工程勘察中水文地質問題分析研究

李建生

（云南省地質調查院物化探所，云南 昆明 652100）

前言

人類發展演化過程中，經歷了各種各樣地質作用所造成的災害，其中大部分地質災害的形成都有地下水的參與。據大量事實統計，地下水與巖土體互相作用所造成的地質災害具有類型的多樣性、機理的復雜性、分布的廣泛性、災害的嚴重性和可控性等特征。同時，目前在生產和科研實踐中對地下水作用致災的重要性認識及勘察研究投入不夠，在工程地質勘察評價中對地下水作用的定性定量分析還是一個薄弱環節。實踐證明，在工程勘察、設計和施工過程中，水文地質問題雖然重要但卻是一個易于被忽視的問題。之所以重要，是因為水文地質和工程地質二者關系極為密切，互相聯系且互相作用，地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎工程的環境，影響建筑物的穩定性和耐久性。至于容易被忽視，是在實際的勘察工作中，在勘探成果內因為很少直接涉及水文參數的利用，水文地質問題往往只被認為是象征性的工作，在勘察中大多只是簡單地對天然狀態下的水文地質條件作一般性評價，在勘察報告中往往是幾句話一帶而過。在一些水文地質條件較復雜的地區，由于工程勘察中對水文地質問題研究不深入，設計中又忽視了水文地質問題，經常發生由地下水引發的各種巖土工程危害問題，令勘察和設計處于難堪的境地。因此為提高工程勘察質察中不僅應要求查明與巖土工程有關的水文地質問題，評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響，更要提出預防及治理措施的建議，為設計和施工提供必要的水文地質資料，以消除或減少地下水對巖土工程的危害。

1 充分認識地下水引起的巖土工程危害

地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水的動水壓力作用兩個方面的原因造成的。

1.1 地下水升降變化引起的巖土工程危害

地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當地下水位的變化達到一定程度時，都會對巖土工程造成危害，地下水位變化引起的危害又可分為三種方式：

水位上升引起的巖土工程危害。潛水位上升的原因是多種多樣的，主要有人類活動因素如工程建筑施工、工業廢水和生活污水的滲透等影響；水文氣象因素如降雨量、氣溫等；地質因素如含水層顆粒大小、總體巖性水平變化等。有時往往是幾種因素的綜合結果。

①土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。

②斜坡、河岸等巖土產生滑移、崩塌等不良地質現象。

③一些具特殊性的巖土體結構破壞、強度降低、軟化。

④引起粉細砂及粉土飽和液化、出現流砂、管涌等現象。

⑤地下洞室充水淹沒，基礎上浮、建筑物失穩。

⑥引起堅硬巖土軟化，水解、膨脹、抗剪強度降低。

地下水位下降引起的巖土工程危害。地下水位的降低多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降可能引起巖土工程的危害主要體現在以下幾個方面：

①常常誘發地裂、地表塌陷、地面塌陷等地質災害，對巖土體、建筑物的穩定性產生重大影響并直接威脅人類生命財產安全。

②地下水源枯竭、水質惡化等環境問題，對人類自身的居住環境造成很大威脅。

③施工降水等活動中產生水頭差導致動水壓力的產生，使粉細砂、粉土層中的土顆粒受到沖刷，將細顆粒沖走，使土的結構遭到破壞。

地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害。地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產生不均勻的脹縮變形，當地下水升降頻繁時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復發生，而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內由于地下水的積極交替，會將土層中膠結物＿鐵、鋁成分淋失，使土層失去膠結物而變得松軟，孔隙比增大，含水量增多，壓縮性增大，強度降低，給巖土工程基礎選擇、處理帶來較大的麻煩。

1.2 地下水動力作用引起巖土工程危害

地下水在天然狀態下動水壓力作用比較微弱，一般不會造成什么危害，但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件，在移動的水壓力作用下，往往會引起一些嚴重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等，造成安全隱患及影響工程質量。

2 明確工程地質勘察中水文地質勘察的基本要求

對工程有影響的水文地質因素有：地下水的類型、地下水位及變動幅度、含水層和隔水層的厚度和分布及組合關系、土層或巖層滲透性強弱及滲透系數、承壓含水層的特征及水頭等。為提高工程地質勘察質量，消除或減少地下水對工程建設的危害，在工程地質勘察中應查明與巖土有關的水文地質問題，評價地下水對巖土體和建筑工程可能產生的作用及其影響，且提供必要的水文地質資料。

2.1 查明相關的水文地質條件

區域性氣候資料，如降水量、蒸發量、歷史水位、水位變化趨勢；地下水補給排泄條件、地表水與地下水的補排關系及對地下水位的影響。

主要含水層的分布、厚度及埋深，各含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、流向、水位及其變化幅度；通過現場試驗測定地層滲透系數等水文地質參數。

場地地質條件下對地下水賦存和滲流狀態的影響。

是否存在對地下水和地表水的污染及其可能的污染程度。

2.2 水文地質問題評價內容

查明地下水在天然狀態及天然條件下的影響，分析預測在人為工程活動中地下水的變化情況，及對巖土體和建筑物的不良作用。

按地下水對工程的作用與影響，提出在不同條件下應當重點評價的地質問題并提出防治措施。如對埋藏在地下水位以下的建筑物基礎中水對混凝土及混凝土內鋼筋的腐蝕性；對選用軟質巖石、強風化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎持力層的建筑場地，應著重評價地下水活動對上述巖土體可能產生的軟化、崩解、脹縮等作用；在地基基礎壓縮層范圍內存在松散、飽和的粉細砂、粉土時，應預測產生潛蝕、流砂、管涌的可能性。

密切結合建筑物地基基礎類型（如基坑工程、邊坡工程、樁基工程）和施工需要，查明有關水文地質問題，提供所需的水文地質參數。

對高層建筑或重大工程，當水文地質條件對地基評價、基礎抗浮和工程降水有重大影響時，宜進行專門的水文地質勘察。

對缺乏常年地下水位監測資料的地區，在高層建筑或重大工程的初步勘察時，宜設置長期觀測孔，對有關層位的地下水進行長期觀測。

3 重視工程勘察中水文地質參數的測定

為了定量的說明巖土體中的水文地質條件，在勘察中還應明確如何測定我們所需要的水文地質參數。

3.1 測定不同的水文地質參數選擇不同的測定方法

測水位：鉆孔、探井或測壓管觀測。

滲透系數、導水系數：抽水試驗、注水試驗、壓水試驗、室內滲透試驗。

給水度、釋水系數：單孔抽水試驗、非穩定流抽水試驗、地下水位長期觀測、室內試驗。

越流系數、越流因數：多孔抽水試驗。

單位吸水率：注水試驗、壓水試驗。

毛細水上升高度：試坑觀測、室內試驗。

3.2 地下水的量測要求

地下水水位的測定，在工程地質勘察中，凡遇含水地層時，均應測定地下水位。其中靜止水位的量測應有一定的穩定時間，其穩定時間按含水層的滲透性確定，需要時宜在勘察結束后統一測靜止水位；當采用泥漿鉆進時，測水位前應將測水管打入含水層中20厘米或洗孔后量測；對多層含水層的水位量測，必要時應采取止水措施與其他含水層隔開。

測定地下水流向可用幾何法，并同時量測各孔內水位，確定地下水的流向。地下水流速的測定可采用批示劑法或充電法。

抽水試驗應符合抽水試驗方法可根據滲透系數的應用范圍具體選用不同的方法；抽水試驗宜三次降深，最大降深應接近工程設計所需的地下水位降深的標高；水位量測應采用同一方法和儀器，讀數對抽水孔為厘米，對觀測孔為毫米；當涌水量與時間關系曲線和動水位與時間的關系曲線，在一定范圍內波動，而沒有持續上升和下降時，可認為已經穩定；抽水結束后應量測恢復水位等規定。

滲水試驗和注水試驗可在度坑或鉆孔中進行。對砂土和粉土，可采用試坑單環法；對粘性土可采用試坑雙環法；試驗深度較大時可采用鉆孔法。

壓水試驗應根據工程要求，結合工程地質測繪和鉆探資料，確定試驗孔位，按巖層的滲透特性劃分試驗段，按需要確定試驗的起始壓力、最大壓力和壓力級數，及時繪制壓力與壓入水量的關系曲線，計算試段的透水率，確定P-Q曲線類型。

孔隙水壓力的測定應符合下列規定：

①測定方法可根據試驗的適用條件確定；

②測試點應根據地質條件和分析需要布置；

③測壓計的安裝和埋設應符合有關安裝技術規定；

④測定數據應及時分析整理，出現異常時應分析原因，并采取相應措施。

毛細上升高度測定，在粉土、粘性土可采用試坑直接觀測或塑限含水量法測毛細上升高度；對中、粗砂可采用最大分子吸水量法，粉細砂則用吸水介質法測定。

4 結束語

本文結合實際，評價地下水對巖土體和建筑物的作用及其影響，明確工程勘察中水文地質問題分析研究的內容及采用的方法，以消除或減少地下水對巖土工程的危害。

[1]潘乃禮.水文地質變異因素的定量分析——方差分析在水文地質工作中的應用[J].華東地質學院學報，1987-04-02.

[2]高洪烈.對環境地質、水文地質、工程地質工作取向的討論[J].中國煤田地質，2003-04-30.