基于建筑工程場地水文地質特征的設計分析

蔡吉明

（福建省第八地質大隊，福建 龍巖 364000）

0 引言

不清楚地下水的狀態和變化情況是導致地下水造成危害的主要因素[1]。為了保證建筑工程的施工質量，避免安全事故的發生，需要對工程用地區域進行水文地質勘查，主要分析和評價地下水對巖土層的影響，避免地下水在施工過程中造成負面影響[2]。在對水文地質條件進行調查的過程中，針對不同類型的地下水，應采取對應的勘查方法。本文結合某工程建設項目，對根據建筑工程場地水文地質特征開展的相關設計進行分析。

1 場地工程地質條件

1.1 地形地貌及周邊環境條件

某工程場地位于福建上杭縣東三環路南側，工程總用地面積為35641m2，地下建筑面積為23071m2。

場地地貌屬于丘陵及山麓斜坡堆積地貌，溝谷與坡地相間，其地形主要由東向西傾斜，現狀地形起伏大，需按設計地坪標高進行開挖或回填整平，整平后填方區域分布廣且填方量大。擬建項目分為南北地塊，在建富榮道路（設計路面標高193.5~195.00m）從中部穿過，東側和北側為山坡地，南側為已建小區，西側為農田。經過高挖低填，原始地形已經改變，地面調查沒有發現該地區存在防空洞、墓穴、地下管線結構以及古河道等。

1.2 地質構造及巖土分布

在場地附近有東西向豐圖-大池斷裂帶以及南北向蛟洋-廬豐斷裂帶，地質構造穩定。

通過對該場地進行勘查發現，場地上部主要為素填土，分布范圍廣且厚度較大，普遍厚度10m以上，多為角礫、碎塊組成；場地中部粉質黏土層以粉粒、黏土為主，有機質異味較強，土質較軟、壓縮性強，在場地的原溝谷地段分布；場地下部是白堊系上統沙縣組（K2s）地層，部分地方的塊狀強風化巖層遇水容易崩解。場地典型地質剖面圖如圖1所示。

圖1 場地典型地質剖面圖

2 場地水文地質特征

通過勘查發現場地內的地表水主要以低洼處積水、池塘水為主，沒有發現地表水系和地下水露頭。對地下水位進行勘查可知，穩定水位標高在181.10～183.96m之間。本次研究缺乏對地下水長期測量的資料，通過對附近場地水位變化情況進行觀測后分析認為該場地地下水水位的年變化量大約為2.00m。通過對附近排水設施、環境條件、道路規劃、地表抬升、地質條件發生改變過程對地下水位的觀察和評估，可知該場地歷史最高水位標高為186.00m。

2.1 地下水埋藏及性質

擬建場地大部分地段為高填區，地下水埋藏較深，無法通過干鉆至地下水，未能測到初見水位，根據場地地形地貌及勘探揭露地層情況，場地地下水類型主要為填土層中的包氣帶水、潛水孔隙水及潛水裂隙水。

（1）包氣帶水主要賦存于素填土中，其滲透性受填料性質及密實度影響大，具明顯不均勻性，總體屬弱透水層。其補給來源主要為大氣降水及場地外圍地下水的側向補給，并通過蒸發及地下水側向徑流等方式排泄。

（2）潛水孔隙水主要賦存于粉質黏土，屬弱透水層，富水性較差，透水性弱。其補給來源主要為大氣降水及場地外圍地下水的側向徑流補給，并通過蒸發及地下水側向徑流等方式排泄。

（3）潛水裂隙水主要賦存于基巖風化裂隙中，其滲透性、富水性與基巖的裂隙發育程度及連通性有關，具有明顯的不均勻性和隨機性，滲透性相差不大，總體富水性弱、透水性弱。其補給來源主要為含水層側向補給和上部含水層垂直補給，通過側向徑流等方式排泄。

地下水的補給和排出條件受地形的影響，補給來源主要是來自大氣降水。地下水的逕流方向主要由東往西方向，總體分析得出該場地的溝谷地段容易積水且排泄條件較差。

2.2 巖土體的滲透等級

結合建筑工程的勘查經驗以及附近同類土層的勘探資料，確定該場地的巖土層滲透等級，如表1所示。

表1 各巖土層的滲透等級劃分

3 基于場地水文地質特征的設計分析

3.1 基坑降排水設計分析

擬建建筑物范圍內設地下室1層，設計地坪標高為193.85~195.85m，地下室底板標高為188.80~190.80m，場地正進行高挖低填，按設計標高整平后總體基坑開挖深度在地面下5.50m左右。雖然該工程現狀地下水位低于基坑底面較多，但不排除地下水位在不確定因素影響下出現上升的可能。地下水上升高于基坑底面標高或強降雨流入基坑內形成積水時可采用明排處理，如采取明溝、集水井等降排水措施，需做好基坑四周地表水的截流、排泄、疏通等措施，建立完善的排水系統，防止大量降水造成基坑瞬時積水。基坑降水可能造成周邊建筑物及道路、已有管線地基中的地下水下降，可能使已有建筑物以及道路、管線地基中附加應力增大，造成地基沉降過大，造成已有建筑物及道路、管線產生裂縫等問題。

3.2 抗浮設計分析

現狀場地地下水的穩定水位標高為181.10~183.96m，地下水埋藏較深，低于地下室設計板底標高約6.0m。如果以場地最高歷史水位186m取值進行防水和抗浮設計，建設過程中地下水的排泄路徑和條件會隨著周邊建筑物及道路的施工而改變。受地下水的影響，該工程地下室存在較大的安全風險，可能造成地面隆起和滲水，影響地下室的使用。場地南側位于溝谷與山坡相間地段，地下水埋深低于擬建建筑物設計地坪標高約12m，如果以按設計室內地坪標高下-0.50m取值進行防水和抗浮設計，較高的抗浮水位需要加大基礎結構，增加配重和抗浮錨桿設計，就需投入更多的建設資金。

該工程現狀地下水位雖然低于地下室底板標高，但場地按設計地坪標高整平后將回填較厚的填土層，場地整體地表抬升，周邊道路的建設，整個地表環境將改變，水文地質條件也隨著發生變化。在暴雨期間和極端氣象條件下素填土可能會形成水位較高的上層滯水含水層，由于素填土不均勻和不同部位土料和密實度不均勻，造成素填土的透水性不均勻，局部可能為相對隔水土體，水滲流受阻，可能使填土層中地下水位升高。基坑側壁的回填土料達不到隔水標準及夯實標準時，也可能導致雨季汛期地表水下滲補給形成上層滯水或地下水[1-2]。

因此，結合周邊規劃道路、排水設施設置及場地整平需要回填較厚的土層，場地整體地表抬升，環境條件產生重大變化，場地地質條件將發生改變及地下水位變化等情況，該工程地下室防水設計水位標高和抗浮設計水位標高建議富榮路南側地塊按設計室內地坪標高下-3.50m，北側地塊原始地形地勢較低按高程190m考慮。

抗浮水位高于地下室底板面約0.50~1.50m，因此，應進行抗浮設計，建議采用抗浮錨桿。本項目抗浮水位取值比現狀地下水位高出不少，防水設計水位的提高勢必增大建筑結構的配筋配重和剛度，增加工程造價，但防水設計對地下室的長期安全使用事關重要，建設單位應注意和重視。

4 提升設計水平的措施

4.1 重視水文地質勘查工作

進行水文地質勘查的主要目的就是明確地下水的分布特點，分析和評價地下水對工程的影響，制定合理的施工方案，避免工程實施過程中地下水產生危害。想要確保工程施工的安全性，降低安全事故發生的幾率，必須加強水文地質的勘查工作，才能達到降低地下水對工程施工帶到來的不良影響。因此，在進行工程地質勘查的過程中，需要將水文地質情況作為勘查的重點內容之一。

4.2 規范水文地質勘查流程

在對工程用地進行水文地質勘查的過程中，為了確保水文地質勘查工作的順利實施，需要制定合理的勘查工作流程。工作人員在進行水文地質勘探時，需要根據勘查工作的流程以及相關操作規范進行施工，并依照勘查工作規范要求對相關參數進行測量和選取，確保勘查參數的準確性，提高水文地質勘查結果的準確性與全面性。此外，為了確保工作人員按照工作流程進行勘探，需要加強對勘查工作的監管，提高勘查工作的規范性和準確性，為工程的設計與施工提供更為精準的數據。

4.3 加強勘查新技術的應用

水文地質勘查質量受新技術的影響較大，隨著我國科技水平的不斷提升，精密的測量儀器以及計算機技術已經在水文地質勘探中得到廣泛運用，使得水文地質勘查結果的準確性得到了有效提升。為了確保水文地質勘查結果的準確，可以運用前沿技術，例如：同位素技術、鉆孔透視儀法、地理信息技術等。精密的儀器和高新技術更加適應多變的自然環境，可以突破人工勘查的局限性。

5 結束語

綜上所述，水文地質條件是工程地質勘查過程中非常重要的勘察內容，地下水既是巖土體的重要組成部分，會直接影響巖土體的工程特性，又屬于基礎工程的環境，影響建筑物的穩定性和耐久性。進行場地水文地質勘察時，需要明確地下水的埋藏及性質，分析巖土體的滲透等級，以便開展基坑降排水設計和抗浮設計。要想提高基于場地水文地質特征的設計分析水平，可以采取重視水文地質勘查工作、規范水文地質勘查流程、加強勘查新技術的應用等措施。總之，為了能夠給項目建設提供最為可靠的場地水文地質條件，促使工程項目的施工建設更加安全，提高建設工程的整體效益，必須對水文地質工作給予高度的重視。