巖土工程勘察中的水文地質(zhì)勘探方法及其優(yōu)化措施研究

任利國(guó), 張海波

(1.中交四航局第五工程有限公司,福建 廈門 361100;2.廣州航海學(xué)院,廣東 廣州 510725)

0 引 言

巖土工程勘察是工程建設(shè)過程中首先要進(jìn)行的基礎(chǔ)性工作,是巖土工程技術(shù)體系中的重要組成部分。從實(shí)踐情況來看,巖土工程勘察中水文地質(zhì)問題是非常關(guān)鍵并且容易被忽視的問題。水文地質(zhì)問題之所以重要,主要是由于水文地質(zhì)情況直接關(guān)系到工程地質(zhì)情況,地下水不僅是巖土體的關(guān)鍵組成部分,而且對(duì)于巖土體工程特性具有重要影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)建筑工程耐久性、穩(wěn)定性造成直接影響。

雷艷[1]、李煒[2]主要針對(duì)巖土工程勘察工作中水文地質(zhì)勘探的地位以及相關(guān)內(nèi)容展開分析。張衎[3]從巖土工程勘察設(shè)計(jì)與施工的實(shí)際出發(fā),分析巖土工程與水文地質(zhì)的關(guān)系。王曉光[4]從不同方面分析了水文地質(zhì)調(diào)查在巖土工程勘察中的應(yīng)用,認(rèn)為水文地質(zhì)調(diào)查與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查一致,均為巖土工程勘察中的重要內(nèi)容。劉佳海[5]對(duì)巖土工程勘察中的水文地質(zhì)勘探內(nèi)容進(jìn)行了分析,探討了水文地質(zhì)給巖土工程帶來的影響,提出了在水文地質(zhì)勘探存在的問題和解決策略。李志奇[6]、肖星球[7]、徐立亮[8]從巖土工程勘察工作主要內(nèi)容入手,結(jié)合當(dāng)前水文地質(zhì)勘探中存在的問題提出具體優(yōu)化措施,進(jìn)一步提升整體勘察水平。

因此,為了進(jìn)一步提升工程勘察質(zhì)量,加強(qiáng)水文地質(zhì)勘探方法及其優(yōu)化措施的研究是非常關(guān)鍵的。

1 巖土工程勘察中水文地質(zhì)勘探概況

1.1 工程勘察的必要性

準(zhǔn)確可靠的巖土工程參數(shù)對(duì)建筑工程具有舉足輕重的地位,詳細(xì)探查巖土工程參數(shù)是建筑工程規(guī)劃、施工、運(yùn)營(yíng)階段不可缺少的依據(jù)。巖土的構(gòu)成情況對(duì)于建筑工程的安全性和穩(wěn)定性有重大影響。這就需要對(duì)巖土工程進(jìn)行詳細(xì)的勘察,準(zhǔn)確探明各地質(zhì)層的詳細(xì)參數(shù),為工程提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),地下水的勘察是巖土工程勘察的重要組成部分,地下水對(duì)巖石的屬性有很深的關(guān)系,因此需要認(rèn)真勘察地下水對(duì)巖石屬性的影響。針對(duì)巖土工程勘察中存在的問題進(jìn)行分析,并提出合理的建議與改進(jìn)措施。巖土工程勘察流程如圖1所示。

圖1 巖土工程勘察流程圖

1.2 巖土工程勘察中水文地質(zhì)存在的問題

(1) 對(duì)巖土工程勘察不夠重視。在實(shí)際的巖土工程勘察中,勘察人員往往只關(guān)心巖土的地質(zhì)情況而忽視了水文地質(zhì)的信息,這就導(dǎo)致了巖土工程勘察的片面化,不能從全局的角度分析得到準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)。

(2) 對(duì)巖土工程勘察不夠深入。現(xiàn)階段尚未形成系統(tǒng)的、科學(xué)的、完善的巖土工程勘察體系。在實(shí)際工程勘察中,相關(guān)勘察浮于表面,難以深入研究。這就使得相關(guān)水文地質(zhì)勘探的結(jié)果可靠性與準(zhǔn)確性較低,不能夠?yàn)楣こ烫峁┚珳?zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 巖土工程勘察中水文地質(zhì)勘探方法及技術(shù)手段

2.1 案例基本概況

廈門市軌道交通6號(hào)線集美至同安段工程嘉庚體育館—同翔高新城段(即9號(hào)線一期工程)是廈門島外環(huán)灣串聯(lián)同安區(qū)與集美區(qū)的線路,線路南起嘉庚體育館站,北至同翔高新城站,沿潯江路—美山路—西洲路—濱海西大道—陽翟路西側(cè)規(guī)劃軌道交通走廊—霞輝路—環(huán)城路—五顯路(規(guī)劃同新路)布設(shè),串聯(lián)集美老城、僑英片區(qū)、美峰現(xiàn)代服務(wù)業(yè)基地、環(huán)東海域新城、西湖片區(qū)、同安老城、同翔高新城等城市節(jié)點(diǎn)和重要組團(tuán)。

本工程線路正線右線全長(zhǎng)26.420 km,設(shè)站15座,平均站間距1.822 km,其中換乘站4座,分別與4、5、6、11號(hào)線及BRT換乘;設(shè)1段1場(chǎng),分別為寨陽車輛段、洪塘頭停車場(chǎng),出入線分別自同安一中站、潘涂站接軌,出入線長(zhǎng)度分別為1.612 km、0.702 km;設(shè)2座主變電所,其中1座利用4號(hào)線西洲主變電所,新建1座新民主變電所,位于新民站附近,與5號(hào)線共享;控制中心共用1號(hào)線園博苑控制中心。

2.2 水文地質(zhì)試驗(yàn)

本次勘察抽水試驗(yàn)為單孔穩(wěn)定流簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)。用螺桿潛水電泵抽水,計(jì)量工具為旋翼式水表計(jì),水位測(cè)量工具為萬用表。

抽水孔均做2～3次降深,降深的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間為8～16 h,水位允許波動(dòng)范圍為3～5 cm,試驗(yàn)操作符合相關(guān)規(guī)范。試驗(yàn)精度與專門水文地質(zhì)抽水試驗(yàn)有一定差異,可作為大致評(píng)價(jià)場(chǎng)區(qū)巖土水文地質(zhì)特性的依據(jù)。

2.3 室內(nèi)巖、土、水試驗(yàn)

(1) 一般黏性土試驗(yàn)提供比重、含水量、天然密度、濕密度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、壓縮系數(shù)、壓縮模量(視需要選做固結(jié)系數(shù)、水平固結(jié)系數(shù)、各級(jí)壓力下的孔隙比)、天然快剪、固結(jié)快剪、不固結(jié)不排水剪UU、固結(jié)不排水剪CU、滲透系數(shù)、靜止側(cè)壓力系數(shù)、自由膨脹率、有機(jī)質(zhì)含量等參數(shù)。對(duì)需要測(cè)定基床系數(shù)的,選擇代表性樣品采用三軸試驗(yàn)測(cè)定。對(duì)盾構(gòu)施工的黏性土,加做顆粒分析。

(2) 砂土(擾動(dòng)土)試驗(yàn)提供比重、顆粒分析(包括砂土、粉土的級(jí)配)、特征粒徑(d70、d60、d50、d30、d10)、不均勻系數(shù),曲率系數(shù)及土名等參數(shù),并提供黏粒含量百分率ρc,以及砂土的水上、水下坡角。

(3) 殘積土除需要提供一般黏性土試驗(yàn)及顆粒分析試驗(yàn)外,還要提供細(xì)粒土的天然含水量、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等細(xì)粒土指標(biāo)。

(4) 巖石試驗(yàn)項(xiàng)目有:比重、密度(天然、烘干、飽和)、吸水率、飽水率、孔隙率、單軸極限抗壓強(qiáng)度(天然、飽和、烘干)、軟化系數(shù),選擇部分樣品做彈性模量(E)、泊松比、巖石抗剪斷強(qiáng)度(c、φ值)、抗拉試驗(yàn)、巖石波速試驗(yàn)以及軟化試驗(yàn)等。當(dāng)破碎巖體取樣困難時(shí),采用點(diǎn)荷載試驗(yàn)測(cè)定其強(qiáng)度指標(biāo)。工點(diǎn)具體試驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)工程需要確定。

(6) 對(duì)處于地下水位以上的混凝土結(jié)構(gòu),取土樣做土的腐蝕性試驗(yàn)。

2.4 水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

勘察期間在鉆孔M9Z3-TQM-46進(jìn)行抽水試驗(yàn),利用鉆孔M9Z2-TQM-002抽水試驗(yàn)結(jié)果,來查明不同含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。

表1 抽水試驗(yàn)成果表

2.5 隧道涌水量預(yù)測(cè)

2.5.1 盾構(gòu)隧道涌水量預(yù)測(cè)

擬建區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)法施工主要是掌子面進(jìn)水,正常掘進(jìn)時(shí)隧道周邊不進(jìn)水,遇事故或障礙時(shí)方進(jìn)行排水,故采用達(dá)西定律分別估算隧道最大涌水量。

式中:Q為隧道通過含水體的正常涌水量,m3/d;K為滲透系數(shù),m/d;ΔH為隧道底板到潛水面的距離,m;d為隧道直徑,m;L為滲流長(zhǎng)度,m,取10 m。

根據(jù)以上公式,計(jì)算隧道掌子面涌水量見表2。

表2 盾構(gòu)掌子面正常涌水量估算表

2.5.2 暗挖法隧道涌水量預(yù)測(cè)

擬建區(qū)間隧道設(shè)置3處聯(lián)絡(luò)通道,根據(jù)工程設(shè)置,采用暗挖法施工,聯(lián)絡(luò)通道采用古德曼經(jīng)驗(yàn)公式估算聯(lián)絡(luò)通道開挖面最大涌水量。

式中:Q0為隧道通過含水體地段單位長(zhǎng)度的最大涌水量(m3/d);K為含水體滲透系數(shù)(m/d),計(jì)算滲透系數(shù)采用地下水位以下到隧道底板之間各巖土層厚度加權(quán)平均值;H為靜止水位至洞身橫斷面等價(jià)圓中心的距離(m);d為洞身橫斷面等價(jià)圓中心的距離(m),d=6.2 m;L為單位長(zhǎng)度,m,L=1 m。

根據(jù)以上公式,計(jì)算隧道掌子面涌水量見表3。

表3 古德曼經(jīng)驗(yàn)公式估算聯(lián)絡(luò)通道隧道涌水量計(jì)算表

3 巖土工程勘察中水文地質(zhì)勘探方法的優(yōu)化措施

3.1 形成系統(tǒng)的巖土工程勘察體系

為提升巖土工程勘察的工作效率,需要形成系統(tǒng)的城市軌道交通巖土工程勘察體系,以確保勘察過程的可實(shí)施性強(qiáng)、勘察流程高效、勘察結(jié)果可靠。并對(duì)存在的問題提出合理的改進(jìn)措施。

3.2 提高巖土工程勘察的準(zhǔn)確性

巖土工程勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義,在實(shí)際的巖土工程勘察工作中采用新技術(shù)、新工藝、新方法,不斷提高勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性,最大限度地保證勘探結(jié)果準(zhǔn)確可靠,將巖土工程勘察推向新的高度。

3.3 制定科學(xué)的巖土工程勘察評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

制定科學(xué)的、成體系的巖土工程勘察評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),按照實(shí)事求是、因地制宜的原則,制定符合具體城市的巖土工程勘察評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)巖土工程勘察進(jìn)行評(píng)價(jià),不斷推動(dòng)巖土工程勘察的高效發(fā)展。

4 結(jié)束語

水文地質(zhì)調(diào)查是巖土工程勘察的重要組成部分,水文地質(zhì)分析的深度及范圍則直接影響勘察成果的精度。文章結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目,研究了巖土工程勘察中的水文地質(zhì)勘探方法及其優(yōu)化措施,結(jié)論如下:

(1) 系統(tǒng)性地對(duì)巖土工程勘察中水文地質(zhì)勘探方法及技術(shù)手段進(jìn)行了分析,得到了精確的水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果和隧道涌水量預(yù)測(cè)。為工程施工提供了安全、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2) 工程區(qū)地下水主要以風(fēng)化裂隙孔隙水、第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水為主,地下水位較高。第四系沖洪積砂土為主要含水地層。場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件總體較為復(fù)雜。

(3) 工程區(qū)地表水環(huán)境類型為Ⅰ類、Ⅱ類時(shí),對(duì)城市軌道交通建設(shè)所采用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有輕微的腐蝕性。地下水位以上地基土環(huán)境類型為Ⅱ類時(shí)對(duì)城市軌道交通建設(shè)所采用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有輕微的腐蝕性。

(4) 應(yīng)充分學(xué)習(xí)水文地質(zhì)相關(guān)理論知識(shí),提高水文地質(zhì)勘探的能力,增強(qiáng)認(rèn)知水文地質(zhì)災(zāi)害的意識(shí),給出合理的水文地質(zhì)參數(shù),對(duì)于安全、穩(wěn)定地使用建設(shè)工程至關(guān)重要。