論水文地質巖土工程勘察設計與施工

王科以

摘 要：水文地質巖土工程勘探的主要目的是查明建設區域的地質條件，分析、預測以及評價可能存在或發生的地質問題，為防治不良地質措施提供可靠的數據參考，最終目標時為了保證工程建設正確設計，順利施工。為此文章重點介紹水文地質條件下的巖土工程勘探設計和施工，對存在的一些問題提供可行性建議。旨在加強工程建設的質量安全控制。

關鍵詞：水文地質；巖土工程；勘察；地下水；施工

1 前言

巖土工程勘察的主要內容是確定巖土的組分、結構以及物理化學等方面的性質，確定其對建筑工程建設的穩定性影響。對于水文地質條件下的勘察目標主要指研究地下水的運動規律，確定水文對工程區域的影響，做出區域穩定性評價，進行工程地質繪圖和分區。實踐表明，水文地質問題是工程施工設計中較為重要的一個問題，許多勘察最終只是做出一般性的評價，不進行較為深入的問題分析，導致施工中出現巖土工程危害問題。

2 水文地質勘察設計

2.1 勘察目標與任務

水文地質勘察的目標就是為了查明地下水的形成、分布規律，在此基礎上做出對地下水情況的評價，評價內容包括水量與水質，不同的工程建設所要解決的水文地質問題各不相同，因此對工程勘察工作要求具有明確的目的性。

2.2 設計與任務

根據一般的工程地質勘察工作，一般可劃分為勘察規劃、可行性研究、初步設計和技術實施設計四個階段，現重點介紹初步設計階段和技施設計連個重要階段，簡單介紹規劃勘察與可行新研究勘察兩階段：（1）規劃勘察與可行性研究。規劃勘察的整體目標是為工程選點提供初步的工程地質資料。該階段的主要任務是搜集整合區域水文地質資料，對于水利水電工程的規劃勘察內容包括：合流、河段與地質構造、地層巖土性質以及地震等。可行性研究是在規劃選定方案的基礎上進行勘察工作，其目的是為建筑工程設置施工方案進行地質論證，對于該階段的主要任務是對該區域的構造穩定性進行精確確認，并作出評價。（2）設計勘察。該階段的主要任務是查明水文地質條件、工程地質問題以及預測蓄水后的情況變化。對地下水實行動態監測和巖土體位移監測，需要提出地質工程問題一級處理建議；引水隧洞工程地質條件分段特征，圍巖工程地質分類等問題做出評價和建議。

3 水文地質測繪

水文地質測繪工作是水文地質勘察工作的基礎部分，是工程地質與水文地質勘察中的重要手段之一。測繪工作的流程包括：準備、野外作業、內業整編。測繪結構的呈現形式主要包括：提出相應的地質圖、地貌圖、綜合水文地質圖、刨面圖以及水文、氣象圖表和文字報告。

水文地質測繪必須注意精度的選取，應該根據比例尺的精度要求確定單位面積內的觀測點以及觀測線路的長度等，比如對于1：50000的測繪比例精度下，對于預松散巖層地區選擇地質觀測點歌說為0.3～0.6個每平方千米，對于基巖地區應設置0.75～2.0個每平方千米；對于水文地質觀測點個數一般為0.2～0.6個，選擇的觀測線路長度應為1.0～2.0km每平方千米。對于同時進行地質和水文地質的觀測時應相應擴大觀測點數量。

4 勘察施工要點

4.1 物探工作

根據巖層具有不同的物理性質，常用電法勘探和彈性波勘探兩種方法測定地下深處地質層物理參數，了解深處地質體的情況。其中，彈性波勘探包括地震勘探、聲波和超聲波勘探等，可以探測大范圍內覆蓋層厚度和基巖狀況，探查含水層，追蹤古河道位置，查詢斷層碎帶，測定風化層厚度以及巖土的彈性參數等。

4.2 鉆探工作

通過在人力、物力的帶動下旋轉切割或沖擊鑿碎巖石，形成直徑比較小的深度比較大的鉆孔。通過去除的巖芯可以直觀的確定巖層性質、地質構造、巖體風化等特征。根據從鉆孔中去除的巖樣和水樣，設計相關試驗，比如工程地質、水文地質以及灌漿試驗、長期觀測工作以及地應力測量等。相對于物探工作而言，鉆探勘探精度比較高，勘探深度大、受地下水限制、鉆進速度快，是在水文地質條件下，巖土工程勘察的常用手段。

4.3 坑探工作

坑探工作雖然受到限制，而且成本比較高，但是其具有工具簡單，技術要求不高，揭露的面積比較大，勘探人員可以直接觀察到地質現象等諸多優點，因此也是勘探中常用手段。

5 重視野外試驗

該項工作是水文地質勘探中經常進行且十分重要的勘察方法。是獲得工程地質水文地質問題定量評價、工程設計、施工和認識水文地質條件，評價地下水資源所需參數的主要手段。具體野外水文試驗主要包括抽水試驗、滲水試驗、巖溶連通試驗、鉆孔壓水試驗、回灌試驗、地下水流向以及流速測定試驗等。除此之外，還包括對巖土的野外試驗，主要內容包括巖土大型剪力試驗、巖土力學性質、載荷試驗、觸探與巖體彈性模型測定等。在實際工程建設中，還應加入對低級處理試驗，主要包括裝機承載力試驗和灌漿試驗等。

5.1 鉆孔壓水試驗

鉆孔壓水試驗評價巖層的完整性和滲水程度具有重要意義。根據壓水水頭、試段長度以及深入水量，能夠確定裂隙巖石的滲透性能。通過該試驗，還可以定性的了解地下不同深度處巖層的裂隙發育的相對程度以及相對透水性，為論證水利建筑物地基與庫區巖層的透水情況、制定防滲處理辦法提供最基礎的數據資料。

5.2 巖土力學性質試驗

巖土力學性質試驗是水文地質巖土工程勘察的重要勘察目標，因此必須重視巖土的力學性質。具體包括抗壓試驗、載荷試驗、變形性試驗、抗剪應力試驗等內容，具體內容如下：（1）巖體抗壓試驗。將延時時間加壓至破壞，測出巖石抗壓強度。（2）巖體抗剪應力試驗。該實驗包括對巖體軟弱結構面的抗剪強度試驗，巖體本身抗剪力試驗和混凝土與巖體膠結面抗剪力試驗。通過相互垂直的兩個方向的作用力，繪制不同方向剪應力與剪切位移的關系曲線，確定抗剪強度參數。

5.3 土體載荷試驗

土體載荷試驗是一種現場模擬試驗。該實驗用來測量和確定地基土體容許承載力、研究地基土體變形范圍以及應力分布狀況、測定地基土體變形模量和地基土體容許承載力強度等。土體載荷試驗對于在地質比較軟弱和不均勻的地基工程地質勘探中應用極為廣泛，特別是對于大型的工業、民用建筑建設勘探中應用較多，對獲得評價地基穩定性結論具有重要意義。

6 需要注意的問題

對于水文地質巖土勘察應當重視對巖土水理性質的實驗和研究，重視地下水可能引起的巖土工程危害。巖土水理性質可以通過改變巖土強度，時期變形，進而影響建筑物穩定性。根據地下水的賦存形式，比如毛細管水、結合水、重力水三種形式的分析和測定，對地下水升降變化進行長期觀測等，對巖土的透水性、崩解性、給水性、軟化性和脹縮性進行全面的分析，并作出評價和給出明確的解決辦法。

7 結束語

水文地質條件下的巖土工程由于要改變地下水天然的動力平衡條件，將會造成嚴重巖土工程危害，常見的危害如基坑、慣用和流砂等，因此一方面要加強前期的各項地質、水文地質的勘察和試驗，另一方面，隨著工程的進展，還要根據進度，進行長期觀測，長期觀測部分是對前期勘探復驗的重要一步，便于設計和施工的調整，對避免重大工程事故具有重要意義。

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