邊坡工程勘察中關(guān)于水的重點(diǎn)工作內(nèi)容探討

肖仙旺

（福建巖土工程勘察研究院有限公司，福建 福州 350108）

水是邊坡變形失穩(wěn)的重要因素，也是邊坡工程的天敵，據(jù)統(tǒng)計(jì)，水害直接或間接造成的邊坡工程事故達(dá)70%以上，文章闡述的水包括大氣降水、地表水體、地下管線滲漏的水及場(chǎng)地的地下水。在勘察工作中應(yīng)給予足夠重視，精心勘察，精心分析，提供完整的勘察資料，為設(shè)計(jì)單位提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù)。

邊坡工程勘察中關(guān)于對(duì)水的重點(diǎn)工作內(nèi)容應(yīng)包括收集當(dāng)?shù)貧庀笏馁Y料、查明場(chǎng)地周邊地下管線水的滲漏情況、查明場(chǎng)地地下水水文地質(zhì)條件、評(píng)價(jià)地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性。現(xiàn)對(duì)邊坡工程勘察工作中有關(guān)水的重點(diǎn)工作內(nèi)容敘述如下。

1 搜集當(dāng)?shù)貧庀?、水文資料

在邊坡工程勘察工作前期應(yīng)該充分搜集當(dāng)?shù)氐臍庀?、水文資料。氣象資料的重點(diǎn)包括搜集場(chǎng)地區(qū)域最大降水量和二十年一遇及五十年一遇的最大降水量，特別是雨期、暴雨強(qiáng)度；水文資料包括鄰近場(chǎng)地的河、湖及水庫歷史最高水位和二十年一遇及五十年一遇的水位資料。場(chǎng)地氣象、水文條件對(duì)邊坡的影響主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面。

首先，大氣降水對(duì)邊坡土體有沖刷侵蝕作用，在邊坡工程勘察前期的工作應(yīng)重點(diǎn)搜集區(qū)域地形圖、衛(wèi)星航片等，對(duì)邊坡工程產(chǎn)生影響的匯水面積、排水坡度、長度和植被等情況進(jìn)行計(jì)算和分析，并調(diào)查邊坡周圍山洪、沖溝和河流沖淤等情況，從而為邊坡工程設(shè)計(jì)提供排水設(shè)施的位置、數(shù)量和斷面尺寸的重要依據(jù)。

其次，大氣降水會(huì)對(duì)邊坡土體物理力學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生影響，雨水滲入邊坡土體會(huì)在破碎帶、潛在滑動(dòng)帶等易儲(chǔ)水位置聚積，不僅軟化了巖土體，還增加了地下水位和潛在滑帶土的孔隙水壓力，因此減小了巖土體的抗剪強(qiáng)度和阻滑力，造成了淺在滑動(dòng)面以上土體飽水后增大下滑力和滑體重力，已開裂的坡體裂縫浸水后還可產(chǎn)生靜水壓力[1]。在提供邊坡土體的設(shè)計(jì)計(jì)算相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)時(shí)應(yīng)提供天然狀態(tài)指標(biāo)及飽和狀態(tài)指標(biāo)，確保設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)能根據(jù)當(dāng)?shù)亟邓壳闆r并按不同工況（如天然狀態(tài)、飽和狀態(tài)）進(jìn)行驗(yàn)算，因此搜集區(qū)域最大降水量，特別是雨期、暴雨強(qiáng)度，為邊坡工程設(shè)計(jì)提供計(jì)算工況的重要依據(jù)。

最后，查明場(chǎng)地周邊的水文資料，特別是河、湖及水庫等地表水體對(duì)邊坡體的影響。地表水體水位的漲落將改變邊坡體內(nèi)的水文地質(zhì)條件，在地表水位上升后將引起地下水位的抬升，潛在滑動(dòng)帶浸水的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，土體的強(qiáng)度降低，阻滑力也減??；在水位驟降時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)水壓力，下滑力增大，因此常造成岸邊的坍塌，如圖1所示。河流的長時(shí)間下切和側(cè)蝕沖刷坡岸，不僅會(huì)增加坡岸的高度，還會(huì)侵蝕坡腳，削弱坡腳的支撐力，從而改變坡體的應(yīng)力狀態(tài)，造成坡腳的剪應(yīng)力集中，形成崩塌、滑坡災(zāi)害[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1979年10月9日至19日，在三門峽庫區(qū)從三門峽到潼關(guān)段塌岸近150m，塌毀耕地約20km2，造成揚(yáng)水站塌入庫中。截至2001年，僅在三門峽市庫區(qū)已造成塌岸段總長度達(dá)119.8km，其中嚴(yán)重的庫段達(dá)78.9km。建庫以來，庫岸坍塌的面積約67.58km2，坍塌的土方量達(dá)20.22億m3，淹沒耕地3280萬m2，塌毀機(jī)電灌站53座、機(jī)井69眼。塌岸導(dǎo)致沿岸植被嚴(yán)重破壞，一方面造成國家土地遭受損失，加劇了水土流失；另一方面也使岸邊移民進(jìn)行多次的搬遷，影響了其正常的生產(chǎn)和生活，增加了水利工程的投資。因此，鄰近地表水體的邊坡勘察應(yīng)收集河、湖、水庫的水位變化情況、水庫水位調(diào)度資料等，以此為鄰水邊坡工程的設(shè)計(jì)提供地表水體的動(dòng)力地質(zhì)作用，并為岸線變遷的影響、沖刷、岸坡穩(wěn)定性提供依據(jù)。

圖1 河岸坍塌

2 查明場(chǎng)地周邊地下管線水的滲漏情況

城市中心，特別是老舊小區(qū)地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，由于時(shí)代久遠(yuǎn)管道老化、地面靜動(dòng)荷載的影響、管道基礎(chǔ)不均勻沉降、溫差等造成滲漏，同時(shí)邊坡施工過程土方開挖卸荷、施工震動(dòng)等引起土體的變形也進(jìn)一步將造成鄰近地下管線變形滲漏（特別是管線接頭、薄弱處），地下管線水的滲漏使該區(qū)域土體飽和、軟化，抗剪強(qiáng)度降低，若邊坡開挖面臨近該區(qū)域，極易形成滑塌。2019年6月8日南寧東葛路某基坑發(fā)生的坍塌事故，經(jīng)住建部組織多位專家的分析，該基坑邊坡坍塌事故主要是由于基坑支護(hù)施工過程產(chǎn)生土體變形，坡頂市政水管長期的滲漏，造成了基坑周邊土體被掏空，土體在滲漏的水的作用下軟化，加劇變形導(dǎo)致水管爆裂，引發(fā)基坑錨索結(jié)構(gòu)失效，最終造成基坑邊坡坍塌事故。這次事故形成的塌方區(qū)域長約60m，寬約15m，塌方量約4500m3，這也是一起由于地下管線滲漏加劇基坑變形、破壞的典型案例。為此，勘察時(shí)應(yīng)查清地下管線的分布及水滲漏情況，并預(yù)測(cè)邊坡變形，提出對(duì)鄰近已有管線的監(jiān)測(cè)、加固等方案和建議，為邊坡工程設(shè)計(jì)提供地下管線加固、監(jiān)測(cè)及坡體排水系統(tǒng)設(shè)置的依據(jù)。

勘察過程中對(duì)場(chǎng)地周邊已有地下管線及水滲漏情況探測(cè)的常用方法如下：探測(cè)地下管線常采用電磁法；探測(cè)大口徑金屬管線采用直接法（也稱充電法）；對(duì)于地下金屬管線的無損檢測(cè)、埋深較淺的金屬管線及帶有金屬骨架的管線（如電力電纜、電信電纜等）采用感應(yīng)法；探測(cè)非金屬管線采用示蹤法或探地雷達(dá)法；探測(cè)地下管線滲漏常采用聲震法、紅外法、示蹤元素法、探地雷達(dá)法等?？辈爝^程中，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)選擇合適的探測(cè)方法。

3 查明場(chǎng)地地下水水文地質(zhì)條件

邊坡工程勘察應(yīng)重點(diǎn)查明場(chǎng)地地下水水文地質(zhì)條件，包括水位、水量、類型、主要含水層分布情況、補(bǔ)給、動(dòng)態(tài)變化情況以及巖土的透水性和地下水出露情況，從而為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型的建立、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)的選用提供依據(jù)。

地下水按埋藏條件可分為上層滯水、潛水和承壓水三種類型。（1）上層滯水主要分布于上部松散土層的包氣帶中，如邊坡上部填土層中，無統(tǒng)一水面，水位隨季節(jié)變化，一般在邊坡治理時(shí)將會(huì)清除這部分土體，因此對(duì)邊坡體穩(wěn)定性影響較小。（2）潛水分布于松散的土層、基巖的裂隙破碎帶及巖溶地區(qū)，一般具有統(tǒng)一的自由水面，為無壓或低壓力水，水面受降水等氣象因素的影響變化較明顯。同一場(chǎng)地的地下水位的變化具有一定的規(guī)律性或基本相同，地下水的補(bǔ)給以降雨為主，同時(shí)還受上部含水層的入滲補(bǔ)給和場(chǎng)地外同層地下水的徑流補(bǔ)給。潛水是邊坡工程勘察中經(jīng)常遇到的地下水類型，因此邊坡勘察時(shí)若揭露該類型地下水，應(yīng)重點(diǎn)查明地下水水位、水量、主要含水層分布情況、補(bǔ)給及動(dòng)態(tài)變化等情況，并提出地下水疏排措施，從而為邊坡體排水措施類型、位置、尺寸的設(shè)計(jì)、邊坡滲流壓力的計(jì)算提供依據(jù)。（3）承壓水主要分布于松散的地層中，如斷裂破碎帶、向斜、基巖構(gòu)造盆地以及巖溶等地區(qū)，一般埋藏于相對(duì)隔水層的下部，具有承壓性。地下水水頭隨場(chǎng)地位置變化而變化，受當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩赜绊戄^小，同一場(chǎng)地內(nèi)的水頭相對(duì)穩(wěn)定，水量由含水層或含水構(gòu)造的滲透性、性質(zhì)等決定，承壓水一般埋深較大，水頭較高，水量也較大，邊坡體工程由于地勢(shì)原因，一般較少遇到該類型地下水，但邊坡體存在斷裂構(gòu)造、巖溶時(shí)也會(huì)遇到該類型地下水，該類型地下水由于具有較高承壓性、水量大等特點(diǎn)，處理難度大，常需要設(shè)置滲流溝、輸水隧洞的排水措施，起到降壓、疏干作用[3]。

在邊坡工程勘察鉆探過程中，對(duì)鉆孔揭露的地下水水位觀測(cè)包括初見水位和穩(wěn)定水位的觀測(cè)。邊坡工程場(chǎng)地位于山邊，受地勢(shì)影響地下水水力梯度較大，且地下水位在邊坡土體的開挖后排泄條件發(fā)生變化，也引起地下水位變化，如圖2所示。為此，有揭露地下水的邊坡工程宜對(duì)場(chǎng)地地下水水位進(jìn)行長期觀測(cè)，特別是邊坡開挖后要對(duì)地下水位重新觀測(cè)，以確定邊坡實(shí)際水位，為邊坡工程設(shè)計(jì)工況的確定、設(shè)計(jì)參數(shù)選用提供重要的依據(jù)。

圖2 某邊坡工程開挖前后地下水位變化對(duì)比圖

地下水常以泉水形式出露，在邊坡工程勘察中應(yīng)調(diào)查泉水出露位置的地形地質(zhì)條件，測(cè)定泉水出露的位置、高程，觀測(cè)泉水的流量，測(cè)定水溫的變化，并與氣溫相對(duì)比。當(dāng)泉水流量小于1.0L/s時(shí)，可用容量法（用量筒或水桶）測(cè)定其流量，一般測(cè)量3次取其平均值；當(dāng)流量在1.0～10.0L/s時(shí)，用三角堰測(cè)定；當(dāng)流量大于10.0L/s時(shí)，用梯形堰測(cè)量，但堰板位置應(yīng)能控制流水流量和回水不影響泉水出口的天然流量。水溫用一般溫度計(jì)測(cè)量。井水是地下水出露的另一種形式，場(chǎng)地附近有水井時(shí)，要調(diào)查了解水井開挖時(shí)穿透的地層情況及各層厚度，測(cè)定井的位置、井口高度、水位、水溫及其變化。

4 評(píng)價(jià)地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性

在工程勘察中要對(duì)地下水的腐蝕性給予足夠重視，不能忽視地下水對(duì)邊坡工程的支擋結(jié)構(gòu)及對(duì)支擋結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性，如錨桿（索）注漿體由于長期受拉而松弛，或在溫差作用下出現(xiàn)開裂，或注漿體由于施工缺陷造成保護(hù)層厚度不足，就會(huì)在地下水作用下加劇錨桿桿體的腐蝕。根據(jù)鄭靜等[4]的相關(guān)研究結(jié)論表明，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境條件下，應(yīng)力腐蝕對(duì)錨筋斷裂荷載的影響達(dá)到了24.90%，應(yīng)力腐蝕對(duì)錨索錨筋力學(xué)性能的影響較大，因此邊坡工程勘察中應(yīng)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性。在勘察工作中要規(guī)范采取地下水試樣、室內(nèi)水樣化驗(yàn)分析、成果分析評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)，從而為邊坡設(shè)計(jì)提供建筑材料防護(hù)依據(jù)[5]。

5 結(jié)束語

在邊坡工程勘察中要對(duì)水給予足夠的重視，不僅要做好勘察前期氣象水文資料的收集工作，還要在勘察過程中精心勘察現(xiàn)場(chǎng)，查明地下管線水的滲漏情況，查明場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性，仔細(xì)分析成果資料，確保勘察成果詳實(shí)可靠，進(jìn)而為邊坡工程的治理設(shè)計(jì)提供真實(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)完美結(jié)合的目的。