綜述水文地質(zhì)巖土工程勘察設(shè)計及施工

田承威 王利

摘 要：本文主要淺析本人在日常工作在對工程地質(zhì)勘察和水文地質(zhì)工作現(xiàn)狀對在勘察中需要注意的水文地質(zhì)問題進(jìn)行簡單的闡述。

關(guān)鍵詞：巖土工程；勘察與設(shè)計；水文地質(zhì)

0引言

水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者關(guān)系極為密切 ，互相聯(lián)系和互相作用，地下水既是巖土體的組成部分 ，直接影響巖土體工程特性 ，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性 。 在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題 ，評價地下水對巖土 體和建筑物的作用及其影響 ，更要提出預(yù)防及治理措施的建 議 ，為設(shè)計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料 ，以消除或減少地下水對巖土工程的危害。 下面就某地區(qū)工程地質(zhì)勘察和水文地 質(zhì)工作現(xiàn)狀 ，對在勘察中需要注意的水文地質(zhì)問題進(jìn)行簡單的介紹。

1工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評價內(nèi)容

在以往的工程勘察報告中，由于缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計和施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害，在某地區(qū)已發(fā)生多起因地下水造成基礎(chǔ)下沉和建筑物開裂的質(zhì)量事故，總結(jié)以往的經(jīng)驗和教訓(xùn)，在以后的工程勘察中，對水文地質(zhì)問題的評價，主要應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

1） 應(yīng)重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響，預(yù)測可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出防治措施。

2） 工程勘察中還應(yīng)密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型的需要，查明有關(guān)水文地質(zhì)問題，提供選型所需的水文地質(zhì)資料。

3） 不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件下的影響，更重要的是分析預(yù)測在人為工程活動中地下水的變化情況，及對巖土體和建筑物的反作用。4） 應(yīng)從工程角度，按地下水對工程的作用與影響，提出不同條件下應(yīng)當(dāng)著重評價的地質(zhì)問題，如：a.對埋藏在地下水位以下的建筑物基礎(chǔ)中水對混凝土及混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕性。b.對選用軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎(chǔ)持力層的的建筑場地，應(yīng)著重評價地下水活動對上述巖土體可能產(chǎn)生的軟化、崩解、脹縮等作用。

c.在地基基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細(xì)砂、粉土?xí)r，應(yīng)預(yù)測產(chǎn)生液化潛蝕、流砂、管涌的可能性。d.當(dāng)基礎(chǔ)下部存在承壓含水層，應(yīng)對基坑開挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性進(jìn)行計算和評價。e.在地下水位以下開挖基坑，應(yīng)進(jìn)行滲透性和富水性試驗，并評價由于人工降水引起土體沉降、邊坡失穩(wěn)進(jìn)而影響周圍建筑物穩(wěn)定性的可能性。

2 水文地質(zhì)勘察設(shè)計

2.1 勘察目標(biāo)與任務(wù)

水文地質(zhì)勘察的目標(biāo)就是為了查明地下水的形成、分布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上做出對地下水情況的評價，評價內(nèi)容包括水量與水質(zhì)，不同的工程建設(shè)所要解決的水文地質(zhì)問題各不相同，因此對工程勘察工作要求具有 明確的目的性。

2.2 設(shè)計與任務(wù)

根據(jù)一般的工程地質(zhì)勘察工作，一般可劃分為勘察規(guī)劃、可行陛研究、初步設(shè)計和技術(shù)實施設(shè)計四個階段，現(xiàn)重點介紹初步謝十階段和技施設(shè){柏奎個重要階段，簡單介紹規(guī)劃勘察與可行新研究勘察兩階段：（1）規(guī)劃勘察的整體目標(biāo)是為工程選點提供初步的工程地質(zhì)資料。該階段的主要任務(wù)是搜集整合區(qū)域水文地質(zhì)資料，對于水利水電工程的規(guī)劃勘察內(nèi)容包括：合流、河段與地質(zhì)構(gòu)造、地層巖土以及地震等?？尚行匝芯渴窃谝?guī)劃選定方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行勘察工作 ，其 目的是為建筑工程設(shè)置施工方案進(jìn)行地質(zhì)論證 ，對于該階段的主要任務(wù)是對該區(qū)域的構(gòu)造穩(wěn)定『生進(jìn)行精確確認(rèn) ，并作出評價。（2）設(shè)計勘察。該階段的主要任務(wù)是查明水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)問題以及預(yù)測蓄水后的情況變化。對地下水實行動態(tài)監(jiān)測和巖土體位移監(jiān)測 ，需要提出地質(zhì)工程問題一級處理建議；引水隧洞工程地質(zhì)條件分段特征 ，圍巖工程地質(zhì)分類等問題做出評價和建議。

3水文地質(zhì)測繪

水文地質(zhì)測繪工作是水文地質(zhì)勘察工作 的基礎(chǔ)部分 ，是工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘察中的重要手段之一。測繪工作的流程包括：準(zhǔn)備、野外作業(yè)、內(nèi)業(yè)整編。測繪結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)形式主要包括：提出相應(yīng)的地質(zhì)圖、地貌圖、綜合水文地質(zhì)圖、刨面圖以及水文、氣象圖表和文字報告。水文地質(zhì)測繪必須注意精度的選取，應(yīng)該根據(jù)比例尺的精度要求確定單位面積內(nèi)的觀測點以及觀、鋇4線路的長度等，比如對于 1：50000 的測繪比例精度下，對于預(yù)松散巖層地區(qū)選擇地質(zhì)觀測點歌說為0.3.-0.6個每平方千米，對于基巖地區(qū)應(yīng)設(shè)置 0.75 2.0 個每平方千米；對于水文地質(zhì)觀測點個數(shù)一般為 0.2-43.6 個 ，選擇的觀測線路長度應(yīng)為 1.0～2.0kin每平方千米。對于同時進(jìn)行地質(zhì)和水文地質(zhì)的觀測時應(yīng)相應(yīng)擴(kuò)大觀測點數(shù)量。

4 勘察施工要點

4.1 物探工作

根據(jù)巖層具有不同的物理性質(zhì)，常用電法勘探和彈性波勘探兩種方法測定地下深處地質(zhì)層物理參數(shù)，了解深處地質(zhì)體的情況。其中，彈性波勘探包括地震勘探、聲波和超聲波勘探等，可以探測大范圍內(nèi)覆蓋層厚度和基巖狀況，探查含水層，追蹤古河道位置，查詢斷層碎帶，測定風(fēng)化層厚度以及巖土的彈f生參數(shù)等。

4.2鉆探工作

通過在人力、物力的帶動下旋轉(zhuǎn)切割或沖擊鑿碎巖石，形成直徑比較小的深度比較大的鉆孔。通過去除的巖芯可以直觀的確定巖層性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體風(fēng)化等特征。根據(jù)從鉆孔中去除的巖樣和水樣，設(shè)計相關(guān)試驗，比如工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及灌漿試驗、長期觀測工作以及地應(yīng)力測量等。相對于物探工作而言，鉆探勘探精度比較高，勘探深度大、受地下水限制、鉆進(jìn)速度快，是在水文地質(zhì)條件下，巖土工程勘察的常用手段。 坑探工作雖然受到限制，而且成本 比較高，但是其具有工具簡單 ，技術(shù)要求不高，揭露的面積比較大，勘探員可以直接觀察到地質(zhì)現(xiàn)象—.2 96 ——等諸多優(yōu)點 ，因此也是勘探中常用手段。

5 重視野外試驗

該項工作是水文地質(zhì)勘探中經(jīng)常進(jìn)行且十分重要的勘察方法。是獲得工程地質(zhì)水文地質(zhì)問題定量評價、工程設(shè)計、施工和認(rèn)識水文地質(zhì)條件，評價地下水資源所需參數(shù)的主要手段。具體野外水文試驗主要包括抽水試驗、滲水試驗、巖溶連通試驗、鉆孔壓水試驗、回灌試驗、地下水流向以及流速測定試驗等。除此之外，還包括對巖土的野外試驗，主要內(nèi)容包括巖土大型剪力試驗、巖土力學(xué)性質(zhì)、載荷試驗、觸探與巖體彈性模型測定等。在實際工程建設(shè)中，還應(yīng)加 ^ 對低級處理試驗 ，主要包括裝機(jī)承載力試驗和灌漿試驗等。

5.1 鉆孔壓水試驗

鉆孔壓水試驗評價巖層的完整f生和滲水程度具有重要意義。根據(jù)壓水水頭、試段長度以及深入水量，能夠確定裂隙巖石的滲透性能。通過該試驗，還可以定性的了解地下不同深度處巖層的裂隙發(fā)育的相對程度以及相對透水性，為論證水利建筑物地基與庫區(qū)巖層的透水情況 、制定防滲處理辦法提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)資料。

5.2 巖土力學(xué)性質(zhì)試驗

巖土力學(xué)性質(zhì)試驗是水文地質(zhì)巖土工程勘察的重要勘察目標(biāo)，因此必須重視巖土的力學(xué)性質(zhì)。具體包括抗壓試驗、載荷試驗、變形性試驗、抗剪應(yīng)力試驗等內(nèi)容，具體內(nèi)容如下：（1）巖體抗壓試驗。將延時時間加壓至破壞，測出巖石抗壓強(qiáng)度。（2）巖體抗剪應(yīng)力試驗。該實驗包括對巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度試驗，巖體本身抗剪力試驗和混凝土與巖體膠結(jié)面抗剪力試驗。通過相互垂直的兩個方向的作用力，繪制不同方向剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系曲線，確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)。5-3 土體載荷試驗土體載荷試驗是一種現(xiàn)場模擬試驗。該實驗用來測量和確定地基土體容許承載力、研究地基土體變形范圍以及應(yīng)力分布狀況、測定地基土體變形模量和地基土體容許承載力強(qiáng)度等。土體載荷試驗對于在地質(zhì)比較軟弱和不均勻的地基工程地質(zhì)勘探 中應(yīng)用極為廣泛，特別是對于大型的工業(yè)、民用建筑建設(shè)勘探中應(yīng)用較多，對獲得評價地基穩(wěn)定性結(jié)論具有重要意義。

6 需要注意的問題

對于水文地質(zhì)巖土勘察應(yīng)當(dāng)重視對巖土水理f生質(zhì)的實驗和研究，重視地下水可能引起的巖土工程危害。巖土水理洼質(zhì)可以通過改變巖土強(qiáng)度 ，時期變形，進(jìn)而影響建筑物穩(wěn)定I生。根據(jù)地下水的賦存形式 ，比如毛細(xì)管水、結(jié)合水、重力水三種形式的分析和測定，對地下水升降變化進(jìn)行長期觀測等，對巖土的透水眭、崩解性、給水性、軟化性和脹縮性進(jìn)行全面的分析，并作出評價和給出明確的解決辦法。

7全面了解地下水引起的巖土工程危害

地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。

7.1 地下水升降變化引起的巖土工程危害

地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當(dāng)?shù)叵滤坏淖兓_(dá)到一定程度時，都會對巖土工程造成危害，地下水位變化引起危害又可分為3 種方式：

1） 水位上升引起的巖土工程危害。潛水位上升的原因是多種多樣的，其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀；水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響，有時往往是幾種因素的綜合結(jié)果。由于潛水面上升對巖土工程可能造成：a.土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強(qiáng)。b.斜坡、河岸等巖土體巖產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。c.一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低、軟化。d.引起粉細(xì)砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。e.地下洞室充水淹沒，基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。2） 地下水位下降引起的巖土工程危害。地下水位的降低多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降，常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。3） 地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害。地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，當(dāng)?shù)叵滤殿l繁時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復(fù)，而且會導(dǎo)致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進(jìn)而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內(nèi)由于地下水的積極交替，會將土層中的膠結(jié)物—————鐵、鋁成分淋失，土層失去膠結(jié)物將造成土質(zhì)變松、含水量孔隙比增大，壓縮模量、承載力降低，給巖土工程基礎(chǔ)選擇、處理帶來較大的麻煩。

7.2 地下水動壓力作用引起巖土工程危害

地下水在天然狀態(tài)下動水壓力作用比較微弱，一般不會造成什么危害，但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件，在移動的動水壓力作用下，往往會引起一些嚴(yán)重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。

8結(jié)束語

水文地質(zhì)條件下的巖土工程由于要改變地下水天然的動力平衡條件，將會造成嚴(yán)重巖土工程危害，常見的危害如基坑、慣用和流砂等，因此一方面要加強(qiáng)前期的各項地質(zhì)、水文地質(zhì)的勘察和試驗，另一方面，隨著工程的進(jìn)展，還要根據(jù)進(jìn)度，進(jìn)行長期觀測，長期觀測部分是對前期勘探復(fù)驗的重要一步，便于設(shè)計和施工的調(diào)整，對避免重大工程事故具有重要意 義。