分與要求，結合采用的技術與儀器設備等，對參與勘查作業的人員進行培訓，使其掌握工作流程和要點，做好全面嚴格控制，切實保障勘查結果的可利用價值[6]。作為工程地質和水文地質勘查的參與者，必須具備一定的素養，包括勘查技能、責任心及野外生存能力等。根據水利工程項目的要求和具體安排，前往現場進行工程地質和水文地質勘查，按照勘查的規范和流程全面推進各項工作，收集地質資料，為工程風險分析和應對提供依據。一般來說，工程地質和水文地質勘查工作需要做到“人機結合”，工作人員充分利用現代化勘查設備和儀器等，完成探測工作，獲得資料數據。整個操作過程中既要做好勘查質量的控制，也要保護好自身的安全，高效地完成工程地質和水文地質勘查任務。

3.3 充分利用勘查結果

組織開展工程地質和水文地質勘查的目的是發現風險和問題，制定完善的水利工程施工方案，避免發生滑坡或坍塌等事故。這需要做好整個勘查過程的控制，獲得準確且完整的資料數據，從而實現勘查的目的。根據勘查獲得的結果，分析工程施工潛在的風險與隱患，如邊坡風險等，提出防護的措施，保障工程施工安全有序推進[7]。不同地質條件下開展水利工程建設，所面臨的挑戰與風險存在差異，必須堅持具體問題具體分析的原則，充分利用勘查結果，實現安全風險的有效防范。

4 結語

綜上所述，在水利工程中的工程地質和水文地質勘查實踐中，合理采用地質勘查技術與工程測繪技術等，實現建設場地的全面勘查，最大限度采集工程管理所需的數據信息，為工程設計提供支持，促使水利工程完成高質量建設。