地下水對巖土工程勘察的影響及控制措施

周 默

（北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101）

在巖土工程勘察工作中，部分工作人員忽視了對水文地質問題的勘察，將之當作一項象征性工作，在勘察報告中僅做簡單的一般性評價。但在實際工程中，部分地區的水文地質條件非常復雜，會對重要工程或高層建筑產生巨大影響，如果巖土工程勘察缺乏對水文地質問題的深入探究，就可能導致工程建設因地下水而引發管涌、流沙、基坑突涌等地質危害，進而對工程施工安全、施工進度和工程質量造成嚴重影響[1]。因此，研究和探討地下水對巖土勘察工作的影響，并制定有效的控制措施具有非常重要的意義。下面，筆者將先介紹巖土的水理性質。

1 巖土的水理性質

1.1 透水性

透水性主要指重力作用下，巖土允許水穿透的性能。巖土越松散，顆粒越不均勻、越細，其透水性就會越弱。巖溶越發育或堅硬巖石的裂隙，其透水性會越強。通常情況下，可用滲透系數表示巖土的透水性，可利用抽水試驗的方法求取巖土體的滲透系數。

1.2 軟化性

軟化性主要指浸水后的巖土體力學強度減弱的特性，可用來判斷巖石的耐水浸水、耐風化能力，通常用軟化系數來表示。各種成因的泥巖、黏性土層、泥質砂巖、頁巖等都會存在軟化特性，尤其是泥頁巖軟化特性尤為突出。

1.3 給水性

給水性主要指飽水巖土在重力作用下可從裂隙、孔隙中流出一定水量的特性，通常用給水度來表示。給水度通常運用實驗室方法來測定，其可對場地的疏干時間造成一定影響，是含水層一項較為重要的地質水文參數。

1.4 崩解性

崩解性主要指浸水濕化后的巖土，因土粒連接被破壞、削弱，而導致的土體解體、崩散特性。巖土崩解性與土的礦物成分、顆粒成分、結構具有密切的關系。

1.5 漲縮性

漲縮性主要指吸水后巖土體積變大，失水后巖土體積變小的性質，因為巖土表面顆粒結合水膜會在吸水后增厚，失水后會變薄，因此巖土具有脹縮性。巖土的脹縮性常常會造成基坑隆起、地裂縫，會造成地基變形，對土坡表層穩定性造成不良影響。巖土脹縮性主要表現為體縮率、自由膨脹率、收縮系數等幾個方面。

2 地下水對巖土工程的影響

2.1 水位升降的影響

2.1.1 地下水位上升對巖土工程的影響

地下水位上升，會增加土壤中的含水量，增加土壤的重量，部分河岸和斜坡地區較易發生不良地質問題，如崩塌、滑坡等，會增加地質災害發生的概率；地下水位上升會造成對土壤的浸泡，久而久之土壤會被鹽漬化或形成沼澤，同時由于地下水對建筑物的腐蝕，建筑物的耐久性也會受到影響；地下水位上升會增加粉細砂中的水含量，檔粉土中含水量高于飽和狀態時，會導致土壤中顆粒被帶走，形成流沙和管涌現象；地下水位上升會造成巖體因被水浸泡、侵蝕而軟化，降低建筑物的抗剪力[2]。

2.1.2 地下水位下降對巖土工程的影響

過度抽取地下水或浪費水資源，會造成水質嚴重惡化，水資源枯竭，嚴重影響人類的居住環境和生態環境；地下水位下降會改變地下水浮力對地表的影響，導致各種地質災害的發生，如地面裂縫、地面塌陷等，還會對建筑物的穩定性造成一定影響，嚴重的還會威脅居住者的生命安全和財產安全[3]。

2.2 水腐蝕性的影響

一是潮濕的土或地下水中含有某些鹽類物質，它們透過毛隙孔上升，滲透到混凝土毛細孔中，在干濕作用之下，浸入毛細孔中的鹽溶液過渡到飽和狀態，當溫度下降時，會結晶出鹽晶體，鹽晶體在溫度影響下體積膨脹會對混凝土產生腐蝕破壞作用。在水汽加大、溫度上升時，鹽晶體又會發生潮解作用，在溫度降低時，又會再次形成結晶，進一步增加腐蝕的力度。在溫濕度不斷變化的情況下，混凝土的腐蝕速度會加快，進而大大減少建筑物使用壽命[4]。

二是如果地下水中含有某些過高的化學成分，將會對可溶性石材、混凝土、鋼鐵構件、管道以及器材等產生腐蝕作用，如地下水中含有過高的SO42、CI-時，混凝土鋼筋的表面會生成一層鈍化保護層，水泥在發生水化反應時會自行產生這一保護層，而氯離子可破壞該保護層，鋼筋在氧和水的共同作用下會遭到腐蝕。鋼筋在發生銹蝕后會出現兩種情況：一種情況是銹蝕物體積會增大幾倍，從而造成混凝土剝落、破裂和分層，導致腐蝕劑很快侵入鋼筋表面，加快鋼筋銹蝕速度；另一種情況是銹蝕會縮小鋼筋橫截面面積，從而使鋼筋的荷載能力減弱。氯鹽是造成鋼筋銹蝕的主要原因。

三是地下水中含有過高的SO42-，會對建筑物造成巨大危害，同時地下水位太高，建筑物的地基長期浸泡在腐蝕性較強的環境中，會出現嚴重侵蝕，影響建筑物的穩定性和耐久性，會給居住者的人身、財產安全造成威脅[5]。

2.3 水壓的影響

在自然情況下，地下水水壓的作用很小，一般不會產生什么危害。但是人工施工會破壞地下水的天然動力平衡，當地下水壓過高時，會造成管涌、流沙等嚴重工程危害?；油挥客ǔＪ怯沙袎汉畬有再|決定的，假如承壓含水層為孔隙水、裂縫水或溶洞水，在基底頂破裂之后，地下水就會通過裂縫噴涌而出，造成基坑積水。如果承壓含水層是細小的顆粒沙層，基底則會發生噴水冒砂的情況。

3 巖土工程勘察對地下水的要求

3.1 巖土工程勘察對地下水的要求

3.1.1 水文地質條件

一是該地區的氣候材料，主要包括降水量、歷史水位、蒸發量和水位變化趨勢等方面的材料，以及該地區的地下水與地表水補排關系、地下水補給排泄條件可能對其造成的影響等。二是主要含水層如何分布，隔水層和含水層埋藏環境、地下水相關情況；利用現場試驗等方式取得該地區地層滲透系統等水位地質數值，包括地下水位可能對建筑物造成的腐蝕和具體位置；著重加大對軟基巖土建筑工程水文地質條件的勘察力度。三是地表水或地下水是否遭到污染，受污染情況。四是該地區地質條件可能對地下水產生的影響，如滲流狀態或賦存狀態等。

3.1.2 水文地質參數

在實施地質工程勘察時，如果發現有含水層，就應測定地下水的水位。測量靜止水位需要一定的穩定時間，含水層滲透性不同，靜止水位的穩定時間也不相同，因此在勘察工作完成后要對靜止水位進行統一測量。如果工程需要泥漿鉆進，應先洗孔后測量水位，或者把測水管深入含水層20 cm處再測量水位。如果需要測量多層含水層，必要時可通過止水措施把需要測量的含水層與其他含水層進行隔離，再進行分別測量[6]。

可利用幾何測定地下水的流向，并對各個孔中的水位進行測量；通常采用充電法或批示劑法測量地下水的流速。

如果地下水滲透條件滿足抽水試驗要求，可采用抽水試驗。具體操作步驟為：首先，抽水試驗一般采取三次降深，同時降深要滿足工程設計對地下水位降深的要求；其次，利用同樣的儀器和方式對水位進行測量，觀測孔以毫米為單位，抽水孔以厘米為單位；再次，動水位與時間關系曲線、涌水量與時間關系曲線在一定范圍內小幅波動，未出現持續下降或上升情況，就可認定其為穩定；最后，完成抽水工作以后，要對水位恢復情況進行測量。

3.1.3 地理條件與巖土水理性質

在巖土工程勘察中，工作人員應高度重視巖土水理情況，加強對氣象環境、地理環境、地質條件、水文條件和巖土水理情況的研究，重點對水理性質進行分析。水理性質主要指土層在地下水作用下呈現出來的性質，主要包括巖土的給水性、透水性、崩解性、軟化性和脹縮性等。在對巖層水理進行分析時，可通過采樣檢測進行分析，取得巖土水理性質相關數據后，根據工程地基的具體要求，合理改善地基設計方案，增強工程設計方案的可操作性，盡可能地減少地下水對工程地基的破壞程度。

地下水會對工程建筑造成很大影響，因此勘察工作務必要快速且準確。人們應深入了解地下水潛水層、含水層的具體分布，結合有關數據進一步調整工程建筑設計方案，同時制定行之有效的預防方案。實施巖土工程勘察時，應嚴格按照工程施工和地基環境要求，對區域水文情況進行勘察，同時結合勘察結果制定防治措施和方案。工程地基會對含水層的水壓產生一定影響，所以在設計巖土工程時要對該因素進行周密考慮。在選擇施工材料時，最好選擇防腐性能強的混凝土，以增強工程底板的抗腐蝕性，延長底板使用壽命。在勘察工作中，應高度重視地下水巖層性質分析，并采取措施預防流沙、噴涌等情況。

3.2 巖土工程勘察對地下水作用的評價

一是對埋藏于地下水位之下的建筑物混凝土以及其內部鋼筋的腐蝕性進行評價；二是地基壓縮層存在飽和、松散的細砂土時，應對出現流沙、潛蝕管涌可能性進行預測；三是對以強風化巖、軟質巖石、殘積土、膨脹土等作為建筑基礎持力層的場地，要對地下水可能對巖土體產生的崩解、軟化、漲縮作用進行重點評價；四是基坑開挖到地下水位以下后，要開展富水性和滲透性試驗，同時對因人工降水造成的邊坡失穩、土體沉降造成的建筑物失穩進行評價。

4 巖土工程地下水的控制措施

4.1 基坑突涌的控制

首先要對發生的基坑突涌情況進行判斷?？辈鞎r，要對基坑內隔水層巖性、厚度、重量、含水層類型巖性進行勘察。結合基坑的深度，對突涌產生的可能性、突涌形式和危害進行預測。假如有產生突涌的可能性，則應制定防治措施，可通過兩種方案防治突涌發生：一是在基坑周圍開鑿排水孔，以減弱承壓水頭壓力，降低承壓水位；二是減小基坑的開挖深度，使基底水層厚度保持在不致出現突涌的范圍之內。

4.2 地下水腐蝕的控制

一是最大限度地減少工業廢料污染，提高污水凈化的工藝，加大對日常生活和工業廢料的環保無公害利用。二是提高混凝土耐久性，在對混凝土腐蝕強的地段，使用礦渣水泥或抗硫酸鹽水泥。在腐蝕特別嚴重的區域建造樁基礎時，要對樁身進行防腐處理，例如對樁身采取高分子樹脂、瀝青等涂膜防護，并可采用排水換土、場地降水等防治方法。

4.3 其他方面

首先，在巖土工程施工中，地下水控制的效果不僅取決于控制方案，也取決于管理水平和施工質量。在具體施工中，必須重點考慮降水井的結構，洗井效果，抽水泵抽水能力與出水能力是否適應。在降水期間，應加強對設備的維護，切勿隨意停抽。

其次，降水會引起地下水的變化，在降水時施工也會面臨一些意外因素，施工區域附近的河流、湖泊等在豐水期、枯水期對地下水有不同的影響，也會給施工帶來影響。如果周邊區域流截河流施工，在地下室底板完全封底前河流水位發生變化，也會導致工程問題。大量降水會引起地下水上升，對邊坡等造成影響。

最后，部分人為因素導致的基坑邊地下水問題也應引起注意。例如，有些項目部因場地限制，在基坑邊設置衛生間、廚房等，如果這些場所的廢水排放不合理，就回沖刷周圍的土體，導致導致工程建設受到影響。

5 結語

在巖土工程勘察中，水文地質勘察工作具有非常重要的意義。在今后的巖土工程勘察中，應強化對水文地質問題的研究分析，提高地下水對巖土工程影響的認識，科學評價地下水對建筑物和巖土體造成的影響和作用，制定有效的治理和預防措施，最大限度地減少和消除地下水對工程造成的不良影響。