巖土工程勘查中的水文地質(zhì)問(wèn)題分析

劉 濤，周志星

（廣東省地質(zhì)物探工程勘察院，廣東 廣州 510800）

工程勘察是工程建設(shè)項(xiàng)目的前提保障，而水文地質(zhì)問(wèn)題在工程勘察中具有重要的地位，地下水對(duì)工程的穩(wěn)定性、耐久性和安全性會(huì)產(chǎn)生一定的影響[1-3]。而在實(shí)際的工程勘察、設(shè)計(jì)和施工中，水文地質(zhì)問(wèn)題是經(jīng)常會(huì)被忽略的一個(gè)問(wèn)題，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)有著密切的聯(lián)系[4-5]。在工程勘察中不僅要查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，還需要提出相應(yīng)的治理措施和建議，為設(shè)計(jì)和施工提供必要的水文地質(zhì)參數(shù)，減少或消除地下水害隱患。就黃埔區(qū)某工程勘察項(xiàng)目對(duì)勘察中的水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行介紹，并對(duì)水害防治提出相應(yīng)的建議和措施。

1 自然地理概況

該勘察區(qū)地貌單元屬珠江三角洲沖積平原，該地形平坦；現(xiàn)狀為空地，區(qū)內(nèi)基巖全部被第四系土層覆蓋，地表岀露的土層主要為人工素填土。

區(qū)域?qū)賮啛釒夂騾^(qū)，年平均氣溫為21.2℃，最高氣溫36.7℃，最低氣溫-1.6℃。年平均降雨量1694mm，蒸發(fā)量1250mm，降雨季節(jié)較集中，4~6月降水量占全年降水量的46%~54%，7~9 月降水占28%~33%，10 月至翌年3月降水占18%~21%。

項(xiàng)目所在區(qū)域地處珠江水系，河流眾多。珠江主干流從場(chǎng)地南側(cè)約310m經(jīng)過(guò)。場(chǎng)地北側(cè)為珠江涌，發(fā)源于長(zhǎng)崗尾東南，現(xiàn)狀干流長(zhǎng)度約5km，珠江涌流域面積約3.42km2。場(chǎng)地北側(cè)河涌寬度約11.40m，河床底標(biāo)高為5.19m，水深約30~50cm（枯水期），水流平緩。

項(xiàng)目場(chǎng)地離珠江涌河道較近，珠江涌河道較寬闊，砂層較厚，珠江涌地表水通過(guò)砂層、巖層的孔隙、裂隙下滲與地下水相通，地下水與地表水水力聯(lián)系十分緊密，基坑的開(kāi)挖改變了地下水的徑流及排泄條件，可能會(huì)出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象，因此地表水和地下水的存在以及它們之間較密切水力聯(lián)系給基坑的施工帶來(lái)一定的影響?；硬捎妹魍冢捎诘叵滤c地表水水力聯(lián)系十分緊密，基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，在止水措施不到位或工程降水不當(dāng)時(shí)可能發(fā)生潛蝕、管涌等導(dǎo)致基坑邊坡變形破壞。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地層巖性

場(chǎng)地地層區(qū)域內(nèi)發(fā)育的地層自老而新簡(jiǎn)述如下：白堊系上統(tǒng)三水組（Kss）：巖性主要為含礫砂巖，呈褐紅色，含礫砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，鉆孔揭露該層總層厚15.10~38.40m。第四系殘積層（Qel）巖性為灰綠色，硬塑狀砂質(zhì)粘性土，為花崗巖風(fēng)化殘積而成，遇水易軟化崩解，呈似層狀或透鏡狀分布；第四系沖洪積相沉積層（Q4al+pl）主要由粉質(zhì)粘土組成，呈褐黃色，可塑，主要成分為粘粒、粉粒，含少量砂粒。第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）可分為兩層，上層主要由淤泥質(zhì)土組成，呈深灰色、灰黑色，流塑，主要成分為粘粒、粉粒及有機(jī)質(zhì)，局部含砂粒。下層主要由淤泥質(zhì)砂組成，呈深灰色、灰黑色，松散，主要成分為粉細(xì)砂，局部與淤泥互層。區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要為將軍山單元（T3J），巖性為混合花崗巖。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

場(chǎng)地范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，但場(chǎng)地附近有隱伏斷裂構(gòu)造，且西側(cè)局部有侵入巖。項(xiàng)目所在地沖積平原地貌中全新世以抬升為主，晚全新世以沉降為主，沉降速率為0.43mm/a；丘陵區(qū)抬升速率為1.78mm/a。

3 項(xiàng)目場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

3.1 地層結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)特征

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程勘察及水文地質(zhì)鉆探取得地質(zhì)資料，經(jīng)綜合整理分析，按其巖土特征，自上而下劃分如下：

（1）第四系人工填土層（Q4ml）。雜填土：主要組成為碎石、粘性土及少量砂，頂部0.2m 多數(shù)地段為砼，硬雜物約占40%。其富水性弱，透水性差。

（2）第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）。淤泥質(zhì)土：灰黑色，飽和，軟塑，含有機(jī)質(zhì)，具腥臭味，韌性及干強(qiáng)度低，切面較光澤，局部夾粉砂。其富水性弱，透水性差。淤泥質(zhì)砂：灰色，飽和，松散，主要由淤泥、粉細(xì)砂互層組成，土質(zhì)不均，分選性差。其富水性中等，透水性中等。

（3）第四系沖積層（Q4al）。粉質(zhì)粘土：褐黃色、灰色，可塑，成份以粉、粘粒為主，韌性及干強(qiáng)度中等，含少量砂粒。其富水性弱，透水性差。

（4）殘積土層（Qel）。砂質(zhì)粘性土：含礫砂巖風(fēng)化殘積土，褐紅色，硬塑，土質(zhì)不均勻，夾少量巖屑，切面稍光澤，遇水易崩解。其富水性弱，透水性差。

（5）白堊系上統(tǒng)三水組（Kss）。

①全風(fēng)化含礫砂巖：褐紅色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈。其富水性弱，透水性差。

②強(qiáng)風(fēng)化含礫砂巖：褐紅色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，泥質(zhì)充填。本層在所有鉆孔中均有揭露。其富水性弱，透水性差。

③中風(fēng)化含礫砂巖：褐紅色，含礫砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)。其富水性受巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度的不同而不等。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水位埋藏較深，富水性總體介于貧乏和中等中間。

（6）將軍山單元（T3J）。中風(fēng)化混合花崗巖：灰白色，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育。其富水性受巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度的不同而不等。地下水位埋藏較深，富水性總體介于貧乏和中等中間。

3.2 水文地質(zhì)概況

場(chǎng)地及周邊地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水兩種，周邊河流等地表水體較多，地下水補(bǔ)給來(lái)源較豐富，地下水位較淺，地下水位動(dòng)態(tài)變化主要受大氣降雨影響，雨季地下水位升高，枯水期降雨減少，水位緩慢下降。

第四系松散巖類孔隙水主要賦存于淤泥質(zhì)細(xì)砂層孔隙中，地下水埋藏較深，以孔隙承壓水為主，其單井涌水量一般為80~150m3/d，砂層孔隙水的富水性中等。場(chǎng)地地勢(shì)較低，匯水條件、補(bǔ)給條件較優(yōu)越，補(bǔ)給來(lái)源廣，主要接受大氣降雨及河流等地表水體入滲補(bǔ)給，其動(dòng)態(tài)受降雨量和地表水影響明顯，由于第四系松散巖類孔隙水地下水位埋藏較淺，徑流較緩慢；地下水主要以滲流形式向附近地勢(shì)低洼的河谷排泄。

層狀基巖裂隙水：本區(qū)的層狀基巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，連通性差，且多呈閉合或半閉合型，賦存及運(yùn)移條件較差，水量具有明顯的區(qū)段性和不均勻性。區(qū)內(nèi)層狀基巖裂隙水屬淡水，單井涌水量98.6~200m3/d，其富水性貧乏—中等，地下水多屬承壓水。

塊狀巖類基巖裂隙水：該類地下水的含水層為中風(fēng)化混合花崗巖風(fēng)化裂隙中，場(chǎng)地基巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，其連通性較好，地下水具承壓性。富水性及透水性主要決定于構(gòu)造條件和風(fēng)化作用，故富水性和透水性均有明顯的不均勻性，裂隙發(fā)育地段的富水性較好，反之則較差。該巖類的富水性屬貧乏—中等，為承壓型微咸水。

4 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

（1）地下水的補(bǔ)給?？辈閮?nèi)地下水動(dòng)態(tài)變化具季節(jié)性，主要受降雨季節(jié)支配。且由于降雨在年內(nèi)分配不均，不同季節(jié)的蒸發(fā)度、濕度也不同，故滲入補(bǔ)給量亦隨季節(jié)而變化，雨季是地下水獲得補(bǔ)給最多的季節(jié)。

（2）地下水的徑流與排泄。地下水的徑流排泄與地形地貌、地層巖性密切相關(guān)，區(qū)內(nèi)地下水流向與地形傾斜方向基本一致，地下水排泄主要以滲流的形式排入附近溪流或河流中，區(qū)內(nèi)雨量充沛，位于珠江三角沖積平原，地勢(shì)低洼，地下水補(bǔ)給來(lái)源充足；地下水運(yùn)移多以淺循環(huán)為主，徑流途徑長(zhǎng)；地形地貌有利于地表水、地下水的匯集和徑流排泄。評(píng)估區(qū)地下水的排泄形式主要為滲入潛流、蒸發(fā)兩種，最終向四周水道排泄。

5 區(qū)域地下水特征分析

5.1 主要地層滲透性分析

場(chǎng)地及周邊地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水、層狀巖類裂隙水三種，第四系松散巖類孔隙水主要賦存于淤泥質(zhì)細(xì)砂層孔隙中，地下水埋藏較淺，以孔隙承壓水為主，塊狀巖類裂隙水主要賦存于混合花崗巖中，層狀巖類裂隙水主要賦存于含礫砂巖中。通過(guò)抽水試驗(yàn)，分析計(jì)算得出了淤泥質(zhì)細(xì)砂層和下部基巖裂隙水含水層的滲透系數(shù)。

選擇XZK37、XZK62 這2 個(gè)鉆孔，對(duì)鉆孔中的淤泥質(zhì)粉細(xì)砂進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，這2個(gè)孔地下水埋藏較淺，以孔隙承壓水為主，每個(gè)鉆孔鉆至砂層底部后，洗井、下過(guò)濾管，然后對(duì)淤泥質(zhì)細(xì)砂層進(jìn)行了抽水試驗(yàn)。

以孔號(hào)為CSZK1、CSZK2 的水文孔查明基巖裂隙含水層滲透性，每個(gè)鉆孔穿過(guò)強(qiáng)風(fēng)化層后鉆至60.0m后，洗井、下過(guò)濾管，然后對(duì)基巖裂隙含水層進(jìn)行了抽水試驗(yàn)。具體試驗(yàn)過(guò)程如下：

（1）CSZK1 基巖裂隙水含水層的巖性主要為巖狀強(qiáng)—中風(fēng)化含礫砂巖層，埋深為32.00~60.00m，總厚度為28.00m。上部第四系土層及全風(fēng)化巖、呈土狀的強(qiáng)風(fēng)化巖則為良好的隔水層。

抽水前測(cè)得穩(wěn)定水位埋深1.20m，過(guò)濾管位于孔深32.00~48.00m，用于護(hù)住強(qiáng)風(fēng)化含礫砂巖井壁，48.00m以下為中風(fēng)化含礫砂巖自然井壁；成井后進(jìn)行試抽，抽水穩(wěn)定后，測(cè)得管內(nèi)穩(wěn)定水位為19.50m，水位降深18.30m。

（2）CSZK2 基巖裂隙水含水層的巖性主要為巖狀強(qiáng)風(fēng)化含礫砂巖、巖狀強(qiáng)—中風(fēng)化混合花崗巖，埋深為21.00~60.00m，總厚度為39.00m。上部第四系土層及全風(fēng)化巖、呈土狀的強(qiáng)風(fēng)化巖則為良好的隔水層。

抽水前測(cè)得穩(wěn)定水位埋深1.40m，過(guò)濾管位于孔深21.00~33.00m，用于護(hù)住強(qiáng)風(fēng)化巖井壁，33.00m 以下為較穩(wěn)定的強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖自然井壁；成井后進(jìn)行試抽，抽水穩(wěn)定后，測(cè)得管內(nèi)穩(wěn)定水位為23.20m，水位降深21.80m。

采用承壓完整井的Dupuit公式估算抽水影響半徑和滲透系數(shù)：

式中：R——影響半徑，m；

K——含水層滲透系數(shù)，m/d；

Q——抽水井流量，m3/d；

Sw——抽水井中水位降深，m；

M——承壓含水層厚度，m；

rw——抽水井半徑，m。

如表1計(jì)算結(jié)果，淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層的滲透系數(shù)平均值為4.05m/d，而場(chǎng)地內(nèi)強(qiáng)—中風(fēng)化基巖層的滲透系數(shù)為0.0338~0.5253。按照水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50487-2008）巖土體滲透性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分，前者屬于屬于中等透水層。后者屬于弱—中等透水層，其透水性與構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育程度有關(guān)。

表1 淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層抽水試驗(yàn)成果一覽表

5.2 大氣降雨滲入補(bǔ)給量估算

大氣降雨為場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給源，受氣候和地形影響，地下水位具季節(jié)性變化。根據(jù)調(diào)查，場(chǎng)地內(nèi)匯水面積小，地表水排泄條件良好。大部分降水屬暫性洪流，且能迅速排出場(chǎng)外，少部分降水滲入地下補(bǔ)給含水層，部分又以潛流的形式滲出場(chǎng)外。按大氣降水入滲系數(shù)法估算場(chǎng)地地下水天然補(bǔ)給量如下：

式中：Q——大氣降水入滲補(bǔ)給量，m3/d，；

a——降雨入滲系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.36；

W——年均降水量，mm，黃埔區(qū)年平均降雨量1694mm；

A——滲補(bǔ)給面積，km2，取場(chǎng)地范圍面積為0.0199km2。

經(jīng)計(jì)算，Q=33.25m3/d。

6 結(jié)論與建議

（1）場(chǎng)地內(nèi)第四系土層力學(xué)性質(zhì)較差、自穩(wěn)性差，砂層透水性中等，水量中等，基坑開(kāi)挖時(shí)須采取可靠的支護(hù)措施及止水、排水措施，采取有效措施防止基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、漏水、基坑底板隆起、涌水（流砂）及防止周邊地面沉降，周邊道路、管線及建筑物開(kāi)裂下沉，同時(shí)做好基坑周邊建（構(gòu)）筑物的變形監(jiān)測(cè)。

（2）計(jì)算得出的強(qiáng)—中風(fēng)化巖的滲透系數(shù)僅針對(duì)于鉆孔位置處所揭露的強(qiáng)—中風(fēng)化巖的滲透系數(shù)，不能代表整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)的強(qiáng)—中風(fēng)化巖的滲透系數(shù)，強(qiáng)—中風(fēng)化巖的風(fēng)化程度不一樣，構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育程度不一樣，其滲透系數(shù)均有所不同，透水性也不一樣。

（3）施工過(guò)程中，建議建立地下水水位長(zhǎng)期監(jiān)控體系，掌握?qǐng)龅貎?nèi)及其周圍地下水水位動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)控制。一旦發(fā)現(xiàn)地下水水位突升突降，立即啟動(dòng)應(yīng)急方案，以免對(duì)工程施工及工程建筑設(shè)施造成影響。