巖土工程勘察設(shè)計(jì)與施工中水文地質(zhì)問題的探討

藍(lán)鴻達(dá)

中鐵四院集團(tuán)廣州設(shè)計(jì)院有限公司 廣東廣州 510000

1 水文地質(zhì)勘察

1.1 水文地質(zhì)勘察的重要性

水文地質(zhì)勘察工作是巖土工程勘察的一個(gè)組成部分，是一個(gè)極其重要、不可替代但卻容易被輕視或忽視的部分，客觀正確的水文地質(zhì)勘察是工程建設(shè)設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，是工程建設(shè)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵性因素。工程建設(shè)水文地質(zhì)勘察，宜結(jié)合工程地質(zhì)勘察或巖土地質(zhì)勘察進(jìn)行，而當(dāng)任務(wù)需要或水文地質(zhì)復(fù)雜時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察。

1.2 水文地質(zhì)勘察的內(nèi)容

水文地質(zhì)勘察應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度、勘察階段及已有工作的深度，綜合考慮確定，宜包含以下內(nèi)容：

（1）查明地下水的類型和賦存狀態(tài)。

（2）對孔隙水應(yīng)查明含水層和隔水層的埋藏條件和分布規(guī)律；對裂隙水應(yīng)查明裂隙性質(zhì)，空間分布特征和連通情況等，確定富水帶。

（3）量測地下水的水位，取水樣進(jìn)行水化學(xué)分析。

（4）當(dāng)存在多層對工程有影響的地下水時(shí)，應(yīng)分層量測水位，分層取樣，并查明各含水層之間、地下水與地表水之間的水位聯(lián)系和補(bǔ)排關(guān)系。

（5）調(diào)查地下水的季節(jié)變化和多年變化。

（6）調(diào)查有無對地下水地表水的污染源及污染程度。

（7）缺乏地下水動態(tài)監(jiān)測的地區(qū)，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置或埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行長期監(jiān)測。

（8）測定巖土的水文地質(zhì)參數(shù)。工程建設(shè)水文地質(zhì)勘察，應(yīng)根據(jù)工作特點(diǎn)和具體水文地質(zhì)環(huán)境，采用多種手段和方法綜合研究，須確保第一手資料真實(shí)可靠和評價(jià)結(jié)論客觀正確，滿足工程建設(shè)需要[1]。

2 勘察設(shè)計(jì)與施工階段較為常見的水文地質(zhì)問題

關(guān)于工程地質(zhì)學(xué)中改造地質(zhì)體的方面來說主要分為：災(zāi)害地質(zhì)，城市地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)。地質(zhì)災(zāi)害中，和水有關(guān)的有滑坡、泥石流、地面沉降等顯性災(zāi)害，有流砂、管涌、化學(xué)侵蝕等隱形災(zāi)害；隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，地下水的賦存和滲流形態(tài)則對基礎(chǔ)工程的影響日漸突出；地下水的超采，水污染對環(huán)境的影響則越來越嚴(yán)峻。災(zāi)害地質(zhì)、城市地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)并不是單一存在的，它們在工程建設(shè)中往往是組合出現(xiàn)。如線路工程，往往穿過崇山峻嶺，河流湖泊，途經(jīng)各類的城市村莊，途經(jīng)生態(tài)自然保護(hù)區(qū)，飲用水保護(hù)區(qū)等，涉及城市地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問題；又如地下構(gòu)建物、地鐵的建設(shè)時(shí)，既要考慮是否出現(xiàn)流砂、管涌、基坑突涌、地面沉降等地質(zhì)作用，又要考慮建設(shè)過程中對城市環(huán)境的影響等。

2.1 勘察設(shè)計(jì)階段常見的水文地質(zhì)問題

2.1.1 可行性研究勘察階段

可行性研究勘察，需搜集區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、地震、礦產(chǎn)、當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)、巖土工程和建筑經(jīng)驗(yàn)等資料，在充分搜集和分析已有資料的基礎(chǔ)上，通過踏勘了解場地的地層、構(gòu)造、巖性、不良地質(zhì)作用和地下水等工程地質(zhì)條件；當(dāng)擬建場地工程地質(zhì)條件復(fù)雜，如重大工程、長大線性工程中已有資料不能滿足要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行工程地質(zhì)測繪和必要的勘探工作?？尚行匝芯靠辈鞈?yīng)對擬建場地的穩(wěn)定性和適宜性做出評價(jià)。特別強(qiáng)調(diào)的是線性工程，由于線性工程沿線場地工程地質(zhì)條件往往復(fù)雜多變，本階段針對不良地質(zhì)作用及地下水的地質(zhì)調(diào)繪就尤為重要，準(zhǔn)確的地質(zhì)調(diào)繪可以有效的避開巖溶發(fā)育區(qū)、滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)作用或地質(zhì)災(zāi)害，避免后續(xù)階段的勘察設(shè)計(jì)或施工因不良地質(zhì)作用或地質(zhì)災(zāi)害影響被迫更改建設(shè)場地而返復(fù)工作，避免后期為治理或改造因地質(zhì)災(zāi)害造成的危害耗費(fèi)大量人力、物力[2]。

在合福高鐵工可階段，在南平某段山區(qū)，勘察設(shè)計(jì)人員和通過了客觀正確的地質(zhì)調(diào)繪和水文地質(zhì)調(diào)查，使得該段線路選線過程中成功避開了數(shù)個(gè)中大型滑坡、一個(gè)溝谷型泥石流等對建設(shè)工程危險(xiǎn)性大的區(qū)域，從而保障了該區(qū)域工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

在福建寧德白馬港鐵路支線，某隧道進(jìn)行炮眼施工時(shí)，掌子面位置圍巖為弱風(fēng)化J3X侏羅系凝灰?guī)r，呈青灰色，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較完整-完整，節(jié)理裂隙為稍發(fā)育-不發(fā)育，當(dāng)時(shí)掌子面共施工有9個(gè)炮眼：分別位于左部4個(gè)，中部2個(gè)，右部3個(gè)，炮眼深度均約為2m；其中掌子面左側(cè)炮眼3個(gè)炮眼孔大量裂隙水呈股狀噴出，中部及右部等其他炮眼孔無水或僅少量裂隙水流出。通過現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查，隧道開挖未發(fā)現(xiàn)對周邊村莊地下水及居民用水造成明顯的影響，亦未發(fā)現(xiàn)地表徑流出現(xiàn)枯竭現(xiàn)象，后通過水平鉆探及TSP、紅外探水法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等手段，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、可研、初勘地質(zhì)調(diào)繪資料及施工圖設(shè)計(jì)地質(zhì)資料等綜合分析得出該水為基巖裂隙水性質(zhì)的“上層滯水”，水體方量有限，故采用“洞內(nèi)導(dǎo)水”的方法，加強(qiáng)該段支護(hù)、襯砌，加強(qiáng)排水措施，及時(shí)復(fù)工并成功通過該涌水段。施工單位合理的監(jiān)測，及時(shí)的預(yù)警處理，避開了可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)；查閱前期詳盡得工程地質(zhì)調(diào)繪、水文地質(zhì)資料亦大大縮短了調(diào)查時(shí)間[3]。

2.1.2 高層建筑的主要水文地質(zhì)問題

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，特別是高層建筑的大量興建，地下水的賦存和滲流形態(tài)對基礎(chǔ)工程的影響日漸突出，主要有下列問題：

（1）現(xiàn)今很多高層建筑的基礎(chǔ)埋深超過10m，甚至超過20m，且建筑體型比較復(fù)雜，而大部分“廣場式建筑”的建筑平面內(nèi)都包含有純地下室部分，部分城市還修建了地下廣場；故而在此類建筑中，對于抗浮設(shè)計(jì)和地下室外墻承載力驗(yàn)算，正確確定抗浮設(shè)防水位成為一個(gè)牽涉巨額造價(jià)以及施工難度和周期的十分關(guān)鍵的問題。

（2）現(xiàn)很多高層建筑的基礎(chǔ)埋置較深，基礎(chǔ)寬度大，基底壓力大，故而基礎(chǔ)的影響深度大，在此類建筑基礎(chǔ)的影響深度范圍內(nèi)，有時(shí)可能遇到2層或2層以上的地下水，而不同層位的地下水之間，水力聯(lián)系和滲流形態(tài)往往各不相同，造成建筑場地孔隙水壓力場的分布難于準(zhǔn)確掌握；若孔隙水壓力的考慮不周，則將影響建筑沉降分析、承載力驗(yàn)算、建筑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算等一系列重要的工程評價(jià)問題。

（3）基坑支護(hù)工程中，地下水控制設(shè)計(jì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力等更與地下水的各種問題緊密相關(guān)，故而在大規(guī)模的工程建設(shè)中，對地下水的勘察評價(jià)將對工程的安全與造價(jià)產(chǎn)生極大影響。

總之，關(guān)于高層建筑中，地下水對基礎(chǔ)工程的影響，水文地質(zhì)勘察中應(yīng)調(diào)查了解各層地下水的補(bǔ)給關(guān)系、滲流狀態(tài)，以及量測壓力水頭隨深度變化的要求；有條件時(shí)宜進(jìn)行滲流分析，量化評價(jià)地下水的影響；對于多層地下水分層水位（水頭）的觀測，尤其是承壓水壓力水頭的觀測，對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基坑設(shè)計(jì)都十分重要，勘察人員不應(yīng)忽視這件工作，從而造成勘察資料的欠缺。

2.1.3 城市地質(zhì)環(huán)境

地質(zhì)環(huán)境是人類環(huán)境中極為重要的組成部分，城市建設(shè)的迅速發(fā)展引發(fā)了一系列地質(zhì)環(huán)境問題，包括有：地下水污染、地面沉降、地面塌陷、滑坡等，而這一系列地質(zhì)環(huán)境問題中，大部分都和水文地質(zhì)變化緊密相關(guān)的。做好城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查特別是水文地質(zhì)調(diào)查，論證地質(zhì)環(huán)境問題，是為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)的重要手段。

2.1.4 關(guān)于設(shè)計(jì)的一些問題

（1）水文地質(zhì)條件、水文地質(zhì)參數(shù)是工程設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的依據(jù)和設(shè)計(jì)條件之一，廣大設(shè)計(jì)人員基本都能很好利用水文地質(zhì)參數(shù)用于工程設(shè)計(jì)中，但也存在部分設(shè)計(jì)人員忽視了水文地質(zhì)的外部條件，從而造成工程隱患。如湛江東海島某鐵路路塹邊坡段，邊坡高度約4m，坡率1：1．25，采用植草防護(hù)，坡頂未設(shè)置截水天溝，但在坡頂外約20m有一條平行于邊坡的人工土溝；由于湛江東海島雷暴、臺風(fēng)頻繁，而當(dāng)?shù)乩妆?、臺風(fēng)天氣多伴隨暴雨、大雨、大風(fēng)。在某次臺風(fēng)過后，該邊坡150m范圍內(nèi)出現(xiàn)3處規(guī)模大小不等的溜坍，對該鐵路運(yùn)營安全造成一定的影響。該設(shè)計(jì)人員進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)就未考慮當(dāng)?shù)貧庀髼l件，未考慮當(dāng)?shù)嘏_風(fēng)、雷暴帶來的大暴雨影響，從而形成病害隱患。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)其接收的勘察文件給予的地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)、水文參數(shù)較為異常的情況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)勇于懷疑，及時(shí)和勘察人員溝通，切勿盲目使用超乎異常的參數(shù)或工程地質(zhì)評價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免因此造成過度設(shè)計(jì)或留下工程隱患。

2.1.5 關(guān)于靜壓樁超靜孔隙水壓力的問題

靜壓樁技術(shù)在國內(nèi)很多地區(qū)得到空前的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，但靜壓樁施工時(shí)存在著以下問題：

（1）當(dāng)管樁在飽和軟土中靜壓施工時(shí)，由于樁對土的擠壓作用，樁周土?xí)纬沙o孔隙水應(yīng)力，在該應(yīng)力的作用下，樁的極限承載力會明顯減小。超靜孔隙水應(yīng)力伴隨著滲流和固結(jié)會一定程度的降低并逐漸消散，由于飽和土的滲透系數(shù)小，消散過程往往需要十幾天。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較復(fù)雜時(shí)，設(shè)計(jì)圖紙一般用單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值作為靜壓樁的終樁壓力值控制標(biāo)準(zhǔn)，然而實(shí)際施工時(shí)，施工樁長往往遠(yuǎn)超原設(shè)計(jì)，為此建議設(shè)計(jì)人員在提供靜壓樁終樁壓力值控制標(biāo)準(zhǔn)需考慮超靜孔隙水壓力的影響。

（2）管樁施工過程中，超靜孔隙水壓力的影響：超靜孔隙水壓力產(chǎn)生、消散過程，可能導(dǎo)致周圍建筑物或構(gòu)建物地基土體膨脹隆起或不均勻沉降，造成周邊管線斷裂，邊坡失穩(wěn)、道路無法正常使用或者建筑物開裂等現(xiàn)象。

2.2 施工階段易輕視的水文問題

施工前及施工期間應(yīng)采用適宜的方法和手段加強(qiáng)地質(zhì)資料（包括水文資料）的核對，如發(fā)現(xiàn)于設(shè)計(jì)不符，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通。施工前應(yīng)做好施工組織計(jì)劃，根據(jù)各工程的項(xiàng)目特點(diǎn)，場地工程地質(zhì)條件、工期要求、環(huán)保要求等因素綜合考慮，充分利用施工有利季節(jié)，精心組織、精心施工，同時(shí)還應(yīng)做好各種風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

（1）巖土工程施工受季節(jié)、地下水的影響十分明顯，故需要合理安排施工季節(jié)，施工日期，考慮雨季施工，地下水變化較大時(shí)對基礎(chǔ)施工的影響，做好臨排等措施。如江西興國某國道路基工程，場地抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)，路基基底土為一層厚2-4m的稍密狀粉細(xì)砂層。該路基在冬季施工時(shí)，由于地下水位較深，路基施工正常；但到春夏季施工時(shí)，由于地下水位上升，施工單位根據(jù)冬季施工經(jīng)驗(yàn)未設(shè)置臨時(shí)排水溝，導(dǎo)致該地基土填筑碾壓時(shí)，飽和粉細(xì)砂在外部機(jī)械的振動下造成粉砂層砂土液化現(xiàn)象，形成“彈簧土”地基或路基土失效的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致工期延長且施工費(fèi)用增加。

（2）施工時(shí)應(yīng)做好監(jiān)測及環(huán)境保護(hù)。巖土施工，特別時(shí)地下工程施工，應(yīng)做好加強(qiáng)基坑和周邊建（構(gòu)）筑物的監(jiān)測，應(yīng)做好地下水監(jiān)測，地面沉降監(jiān)測，并根據(jù)變形控制得位移要求設(shè)置預(yù)警警戒值及相應(yīng)的應(yīng)急措施，確保施工安全，周邊環(huán)境安全。施工過程中的產(chǎn)生廢水、污水應(yīng)經(jīng)過沉淀池沉淀、凈化且達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放至排污系統(tǒng)；對有害物質(zhì)如燃料、燃油、化學(xué)品等，制定相應(yīng)的管理辦法，采取切實(shí)有效的保管措施，廢液、廢漿定點(diǎn)存放，定點(diǎn)外棄，防止造成地表水和地下水污染。

（3）不可隨意選取取棄土場。取、棄土場應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)必須符合環(huán)保、水保的要求，應(yīng)綜合考慮渣場類型、棄渣堆置方案、渣場地形和工程地質(zhì)、氣象及水文、建筑材料、施工機(jī)械類型等因素，在搜集地形測繪資料、工程地質(zhì)資料、棄渣基礎(chǔ)資料、水文氣象資料等的基本資料上進(jìn)行設(shè)計(jì)。嚴(yán)禁隨意選取取土場和棄土場，嚴(yán)禁在對重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全及行洪安全有重大影響的區(qū)域布設(shè)棄渣場。

3 結(jié)語

地質(zhì)世界是由巖、土、水三種介質(zhì)組成，而工程活動是我們改造地質(zhì)世界獨(dú)特方式，工程大師們根據(jù)巖、土、水的性質(zhì)創(chuàng)造了無數(shù)令人驚嘆的工程，有高樓大廈，地鐵隧道，架空橋梁，攔水庫壩、填海造地、高速鐵路等，體現(xiàn)了工程與地質(zhì)的完美結(jié)合；但工程活動也引起了一系列災(zāi)害，如山區(qū)邊坡失穩(wěn)、城市地面塌陷等，這亦需要工程師們利用他們的學(xué)識和雙手將災(zāi)害進(jìn)行改造，將其化解于無形之中。但不論建造還是改造，都是研究巖、土、水的性質(zhì)如何的“天人合一”，故而“巖”、“土”、“水”都是工程建設(shè)不可忽視的重中之重，廣大工程師們不應(yīng)“重此薄彼”。