淺談濟南泉水保護與工程建設(shè)的關(guān)系

宋恩武

（山東省地礦工程勘察院，山東濟南250014）

淺談濟南泉水保護與工程建設(shè)的關(guān)系

宋恩武*

（山東省地礦工程勘察院，山東濟南250014）

濟南市由于泉水而聞名天下，泉城由于泉水而蓬勃發(fā)展，然而隨著工程建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源緊張的矛盾日益突出，為了有效地利用土地資源，城市地下空間的開發(fā)和高層建筑的發(fā)展迅速，在泉域施工影響到了濟南泉水的存在，結(jié)合工程實例，就建設(shè)發(fā)展與濟南泉水的保護進行論述，以求做到兩者的和諧統(tǒng)一。

濟南泉水；工程建設(shè)；關(guān)系

1　濟南泉水的形成

濟南因泉水眾多而馳名中外，素有“泉城”之稱，有“家家泉水，戶戶垂楊”之景觀。然而，隨著城市規(guī)模擴大，工業(yè)迅速發(fā)展，人口增多，用水量劇增，對地下水的開發(fā)日益加大，使?jié)先啻纬霈F(xiàn)斷流。據(jù)了解，1976年濟南市趵突泉等泉群首次出現(xiàn)停噴，此后經(jīng)常噴停，1999年3月14日至2001年9月17日，趵突泉還曾創(chuàng)下停噴長達926d的紀(jì)錄，趵突泉與黑虎泉復(fù)涌發(fā)生在2003年9月6日，此前停噴500多天。近年來，山東省及濟南市各級政府高度重視泉水保護工作，制定相關(guān)保護規(guī)劃，采取綜合措施，形成了“封井限采、水源置換、綜合節(jié)水、水源涵養(yǎng)、科學(xué)監(jiān)控”綜合保護體系，使?jié)先?003年9月6日恢復(fù)噴涌，并保持了泉群持續(xù)噴涌，再現(xiàn)濟南泉水往日風(fēng)采，濟南“泉城”之美稱再次響徹大江南北，眾人慕名前來觀泉、賞泉，游人如織，使得濟南經(jīng)濟效益和社會效益大大增加。因此，加大保泉力度，保護好泉水，是維護濟南“泉城”品牌的關(guān)鍵，也是每個公民的義務(wù)與責(zé)任。

濟南泉水的形成與地形、地層、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件密切相關(guān)，濟南泉域的地形總體是南高北低，南部山區(qū)除分水嶺地帶為古老變質(zhì)巖外，以北為大面積分布的寒武系石灰?guī)r夾頁巖和奧陶紀(jì)灰?guī)r，總體上地層產(chǎn)狀與地形基本一致，由南向北呈單斜構(gòu)造，至市區(qū)及東西郊山前地帶，奧陶紀(jì)灰?guī)r隱伏于第四紀(jì)地層之下。在市區(qū)的北部輝長巖體大范圍分布于第四系之下，巖體西起玉符河?xùn)|岸的位里莊、東到王舍人莊，巖體呈近東西向的橢圓狀，東西長約30km，在黃河的南岸長約9km，面積268km2。根據(jù)泉域巖溶水系統(tǒng)水動力場分析，大氣降水和地表水入滲補給巖溶水系統(tǒng)后，受地形、巖層產(chǎn)狀、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素控制，在市區(qū)泉域水流總體由南向北運動。在市區(qū)泉城路以北由于地下有大面積的巖漿巖體分布，又受到北西向千佛山斷裂和文化橋斷裂的切割，兩斷裂間地層相對上升，平面上看，普利門以東到文化橋以西灰?guī)r地層向北突出，其巖漿巖在西、北、東三面將由南向北徑流的巖溶水阻擋，在較高的水頭壓力下，巖溶水沿石灰?guī)r裂隙巖溶通道和局部巖漿巖裂隙穿過不厚的松散層或被溶蝕的礫石層涌出地面，形成濟南市區(qū)諸泉（見圖1）。

2　濟南泉水與工程建設(shè)的關(guān)系

隨著我國國民經(jīng)濟和城市建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源緊張的矛盾日益突出，為了有效地利用土地資源，城市地下空間的開發(fā)和高層建筑的發(fā)展迅速。相應(yīng)地，基坑工程向大深度、大面積方向發(fā)展，在濟南市特殊的地下水條件下，工程建設(shè)過程中的基坑工程應(yīng)從基坑開挖深度、場地巖土工程條件、周圍環(huán)境、施工與開挖方法等方面綜合考慮。明確地基方案，如果采用天然地基時，什么基礎(chǔ)形式，持力層位置，不能滿足時建議的基礎(chǔ)形式，如樁基形式，持力層位置。

濟南的特殊水文地質(zhì)條件下，在泉域施工，基坑工程的開挖深度、場地巖土工程條件對工程起著關(guān)鍵的作用，例如在泉域施工的開挖深度為題，如果一個工程在泉域施工，開挖的深度揭露了下伏巖層中的石灰?guī)r，不僅僅破壞了局部泉域的水利條件，并且在施工過程中很可能造成基坑支護工程中的大面積的涌水、基坑坍塌，不僅影響工程的質(zhì)量、進度、效益，還在很大程度上造成安全事故，并且后果不可估量。同時，在濟南區(qū)域工程建設(shè)過程，受相關(guān)政府政策、法規(guī)、制度的約束，建設(shè)一旦影響到泉水，該工程原則是不批復(fù)。從濟南市發(fā)展的角度說，一旦工程建設(shè)影響到了泉水，千古的罪人誰也擔(dān)當(dāng)不起。因此工程建設(shè)中，應(yīng)該注意的問題有：

（1）工程建設(shè)過程中，基坑開挖時須加強對附近泉水的水位監(jiān)測、對附近建筑物、基坑的監(jiān)測，對場區(qū)降水對附近泉水、建筑物、基坑的影響密切觀測。如遇異常，應(yīng)立即采取相關(guān)措施、預(yù)案。

（2）場區(qū)地質(zhì)條件如具有較厚的粘性土隔水層，建議工程建設(shè)時，注意對該層的保護，在未采取工程隔水措施前，嚴(yán)禁破壞粘性土隔水層。

（3）基坑開挖前，應(yīng)對基坑支護相關(guān)方案進行研究，對基坑開挖步驟嚴(yán)格把控，建議采取分層、分步、分段的開挖方式進行開挖和施工。

（4）工程建設(shè)過程中，應(yīng)預(yù)防因破碎帶、閃長巖裂隙帶、石灰?guī)r隆起帶等溝通下部強巖溶水，提前做好施工勘察工作及預(yù)防措施。

（5）基坑開挖和支護問題，勘察應(yīng)對地下水的影響進行評價，可以建議一個降水方案，如條件可以可提供地下水的各種參數(shù)，如滲透系數(shù)等。

圖1　濟南泉水形成的剖面示意圖

3　建設(shè)的工程實例分析

根據(jù)濟南的特殊水文地質(zhì)條件，結(jié)合建設(shè)要求，從以下實例的角度綜合分析濟南泉水與工程建設(shè)的相互關(guān)系。

3.1工程概況

根據(jù)勘察資料，某項目基底標(biāo)高28.39m時，地層為第四系礫巖或粘土，場區(qū)內(nèi)剩余礫巖與粘土總厚度較大。11、C6兩孔附近礫巖被挖除，但兩孔礫巖下伏有較厚的粘土，厚度均大于5.19m；而對于3、4、14、G1鉆孔附近礫巖層下無粘土層分布，但這三孔剩余礫巖厚度均大于4.02m，且下伏殘積土厚度均大于11.50m；C2、C7、G1號鉆孔附近均有兩層礫巖分布，雖然第二層礫巖層下無粘土層分布，但基坑開挖28.39m時C2孔附近為厚度1.84m的第一層礫巖，下伏有3m的粘土；C7孔附近基底下為厚度3.72m的粘土層；場區(qū)粘土下均勻分布5.60～13.40m的殘積土，且除個別孔外，場地殘積土下還分布較厚的輝長巖風(fēng)化層，該層輝長巖風(fēng)化層富水性差，對第四系孔隙裂隙水和奧陶系巖溶水之間起隔水層作用。

另外場區(qū)C2、C4、C8和9號孔中奧陶紀(jì)灰?guī)r頂板稍突起，頂板埋深分別為24.0m、19.0m、25.0m和26.0m，相應(yīng)頂板標(biāo)高為12.55m、17.79m、11.82m和10.55m，而基底標(biāo)高為28.39m，與灰?guī)r頂板標(biāo)高最大的C4號孔仍相差10.60m，所以基坑開挖對碳酸鹽巖裂隙巖溶水產(chǎn)生的影響較小，即工程建設(shè)中的基坑開挖對泉水的影響較小。

根據(jù)鉆探情況，場區(qū)基巖分為兩類，即燕山期輝長巖與奧陶紀(jì)灰?guī)r層。

根據(jù)勘察資料及鉆探情況，燕山期侵入巖自碎石層以下輝長巖殘積層算起，輝長巖頂板埋深20.00～27.00m，頂板標(biāo)高9.17～16.70m，在部分鉆孔如孔號8、9、C4孔缺失。奧陶紀(jì)灰?guī)r頂板埋深19.00～42.00m，頂板標(biāo)高-5.68～17.79m。場區(qū)基巖埋藏情況見表1。

表1　場區(qū)基巖埋藏情況表

3.2地質(zhì)構(gòu)造分析

根據(jù)鉆探驗證，推測擬建場區(qū)中部偏西存在一條北北西向斷層，根據(jù)破碎帶鉆探情況分析，鉆探過程中強風(fēng)化段存在漏水現(xiàn)象，說明斷層帶裂隙發(fā)育。

從場區(qū)斷層帶抽水試驗情況分析，該處水質(zhì)礦化度（9號孔）大于附近區(qū)域巖溶水礦化度，說明場區(qū)內(nèi)斷層帶導(dǎo)水性能一般。從場區(qū)斷層帶內(nèi)水質(zhì)與趵突泉水質(zhì)比較，場區(qū)斷層帶礦化度明顯大于趵突泉礦化度，說明即使場區(qū)斷層通過北側(cè)趵突泉，在閃長巖強風(fēng)化以上地段，斷層帶橫向徑流極慢，從我院附近泉域相關(guān)失蹤試驗分析，場區(qū)及附近區(qū)域，巖溶水以垂向徑流為主，認為場區(qū)工程建設(shè)對趵突泉影響較小。

從抽水試驗情況分析，第四系含水層較厚，水量一般，30m深度以內(nèi)破碎帶溝通下部巖溶水的能力一般。該斷層分布于主樓范圍之內(nèi)，對場區(qū)工程建設(shè)影響不大。

3.3論證區(qū)輝長巖的厚度變化及隔水性能分析

論證區(qū)第四紀(jì)地層覆蓋于輝長巖之上，輝長巖厚度一般為2～17m，平均厚度6.85m。場區(qū)10號孔抽水試驗降深5.90m，滲透系數(shù)0.28m/d，涌水量6.30m3/d，且從本場區(qū)3號、7號分層抽水試驗分析，試驗孔采用出水量4m3/h深井泵抽水，抽水2～5min吊泵。說明場區(qū)輝長巖裂隙水富水性差，具有一定的隔水性。

根據(jù)趵突泉北門抽水試驗資料，裂隙巖溶水水位明顯高于輝長巖風(fēng)化裂隙水水位，從抽水試驗情況看，試驗孔采用出水量3m3/h自吸泵抽水，抽水8min，水位降深6.18m吊泵。從抽水試驗結(jié)果分析，輝長巖具有一定隔水性能，若隔水性能差，抽水水量必定較大。

根據(jù)貴和保泉論證、地鐵保泉結(jié)合場區(qū)抽水試驗資料，輝長巖裂隙孔一抽就干，富水性差，滲透性低，具有一定的隔水性質(zhì)。從以上分析：輝長巖體具有一定隔水作用。

4　含水層水力聯(lián)系及流暢分析

4.1各含水層水力聯(lián)系分析

4.1.1裂隙水與巖溶水水力聯(lián)系

從地層結(jié)構(gòu)分析，論證區(qū)裂隙水與巖溶水之間除8、9、C4鉆孔外，均有較穩(wěn)定的輝長巖阻隔，輝長巖富水性差，具有一定的隔水作用，裂隙水與巖溶水產(chǎn)生水力聯(lián)系的可能性?。煌ㄟ^水質(zhì)對比分析，總體上裂隙水中各種離子含量及礦化度與巖溶水有一定的差異；說明裂隙水與巖溶水分屬不同的水化學(xué)場、分屬不同的含水系統(tǒng)，說明裂隙水與巖溶水水力聯(lián)系較弱。

從井組1抽水試驗可知，11號鉆孔揭露泥灰?guī)r厚度為17.50m，水量4.96m3/d，說明鉆孔揭露深度之內(nèi)灰?guī)r裂隙、巖溶不甚發(fā)育且與下部石灰?guī)r裂隙發(fā)育帶聯(lián)系較弱。

4.1.2孔隙水與裂隙水水力聯(lián)系

從地層結(jié)構(gòu)得知，場區(qū)范圍內(nèi)第四系孔隙水與輝長巖風(fēng)化裂隙水之間除個別孔外，其它均有粘土層阻隔。從場區(qū)3組抽水試驗情況分析，第四系富水性差，粘土層隔水性好，第四系下伏的輝長巖風(fēng)化層也具有一定的隔水作用，且輝長巖裂隙不發(fā)育，富水性差?？紫端c裂隙水水力聯(lián)系不密切。

4.1.3孔隙水與巖溶水水力聯(lián)系

從地層結(jié)構(gòu)分析，論證區(qū)第四系粘土富水性差，第四系孔隙水與奧陶系巖溶水之間有粘土或輝長巖風(fēng)化層阻隔，兩者之間水力聯(lián)系不明顯。

且根據(jù)場區(qū)抽水試驗成果以及場區(qū)附近相關(guān)保泉論證結(jié)論，綜合認為場區(qū)范圍內(nèi)，第四系孔隙水和奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶水為2個不同含水系統(tǒng)，兩者之間水力聯(lián)系不明顯。

4.2地下水流向

孔隙水及裂隙水：場區(qū)孔隙水及裂隙水水位呈現(xiàn)東南高西北低的趨勢，說明場區(qū)第四系孔隙水及輝長巖風(fēng)化裂隙水流向自場區(qū)東南側(cè)流向西北側(cè)。

裂隙巖溶水：根據(jù)泉水的形成及總體徑流，擬建場區(qū)屬于徑流區(qū)，對巖溶水的補給影響小，工程建設(shè)位于巖溶水含水層之上，且有較厚的滲透性較低的輝長巖風(fēng)化層阻隔，工程建設(shè)不影響巖溶水的徑流與排泄。

5　擬建建筑基礎(chǔ)深度分析

擬建工程基底標(biāo)高為28.39m。根據(jù)工程地質(zhì)勘察

報告，場區(qū)開挖至28.39m時，以下為粘土層和較厚（最薄處2m）的輝長巖風(fēng)化層，除個別鉆孔位置（3、4、14、G1號鉆孔處）無粘土層外，粘土層平均厚度3.30m，施工過程中應(yīng)對個別鉆孔位置進行適當(dāng)抬高基底標(biāo)高和加固處理，基底預(yù)留厚度0.50～1.00m粘土層或采取工程措施進行止水，認為此時在較厚的粘土的作用下，工程建設(shè)對下部含水層影響較小；工程建設(shè)過程中的基坑降水可能會對附近泉水造成暫時影響，建議采取工程措施進行止水、防水處理，此時工程建設(shè)對泉水影響小。另外，該工程施工過程中，保留基底以下一定厚度的輝長巖中風(fēng)化層。

論證區(qū)位于“趵突泉泉群”主徑流帶與“黑虎泉泉群”主徑流帶之間，2大主徑流帶之間分布較厚的輝長巖巖體分布。場區(qū)粘土層或輝長巖風(fēng)化層下伏奧陶紀(jì)灰?guī)r埋深19.0～42.0m，奧陶系頂板距離基礎(chǔ)底板剩余殘積土或輝長巖風(fēng)化層厚度大于10m，輝長巖風(fēng)化層能起到有效隔水性。場區(qū)開挖深度范圍之內(nèi)，主要含水層為第四系孔隙水及輝長巖風(fēng)化裂隙水，一般不涉及巖溶水含水層。因此基坑開挖至標(biāo)高28.39m時對附近泉水影響小。在設(shè)計標(biāo)高范圍內(nèi)可以開挖基坑進行施工。

6　結(jié)束語

綜合濟南泉城的特殊水文地質(zhì)條件、經(jīng)濟條件、人文條件、社會條件以及發(fā)展的需要，對于工程建設(shè)和發(fā)展的相形宜章的工作，對于工程建設(shè)在泉水保護的層面來說提出了如下的要求和建議：

（1）工程建設(shè)過程中，基坑開挖時須加強對附近泉水的水位監(jiān)測、對附近建筑物、基坑的監(jiān)測，場區(qū)降水時應(yīng)對附近泉水、建筑物、基坑的影響密切觀測。如遇異常，應(yīng)立即采取相關(guān)措施、工程預(yù)案，并向名泉辦匯報。

（2）基坑開挖前，應(yīng)對基坑支護及降水方案進行研究，對基坑開挖步驟嚴(yán)格把控，建議采取分層、分步、分段的開挖方式進行開挖和施工，基坑降水不宜過分抽取地下水，控制抽水孔深度，井深不應(yīng)穿越巖溶水含水層。

（3）工程建設(shè)過程中，應(yīng)預(yù)防因破碎帶、輝長巖裂隙帶、石灰?guī)r隆起帶等溝通下部強巖溶水，提前做好施工勘察工作及預(yù)防措施。

通過該項工作的開展，必將為泉城的建設(shè)起到保駕護航的真實作用，創(chuàng)造和諧發(fā)展的建設(shè)環(huán)境。

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1004-5716（2016）04-0166-04

2015-04-21

2015-04-24

宋恩武（1972-），男（漢族），河北唐山人，高級工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。