水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察

余娟 華東冶金地質(zhì)勘查研究院

事實(shí)證明，地質(zhì)學(xué)是一個重要的問題，但在調(diào)查、設(shè)計(jì)和建造過程中很容易被忽視。重要的是，水文地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)是相互聯(lián)系的，相互聯(lián)系的，相互作用的。地下水除了是基巖的組成部分以外，還對基巖的工程特性有很大的影響，影響建筑的基本工程環(huán)境的可持續(xù)性。以往勘察的相關(guān)工作當(dāng)中，由于水文參數(shù)和使用很少直接與勘察結(jié)果有關(guān)，所以，水文地質(zhì)被廣泛的認(rèn)為是一項(xiàng)流程性的工作，大部分的勘察工作只是簡單地對水文地質(zhì)在自然狀態(tài)下的條件進(jìn)行評價。為了很好的提升工程勘察相關(guān)工作的質(zhì)量，我們需要加強(qiáng)勘察中的水文地質(zhì)研究?？辈煜嚓P(guān)工作除了可以確定和地質(zhì)工程相關(guān)的問題以外，還可以提出預(yù)防措施，提供精確的信息以方便相關(guān)部門進(jìn)行施工和設(shè)計(jì)。

一、工程地質(zhì)勘察過程及內(nèi)容

在項(xiàng)目實(shí)際開展前，應(yīng)在施工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行相關(guān)工程地質(zhì)勘察，確保對施工現(xiàn)場地質(zhì)條件和主要工程地質(zhì)問題有清晰的了解，提前對項(xiàng)目建設(shè)中可能出現(xiàn)的問題和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和預(yù)估，有效避免因地形地貌認(rèn)識不全面帶來的安全隱患。勘察結(jié)束后，將充分合理地利用強(qiáng)大的地質(zhì)條件，使施工過程中的不利因素得到合理規(guī)避，科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠保證施工的順利進(jìn)行，為理論和實(shí)踐提供有力的依據(jù)。

工程地質(zhì)勘察可分為多個環(huán)節(jié)，其中可行性研究、方案規(guī)劃和設(shè)計(jì)實(shí)施是最基本的步驟。在規(guī)劃階段，相關(guān)工作重點(diǎn)是為后期施工提供有效可靠的地質(zhì)條件信息。此外，在具體實(shí)踐過程中應(yīng)深入掌握施工現(xiàn)場周邊的地質(zhì)條件和施工過程中可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題，并對周邊建筑市場材料進(jìn)行深入探索。在可行性調(diào)查階段，需要對原調(diào)查結(jié)果進(jìn)行更深入的研究。包括基本建筑結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征、飲水路線等一系列問題，對地質(zhì)條件的要求、施工方案和施工材料依次進(jìn)行選擇。最后一個階段是調(diào)查階段。這項(xiàng)工作的基本目的是在施工過程中進(jìn)行地質(zhì)實(shí)時監(jiān)測，整合現(xiàn)有測量數(shù)據(jù)和施工過程中地質(zhì)條件的變化，優(yōu)化現(xiàn)有施工工藝。

二、水文地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容

（一）水文地質(zhì)測繪

水文地質(zhì)圖是一種基本的水文地質(zhì)調(diào)查方法，是一項(xiàng)基本的調(diào)查工作，主要是用地質(zhì)圖完成的。（1）確定探測區(qū)域的地形、水文、天氣和基本特征；（2）確定各個底層的巖石的含水性質(zhì)、地下水的類型，將其劃分為含水層和隔水層；（3）對區(qū)域內(nèi)地下水的補(bǔ)給、河流、排泄的地形以及地貌、地下水的特征等進(jìn)行闡述；（4）評價含水層的富水性以及區(qū)域內(nèi)地下水資源的情況及相關(guān)的開采條件；（5）闡明地下水的化學(xué)特征及相關(guān)的形成因素，對地下水的污染情況進(jìn)行調(diào)查等。

（二）地球物理勘探

物探在水文地質(zhì)調(diào)查中占有重要地位，它自身的效率非常高，需要的成本較低，而且速度比較快。

三、水文地質(zhì)勘察的重要性

（一）地下水位發(fā)生幅度變化造成的工程危害

地下水位振幅變化主要包括以下三個方面：地下水位振幅下降、地下水位振幅上升和地下水位振幅頻繁變化。由于地下水位的不斷上升，極易導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。比如大連地鐵經(jīng)常出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，對建筑物的耐久性影響很大。地下水位的下降會誘發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，不僅會對建筑產(chǎn)生不良影響，而且對周圍已建建筑也有很大的安全隱患。地下水位頻繁變化會給建筑的基礎(chǔ)部分帶來嚴(yán)重的變形，同時也可能導(dǎo)致建筑物變形甚至損壞，再次埋下建筑物使用中的安全隱患。

（二）水動力壓力引起的工程危害

自然情況下，地下水的動力水壓很小，給建筑物以及相關(guān)工程的建設(shè)帶來的影響不大。但如果人為干預(yù)改變了地下水位的平衡條件，地下水動力水壓就會帶給建筑物一些影響，可能出現(xiàn)流砂、管涌、基礎(chǔ)坍塌等情況，造成極其嚴(yán)重的巖土工程危害，對建筑物質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，加大地下水動力水壓的探測和控制是水位地質(zhì)調(diào)查的一個重要方面。通過專業(yè)的努力，在一定程度上可以減少地下水動力水壓對原有平衡的破壞，避免動力水壓不穩(wěn)定對建筑物造成的不利影響。

（三）地下水位幅度變化對巖土物理學(xué)性質(zhì)的影響

地下水位頻繁的振幅變化，很有可能導(dǎo)致巖土因膨脹不均勻而發(fā)生地質(zhì)變形，嚴(yán)重時可能引起地面開裂。會對工程建筑的底層或輕微的工程建筑造成一系列不同程度的沖擊和危害。因此，在水文地質(zhì)調(diào)查中，重視膨脹巖土的調(diào)查與控制是另一個重要方面。對地下水位的變化幅度以及變化的規(guī)律進(jìn)行調(diào)查十分重要，也為后續(xù)建筑物深度的選擇帶來很大的參考依據(jù)。

四、水文地質(zhì)評價內(nèi)容

地質(zhì)工程勘察中的地質(zhì)勘察內(nèi)容在過去勘察工程勘察報(bào)告中，由于地基設(shè)計(jì)與施工缺乏結(jié)合，對地質(zhì)工程和地下地質(zhì)工程的影響和危害進(jìn)行了評價，很多地區(qū)都造成了土地、建筑物開裂等質(zhì)量問題?？偨Y(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我認(rèn)為今后在工程勘察中應(yīng)考慮以下內(nèi)容：（1）重點(diǎn)對地下水帶給巖土和建筑物的影響進(jìn)行評價；（2）結(jié)合工程勘察以及建筑物的地基基礎(chǔ)類型，對相關(guān)水文地質(zhì)問題調(diào)查清楚，提供研究需要的水文地質(zhì)信息；（3）以工程人員的視角看，結(jié)合地下水可能帶給工程的作用及影響，提出應(yīng)該在不同地質(zhì)條件下發(fā)現(xiàn)的問題，比如說：地下水水位下面的建筑基礎(chǔ)對砼和砼內(nèi)的鋼筋的腐蝕性的要求，對選擇的軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化的巖石、殘積土、膨脹土等相關(guān)的巖土體作為建筑物基礎(chǔ)持力層的情況，要對地下水活動對上面所講的巖土體可能產(chǎn)生的影響重點(diǎn)評價。地基基礎(chǔ)的壓縮層如果出現(xiàn)松散、飽和的粉細(xì)砂或者是粉土?xí)r，要對可能出現(xiàn)的潛蝕、流沙以及管涌進(jìn)行預(yù)測，如果基礎(chǔ)的下部出現(xiàn)承壓的含水層，要對基坑開挖之后，承壓水沖毀基坑底板的概率進(jìn)行計(jì)算及分析，為了在水下開采坑，應(yīng)該進(jìn)行滲透和富水測試。評估土壤凍結(jié)和人為降雨造成的斜坡不穩(wěn)定的可能性，然后影響物體的穩(wěn)定性。

五、巖土水理性質(zhì)

巖土的水理特性主要是巖土和地下水之間因?yàn)橄嗷プ饔枚憩F(xiàn)出來的特性。巖土的水理特性和物理特性是巖土的重要工程特性。巖土的水理特性不僅影響巖土的強(qiáng)度和變形，而且直接影響建筑物的穩(wěn)定性。過去我們只重視巖石土壤的物理力學(xué)性質(zhì)，忽視了水理性質(zhì)，因此，對巖石土壤的工程地質(zhì)性質(zhì)的評價還不全面。

由于巖土的水文物理性質(zhì)是通過巖石與地下水的相互作用來揭示的，本文首先介紹地下水的賦存形式及其對巖土水文物理性質(zhì)的影響，然后簡要介紹幾種重要的巖土水文物理性質(zhì)及其研究和測試方法。

（1）地下水的賦存形態(tài)：根據(jù)其在巖石和土壤中的賦存形態(tài)，地下水可分為束縛水、毛細(xì)水和重力水，其中束縛水又可分為強(qiáng)束縛水和弱束縛水。

（2）巖土的主要水力特性及其測試方法

①軟化是指水侵入巖土層后，巖土層機(jī)械強(qiáng)度降低的特性，一般用軟化系數(shù)表示。這是巖石耐風(fēng)化，耐滲水能力的指標(biāo)。如果巖層中存在易軟化的巖層，往往在地下水的作用下，形成軟弱的夾層。各類成因的粘性上層.泥巖.頁巖.泥質(zhì)砂巖等均普遍存在軟化特性。②滲透性是指巖石和土壤在重力作用下，允許水通過的能力。疏松的巖石顆粒越細(xì)越不均勻，透水性越差。堅(jiān)硬巖石的縫隙或喀斯特越發(fā)育，透水性就越強(qiáng)。通常滲透率可用滲透系數(shù)表示，滲透系數(shù)可由抽水試驗(yàn)得出。③崩解性指土體顆粒間聯(lián)系減弱，斷裂，巖石浸潤后發(fā)生崩解或崩解的特性。巖土的崩解與土壤顆粒組成，礦物組成和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。④給水性是指飽水巖土在重力作用下，允許一定量的水從孔隙或裂縫中自由流出的性能，用給水度表示。給水度是含水層的重要水文地質(zhì)參數(shù)，也影響著場地的排水時間。通常經(jīng)實(shí)驗(yàn)室方法確定。⑤膨脹收縮性是指巖土體體積吸水變大，失水變小的特性。巖土的膨脹收縮性是由于顆粒吸水后，黏附在表面的水膜變厚，水分流失后變薄所致。巖土體的膨脹和收縮往往是裂縫和基坑隆起的重要原因之一，對地基變形和土質(zhì)邊面表面穩(wěn)定性有重要影響。

六、地下水引起的巖土工程危害

地下水引起的巖土工程災(zāi)害主要是由地下水位的波動和地下水動水壓力的作用引起的。

（一）地下水位波動引起的巖土工程危害

地下水位的變化可以是自然因素造成的，也可以是人為因素造成的，但無論是什么原因，地下水位到達(dá)一定的變化范圍時，就會帶給巖土工程十分嚴(yán)重的危害，這種現(xiàn)象主要有以下三種：

①水位上升引發(fā)的地質(zhì)工程災(zāi)害

原因很多，主要是由于含水層結(jié)構(gòu)、巖性等地質(zhì)因素的影響；降雨、溫度、水文和天氣因素、灌溉、建筑和人為因素，有時是多種因素共同作用的結(jié)果。因?yàn)闈撍娴纳仙赡軙r土工程帶來的影響有如下幾點(diǎn)：首先，土壤逐漸沼澤化、鹽漬化，導(dǎo)致巖土及地下水給建筑物帶來很大的腐蝕性。其次，河岸、斜坡等地質(zhì)容易出現(xiàn)滑移、崩塌等現(xiàn)象。第三，部分特殊的巖土體結(jié)構(gòu)被破壞導(dǎo)致強(qiáng)度降低土壤軟化。第四，導(dǎo)致粉細(xì)砂和粉土逐漸飽和呈現(xiàn)液化的狀態(tài)，導(dǎo)致流砂、管涌的問題出現(xiàn)。最后，地下洞的室內(nèi)被水淹沒，逐漸的上浮，也會導(dǎo)致建筑物不穩(wěn)定。

②地下水位下降引起的巖土工程災(zāi)害

通常情況下是由于人為的原因?qū)е碌叵滤幌陆?，如地下水的集中抽取、采礦活動中礦床的排放、上游的大壩建設(shè)和下游攔截地下水供應(yīng)的水庫建設(shè)等。地下水過度下沉，會導(dǎo)致地裂縫、地沉降、地塌陷等幾個方面的地質(zhì)災(zāi)害以及地下水資源出現(xiàn)枯竭、水質(zhì)出現(xiàn)惡化等等環(huán)境方面的問題，對巖土以及人們的生活環(huán)境和建筑的穩(wěn)定性都帶來很大的影響。

③地下水的頻繁變動帶給巖土工程的危害

無論是地下水的上升還是地下水的下降，都會給巖土帶來不均勻的膨脹的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致巖土出現(xiàn)變形和收縮的問題。地下水水位的變化較快，不僅反復(fù)發(fā)生巖土工程出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象，而且收縮影響的范圍也不斷增大，導(dǎo)致地面有裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，建筑尤其是輕建筑都會被帶來不同程度的影響。地下水的變動帶內(nèi)部，因?yàn)榈叵滤牟粩嘟惶孀兓?，?dǎo)致土層中的鋁、鐵成本流失，土層因?yàn)槭ミ@些物質(zhì)會導(dǎo)致土質(zhì)疏松，不斷增加的含水量、空隙比例給處理巖土工程基礎(chǔ)帶來很大的麻煩。

（二）地下水動壓引起的巖土工程危害

在自然狀態(tài)下，地下水的水動力壓力較低，一般不構(gòu)成危險(xiǎn)。然而，由于人為工程活動改變了地下水的自然動態(tài)平衡條件，嚴(yán)重的巖土工程災(zāi)害，如流沙、管道隆起和地基豎井隆起，往往會在水動力壓力的作用下發(fā)生。有關(guān)巖土工程文獻(xiàn)已詳細(xì)描述了流動沙壩、管道沙壩和豎井沙壩的形成條件和控制措施，本文不作描述。

七、結(jié)束語

綜上所述，隨著工程勘察的發(fā)展，水文地質(zhì)將越來越受到重視，對水文地質(zhì)工作的不斷研究，可以很好的促進(jìn)該項(xiàng)工作的發(fā)展，最終很好的提升我國水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察工作的水平。