水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析

李文碧

(山西省運(yùn)城市水利勘察院,山西 晉城 044000)

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水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析

李文碧

(山西省運(yùn)城市水利勘察院,山西 晉城 044000)

水利工程是人類利用大自然，改造大自然的一種方式，是造福民生的好事，人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和和與社會(huì)進(jìn)步和水利工程建設(shè)的質(zhì)量息息相關(guān)，對(duì)水利工程中的地質(zhì)進(jìn)行勘測(cè)需要對(duì)工程施工位置和位置附近的地理環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)的研究和分析。水利地質(zhì)勘測(cè)人員要對(duì)得到的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析整理，拿出一套最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和施工方案，對(duì)施工地的巖土體進(jìn)行有效評(píng)估處理，有利于提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，避免安全事故的發(fā)生。文章對(duì)水利工程中地質(zhì)勘察的重要性進(jìn)行了分析與研究，并針對(duì)地質(zhì)勘察存在問題的基礎(chǔ)上提出巖土治理的具體措施。

水利工程；地質(zhì)勘察；巖土治理；水文地質(zhì)

0 前 言

我國(guó)雖然近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，工業(yè)與服務(wù)業(yè)比例不斷提高，農(nóng)業(yè)比例相對(duì)下降，但我國(guó)畢竟是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍然會(huì)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)方面，農(nóng)業(yè)的巨大的地位依然不容忽視。我國(guó)農(nóng)業(yè)水利設(shè)施不斷完善，各種水利工程建設(shè)為農(nóng)業(yè)抗洪抗旱做出了巨大貢獻(xiàn)，使我國(guó)的糧食產(chǎn)量不斷增加，溫飽問題已經(jīng)不再是困擾我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)大問題。南水北調(diào)工程、三峽水利工程的建設(shè)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展帶來了有目共睹的成效。

為了保障水利工程安全有效的建設(shè)，需要在建設(shè)前對(duì)地質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的勘察，分析建設(shè)地地質(zhì)類型和施工的可能性，對(duì)巖土構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與治理，盡可能的保證地基的穩(wěn)固性以及整個(gè)水利工程的整體質(zhì)量。

地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)是一個(gè)不容忽視的問題，巖土層還包含著豐富的地下水資源，這些地下水會(huì)對(duì)巖土層的穩(wěn)定性造成很大的影響，會(huì)對(duì)整個(gè)工程施工環(huán)境有著巨大的影響，決定水利工程建成后使用的穩(wěn)定性、安全性和長(zhǎng)久性。因此，在水利工程的地質(zhì)勘察中，對(duì)地下水特征的研究和分析是重點(diǎn)，預(yù)計(jì)可能存在的巖土問題，提出解決方案，保障施工安全高效的進(jìn)行[1-3]。

1 我國(guó)水利工程建設(shè)的現(xiàn)狀

水利工程的發(fā)展具有悠久的歷史，早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有了李冰采用無壩引水修建的都江堰水利工程，這一水利工程是我國(guó)科技史上的一座豐碑，被譽(yù)為世界奇觀。我國(guó)水利工程發(fā)展至今，不再是單一的解決農(nóng)田灌溉或者水路運(yùn)輸問題，而是灌溉、運(yùn)輸、發(fā)電、蓄水等防洪抗旱多種功能相結(jié)合的發(fā)展模式，這種模式即解決了水資源分布不均的問題，還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，帶動(dòng)工業(yè)企業(yè)向清潔健康的方向發(fā)展。

水資源的分布在我國(guó)具有明顯的地區(qū)差異及季節(jié)性差異。南水北調(diào)工程，將南方的水資源引用至北方，緩解北方水資源不足的問題；我國(guó)大部分地區(qū)是季風(fēng)氣候類型，降雨具有明顯的季節(jié)特征，季風(fēng)氣候的顯著特點(diǎn)是雨季集中在夏季，暴雨還會(huì)導(dǎo)致洪澇、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害，而冬季干燥少雨，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)水資源短缺的問題，為了緩解這一矛盾，可將雨季充沛的水資源儲(chǔ)存起來，緩解冬季水資源的匱乏。

水利工程的建設(shè)是將人的力量作用于大自然，改變大自然原始狀態(tài)的不足，要以尊重自然為前提，切不可盲目建設(shè)，破壞自然生態(tài)環(huán)境，不僅沒有達(dá)到預(yù)期建設(shè)的目的，還造成資源浪費(fèi)[4-6]?，F(xiàn)代社會(huì)，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)水利工程建設(shè)的要求也越來越高，特別是工程建設(shè)的地質(zhì)勘察階段，要謹(jǐn)慎分析建設(shè)地巖土、水文等各種外在條件，才能制定出一條完善的工程建設(shè)計(jì)劃方針。

2 加強(qiáng)地質(zhì)勘察中對(duì)巖土的認(rèn)識(shí)

巖土是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，對(duì)巖土性質(zhì)進(jìn)行深刻的了解，能確定施工的可行性。巖土有比較一致的分類，但是對(duì)巖土的工程地質(zhì)還不能進(jìn)行準(zhǔn)確的分類，地質(zhì)分類細(xì)節(jié)應(yīng)該和地質(zhì)勘察階段適應(yīng)，一般在水里工程的計(jì)劃階段要與的構(gòu)成原因來劃分，而在水利工程的初設(shè)和技施階段就需要根據(jù)土層的物理力學(xué)來區(qū)分。如圖1所示。

比較松軟的土層，軟硬相間的土層和破碎的巖土都會(huì)影響地基的穩(wěn)固，在這類巖土體上進(jìn)行工程建設(shè)，會(huì)出現(xiàn)滑坡、坍塌等問題。因此，地質(zhì)勘察中要特別注意巖土的特性，了解它們的分布情況、厚度變化，才能獲得精準(zhǔn)的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。松散巖土的力學(xué)指標(biāo)表見表1。

圖1 水利工程細(xì)粒土劃分

力學(xué)指標(biāo)沖積砂礫卵石洪積礫卵石土坡殘積碎石土冰水堆積砂卵礫石粉砂土、碎石角礫土冰碳淤泥質(zhì)亞黏土、黏土潮濕或飽水干燥飽水干燥飽水干燥飽水允許承載力/kg·cm-32～253～42～254～53～352～2510內(nèi)摩擦角?28°～33°20°～25°28°20°～23°20°～22°5°～10°抗剪強(qiáng)度c02～0401～1019705～1035～04602～04

水利工程地質(zhì)勘察中，巖土是一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)巖土構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確的研究和把握，能有效的處理好水利工程中的對(duì)巖土整治問題。不同類型的巖土性質(zhì)不一樣，例如破碎的巖土，就是由土層成分的粗細(xì)程度和風(fēng)蝕程度以及支撐作用、填充體的組成因子、屬性、密度這些地方來進(jìn)行區(qū)分，對(duì)于砂類土，就需要從色澤和組成因子的外觀、礦物成分、濕度、密度等方面進(jìn)行劃分。

必要時(shí)可對(duì)巖心進(jìn)行素描，有利于直觀的了解水利工程建設(shè)地巖土分布及構(gòu)成情況。進(jìn)行巖心的描繪，主要對(duì)巖心的采取率、獲取率和巖石的品質(zhì)指標(biāo)有關(guān)聯(lián)。

采取率，主要是要取的巖心的總體長(zhǎng)短和這次進(jìn)尺的百分比，總長(zhǎng)短主要包含比較完好的巖心與破裂的物體；通常巖芯采取率要在80%以上，軟硬相間的土層就必須在65%以上，都不能算入沒有形狀破碎體；巖石的品質(zhì)指標(biāo)，是獲取的巖心里面，>10cm的柱狀巖心，長(zhǎng)短和這次進(jìn)尺的百分比，是對(duì)巖體進(jìn)行區(qū)分以及評(píng)定地下洞室圍巖質(zhì)量的3項(xiàng)指標(biāo)，能準(zhǔn)備反映巖石的堅(jiān)硬程度和整體性，如果巖石的堅(jiān)硬度和整體性較高，那么相應(yīng)的數(shù)值就大，反之，就小[7-9]。

3 巖土在水利地質(zhì)勘察中的重要影響作用

對(duì)水利工程進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)時(shí)，巖土對(duì)巖土層的地下水位和地質(zhì)勘測(cè)有很大的影響。地下水有可能隨著季節(jié)變化，其流量、水溫、水位也會(huì)發(fā)生較大改變，這些隱急劇增加，人們對(duì)水的需求量也在不斷上升，加強(qiáng)水利工程建設(shè)，有利于合理分配水資源，使水資源得以高效利用。一些人為的因素，對(duì)地下水位造成很大的變化，完全超過了自然界對(duì)水位的影響，對(duì)水利工程的穩(wěn)定性和巖土整治帶來了難題。由于水資源枯竭，水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，不得不過分開采地下水，使得潛水位下降，誘發(fā)地陷、地裂等問題，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的困擾[10]。而潛水位升高也不利于建筑物的穩(wěn)定，降雨、氣溫、施工都會(huì)造成地下水位上升，使得巖土的土壤變得泥濘，鹽漬化，從而對(duì)土層上的建筑造成較大的破壞。然而地下水位的不斷變化會(huì)進(jìn)一步加劇膨脹性化土層的變化，進(jìn)而使得工程變形，破壞建筑物。

在水利工程建設(shè)中，準(zhǔn)確的記錄地下水的變化情況，有利于巖土變化有進(jìn)一步的了解和把握，并制定一些解決方案。如圖2所示。

圖2 地質(zhì)勘察中水位值參考樣本

全面詳細(xì)的分析水文地質(zhì)尤為重要，能準(zhǔn)確評(píng)估水文地質(zhì)對(duì)巖土體的影響程度，若忽略了對(duì)水文地質(zhì)的分析研究，對(duì)施工中出現(xiàn)的問題不能及時(shí)應(yīng)對(duì)，會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度緩慢，造成巨大的損失，甚至放棄進(jìn)行到一半的水利工程建設(shè)，一般水利工程建設(shè)投入的人力物力和資金都比較大，若工程項(xiàng)目失敗，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前水利工程的勘察文件中，沒有從設(shè)計(jì)要求以及施工需求這兩方面來對(duì)地下水對(duì)水利工程的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，在今后對(duì)水利工程的地質(zhì)情況進(jìn)行勘測(cè)時(shí)應(yīng)該改重視水文的影響。一開始就要弄清地下水、巖土體、建筑物三者之間的內(nèi)在關(guān)系，分析3者之間的影響面及影響程度，并結(jié)合水利工程建設(shè)的需要，合理制定施工方案。

4 水利工程中地質(zhì)勘察和巖土治理問題

水利工程建設(shè)是一項(xiàng)非常困難，有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜工程，因此，水利工程建設(shè)前，進(jìn)行地質(zhì)勘察和巖土勘察，可以很好的克服在施工中遇到的一些困難，讓工程施工與生態(tài)環(huán)境和平共處。

本文探討的主要是我國(guó)三峽大壩的地質(zhì)勘查與巖土治理問題，由于其所處地形比較復(fù)雜，是土質(zhì)多樣的四川地區(qū)，所以，在具體的操作中就要解決面臨的多種困難，以通過合理運(yùn)用新技術(shù)、新手段、新材料等的方式，有效地避免混凝土出現(xiàn)開裂、強(qiáng)度不夠等問題，最終達(dá)到提高三峽大壩工程施工質(zhì)量的目的。

因此，在進(jìn)行水利地質(zhì)勘查中，應(yīng)注意對(duì)巖土問題的治理。

1)合理的評(píng)價(jià)水文地質(zhì)，對(duì)地下水進(jìn)行深入的了解，對(duì)地下水對(duì)水利工程的影響進(jìn)行分析，制定出比較合理可行的解決辦法。

例如：在進(jìn)行一些地基不夠良好的水利工程地質(zhì)看作問題時(shí)，需要注重地基穩(wěn)定性的不斷提高，并增強(qiáng)地基的整體承載力，才能避免各種設(shè)計(jì)方面的漏洞出現(xiàn)。與此同時(shí)，注重相關(guān)水文地質(zhì)資料的完善，加強(qiáng)水利工程周邊建筑物的評(píng)價(jià)，并對(duì)各種巖土體可能引起的問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，才能在正確進(jìn)行地下水滲透性試驗(yàn)、富水性試驗(yàn)等的基礎(chǔ)上，避免水利工程出現(xiàn)沉降問題，最終達(dá)到提高水利工程整體穩(wěn)定性的目的。

2)對(duì)巖土的水理性質(zhì)有比較全面的了解，并掌握其相關(guān)物理性質(zhì)，對(duì)于了解地下水對(duì)巖土層的影響作用有很大幫助。因?yàn)閹r土的地下水會(huì)導(dǎo)致巖土形狀發(fā)生變化，并降低其強(qiáng)度，所以要進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)地基構(gòu)造的了解程度，基于地基類型，查明水文對(duì)地質(zhì)的影響，并結(jié)合相關(guān)部分提供所需資料進(jìn)行分析，才能真正確定巖土的水理的膨脹性、軟化性、透水性和崩解性等。另外，相關(guān)地址勘察人員還要對(duì)巖土的耐風(fēng)化能力、耐水浸能力進(jìn)行可靠性分析，并掌握水利工程中巖土的可塑性、持水性等，才能更準(zhǔn)確的確定它的溶水性，最終大大提高整個(gè)水利工程施工質(zhì)量的目的，如下圖，水利工程建設(shè)過程中承受的內(nèi)外動(dòng)力耦合模型。

3)要想對(duì)巖土進(jìn)行整治首先就要進(jìn)行仔細(xì)的水文勘測(cè)，而進(jìn)行水文勘察的關(guān)鍵是對(duì)巖土的測(cè)試，對(duì)于提高施工人員對(duì)巖石和土的認(rèn)知有著極大作用。

一般情況下，在水利工程中進(jìn)行巖土測(cè)試有以下兩種辦法，第一種是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，第二種辦法是進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試，對(duì)于了解巖土的黏性、飽和度等有著直接作用。

同時(shí)，合理運(yùn)用上述兩種方法，還能深入了解到巖土的強(qiáng)度、壓縮性、密實(shí)度等，如利用圓錐的動(dòng)力來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，可以通過分層研究的方式獲得比較準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果[11]。

由此可見，施工人員和現(xiàn)場(chǎng)的勘察人員必須選擇最合適的勘察方式，注重其規(guī)范性，才能確保地質(zhì)勘察工作順利完成，最終為巖土治理方案的制定提供可靠參考資料。

圖3 水利工程建設(shè)過程中承受的內(nèi)外動(dòng)力耦合模型

總的來說，水利工程中地質(zhì)勘察的是為了提高不良地基的穩(wěn)定性和整體承載能力，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞和事故。巖土工程性質(zhì)包括巖土物理性質(zhì)和巖土水理性質(zhì)兩個(gè)方面。

巖土物理性質(zhì)即巖土的構(gòu)成類型、成分及分布特點(diǎn)，地下水和巖土間的相互作用下的性質(zhì)就是巖土的水理性質(zhì)，這種性質(zhì)不但會(huì)導(dǎo)致巖土層形狀發(fā)生變化和巖土的硬度，還會(huì)對(duì)水利工程的穩(wěn)固和使用年限造成很大的影響。在進(jìn)行勘測(cè)時(shí)，要重視水理性質(zhì)對(duì)工程影響，測(cè)試地下水的具體的特性，確定巖土的耐水性和耐風(fēng)化能力。對(duì)巖土水理性的測(cè)試，可以有效預(yù)測(cè)未來地下水水位、水溫、水量等各方面的變化。

對(duì)巖土的測(cè)試，有兩種測(cè)試方法，第一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，第二種室內(nèi)測(cè)試。如果比較一般的黏土就要選用第二種測(cè)試方法，對(duì)非黏土就要采用第一種測(cè)試方法，以獲得更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。巖石土與鋼筋混凝土有本質(zhì)的區(qū)別，巖石有一些細(xì)小的孔洞和縫隙，會(huì)對(duì)水文地質(zhì)造成一些不好的影響，未能對(duì)巖石和土的這些特性作出分析，會(huì)阻礙水利工程建設(shè)[12]。若忽略對(duì)水文地質(zhì)的分析，或?qū)λ牡刭|(zhì)分析不到位，會(huì)導(dǎo)致各種巖土危害頻發(fā)，破話建筑環(huán)境，使建筑工作進(jìn)展受阻。

5 結(jié) 語

水是萬物發(fā)展的根本，是生命的源泉，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的增加，對(duì)水資源的需求量也在不斷上漲。水是一種不可再生資源，工業(yè)企業(yè)的發(fā)展和人類不合理的利用，導(dǎo)致大量水資源被污染破壞，無法使用，提高水的利用率是當(dāng)下社會(huì)正在努力解決的問題。

修建水利工程有利于協(xié)調(diào)水資源的時(shí)間、空間分布不均問題，還能改善水資源環(huán)境。水利工程建設(shè)中，對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行仔細(xì)的勘測(cè)，針對(duì)由于水文地質(zhì)條件帶來的問題制定合理有效的方案，能減少人為原因造成的自然環(huán)境破壞，還能使工程施工人員更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)，為后期施工提供詳細(xì)的地質(zhì)及巖土資料，形成強(qiáng)大的理論支撐，同時(shí)，還有利于增強(qiáng)工程施工的可行性與安全性，大大的減少工程施工建設(shè)時(shí)間，降低工了工程建設(shè)成本，加快了我國(guó)水利工程的發(fā)展步伐。

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2016-08-30

李文碧(1976-)，男，山西晉城人，工程師，從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及巖土工程勘察工作。

1007-7596(2016)09-0045-04

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