水文地質調查在巖土勘察中的應用

劉迪福

(福建省第四地質大隊，福建 寧德 352100)

水文地質調查工作是巖土勘察的基礎，只有查明擬建區域的水文地質條件，才能更客觀地評價建設區域的巖土工程條件，這是由于地下水資源對擬建區域的巖土體結構影響較大，充水和補充水狀態下的巖土體力學性質存在較大差異[1]。因此，加強水文地質調查研究對提高巖土勘察質量至關重要，故本文以實例的方式分析水文地質調查在巖土勘察中的應用。

1 水文地質調查的主要內容

水文地質調查目的是查明擬建區域的地下水類型以及賦存規律，為工程地質建設提供基礎依據。以昆明市某擬建區為例，需要查明的內容如下：

(1)查明擬建區的地下水總體分布規律。如某擬建場地位于昆明市滇池湖積盆地西北部，根據鉆孔信息獲得擬建區域地下水埋深在0.20～8.40 m之間，水位標高處于1 872.82～1 888.20 m間，高差15.38 m，地下水位高差變化大。

(2)查明影響擬建場地地下水水位變化較大的因素。如昆明某擬建場地影響地下水水位的因素包括①擬建場地周邊地塊基坑施工時設置了相應的截排水設施，改變了該區域地下水的水文地質環境；②地形、地勢變化較大，旱季及雨季施工時，地下水位變化受大氣影響較為明顯；③由于場地北部地面高程低于場地南部約-15.5 m，因此，導致部分鉆孔所量測水位標高變化大。

(3)在上述調查的基礎上，劃分場地地下水主要類型，如昆明某擬建場地的地下水類型可根據含水層特征等劃分為第四系孔隙型上層滯水和微承壓孔隙型潛水兩類。前者以雜填土為主，旱季該層含水量相對較小，該土層以建筑垃圾、黏性土混礫石為主，土層孔隙大，雨季地表水(大氣降水)極易下滲補給，水量相對較大，對雨季基坑開挖及支護施工的影響較大。該含水層主要以大氣降水為補給來源，以蒸發、地下徑流等方式排泄為主；后者以地基土中各粉土層為主要含水層，稍具承壓性，以地表水(生活用水，大氣降水等)為主要補給源，以蒸發、地下徑流等方式排泄為主，且潛水對基坑開挖及支護施工的影響大。

(4)查明擬建區域地下水的腐蝕特征，為制定防護措施或者治理方案提供依據。如根據昆明某施工場地地下水化學成分顯示，該區域地下水中SO42-含量為23.6 mg/L，Mg2+含量為2.2 mg/L，總礦化度為140.5 mg/L，侵蝕性CO2含量為12.7 mg/L，HCO3-含量為1.20 mg/L，Cl-含量為25.0 mg/L。根據上述含量變化可知，擬建區域地下水對砼結構的腐蝕性等級為微腐蝕，對砼結構中的鋼筋的腐蝕等級為微腐蝕。

2 地下水的補徑排條件調查

地下水的變化對巖土體的力學性質影響，通過巖土體的飽水狀態體現[2]。因此，必須查明擬建區域地下水的補徑排條件，為進一步分析擬建區工程地質條件提供依據。以某礦山建設工程中水文地質調查為例，其調查內容及特征如下：

(1)礦區內溝系較少，均為季節性溪溝，溪溝水流量隨季節發生較大變化，洪水季節流量大，枯水季節流量小。由于邊坡上松散蓋層較薄，透水性中等，因此礦區地表不形成積水，礦山位置高于溪溝，地表水與礦山地下水無水力聯系，礦區地下水類型主要為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水，主要接受大氣降水。地下水水位受季節變幅較大，由于污染較少，區域地下水水質較好。

(2)含(隔)水巖組。礦區內除局部(河谷地帶)分布的第四系松散堆積為富水層外，其余巖層富水性較差。礦體頂、底板巖石多為大理巖，該巖石節理裂隙不太發育或呈閉合狀，巖石完整，結構致密，除在地表淺部有極微量的裂隙水和巖溶裂隙水外，無明顯含水層存在，深部巖石幾乎不含水，大理巖中夾的各種板巖為相對隔水巖層。

(3)礦區地下水的補給、徑流和排泄。地下水活動主要受構造控制，以泉水形式出露，多與北東向壓性及壓扭性斷層緊密相關。在礦區范圍內，共出露裂隙下降泉23眼，其中有16眼沿斷層帶分布，其合計流量約占全區地下水總徑流量的80%以上。各泉旱季流量皆小于1.00 L/s，平均0.1 L/s，最小者僅0.001 L/s。全區地下水總徑流量為2.089 L/s,單位面積平均徑流量1.39 L/(s·km2)。以上泉眼多遠離礦體，在坑道內未見泉水分布。

(4)礦區水文地質條件。礦區地形切割深，坡度陡，排水條件好，最低侵蝕基準面應為上兩河，礦體分布在當地最低侵蝕基準面以上，不存在礦坑涌水，以前漆樹灣LD02內夏季存在積水，水量有限，但隨著下一中段的施工結束，積水已不存在。礦區水文地質條件簡單，對礦體開采影響不大。

3 巖溶區水文地質調查

巖溶區的碳酸鹽巖地貌位置，極易在長時期地下水的侵蝕作用下形成溶洞、漏斗、地下暗河等，對巖土工程條件影響較大[3]。因此，巖溶區的水文地質調查主要從以下幾個方面進行：

(1)碳酸鹽巖的分布特征。擬建區碳酸鹽巖的分布特征包括分布范圍、沉積厚度和巖石性質等，均與巖溶的發育程度關系密切。如某擬建區域內的碳酸鹽巖地層主要形成于三疊系下統，巖性主要為灰巖、白云質灰巖、灰質白云質巖、礫屑灰巖、巖溶角礫巖等，沉積厚度在500～1912 m，分布面積約占整個調查區面積的10.0%，區內碳酸鹽巖組巖性巖相變化較小。

(2)碳酸鹽巖額化學特征。某區內碳酸鹽巖礦物成分以方解石、白云石為主，其含量在90%以上，其次含少量云母、石英等，巖石結構多為微至細粒結構，區內三疊系下統地層中灰巖最純，出露面積最大。

(3)巖溶形態特征。調查擬建區域巖溶地貌的控制因素，確認是巖性及構造因素，還是水文、地貌和新構造運動因素。如某地內可溶性巖類的分布受地質構造的控制，集中出露在部分背斜軸部，沿構造線呈南北的條帶狀展布，雖其分布范圍有限，但其巖溶個體形態較齊全，區內發育多種巖溶形態，其中最主要的有溶洞、溶溝石芽、巖溶洼地、落水洞、暗河、伏流、巖溶湖等。

(4)溶洞、漏斗、暗河等的分布特征。如某地區的洞、漏斗、暗河等特征包括：①溶洞主要分布在下三疊統地層中，其發育具有明顯的垂直分帶特征，其中在180～400 m標高范圍內發育有多層水平溶洞，溶洞延伸方向受構造裂隙和巖性影響，蜿蜒曲折或僅形成巖腔狀(圖1a)，洞口直徑一般0.5～10 m不等，多數溶洞平時無水，暴雨后可見水流出，洞底分布有少量紅黏土，其大部分走向與巖層走向基本一致；②溶溝多發育于斜坡上，寬度多在0.5 m以內，石芽主要見于地形坡度小且巖層產狀相對平緩的“X”剪切裂隙發育地段，高度多在1 m以內，因此溶溝、石芽在背斜軸部及緩翼一帶比較發育；③巖溶洼地，分布于槽丘間，底部平坦，常有殘積層和落水洞分布，平面多呈長條狀分布，多沿構造軸線方向展布，寬度一般在50～200 m左右，延伸長度一般在200～400 m左右，高程一般在500 m左右；④落水洞一般位于溶蝕洼地底部，以漏斗狀、裂隙狀最常見(圖1b)，深度多在50 m以內，最深可達100 m以上(以近深切河谷邊緣為最大，槽坡及高位槽洼區次之)；⑤區內碳酸鹽巖出露于各背斜核部及兩翼，暗河主要分布于別兩翼槽谷以下，落水洞為其主要補給通道。區共有大小暗河40條，一般長<10 km，最長者可達16 km，區內地下暗河主要發育在三疊系下統地層中，流量為3.2～1 800 L/s。

圖1 水平干溶洞(a)和落水洞(b)

(5)擬建區域巖溶發育的基本規律分析。如某地區巖溶場地的巖溶發育規律如下：①地質構造對巖溶發育的控制作用，一般背斜軸部構成地下水和地表水的分水嶺，地下水向兩翼分流，巖溶形態主要為洼地、落水洞、漏斗、天窗、地下河等，沿構造線方向排列；而在背斜翼部巖溶發育受地層傾角影響，往往沿層面裂隙及縱張裂隙發育，形成順層徑流的地下河管道，地下水沿走向、傾向運動，巖溶作用強烈；②巖性是巖溶發育不均一的主要影響因素。區內碳酸鹽巖有石灰巖、白云質灰巖、白云巖、角礫狀灰巖、燧石灰巖、硅質灰巖及泥灰巖，各類巖石的巖溶發育程度因其所含碳酸鹽成分不同而異，因灰巖質不純，地表地下水易對其產生強烈溶蝕作用，巖溶化最強，大多數的巖溶洼地、谷地、落水洞、漏斗、天窗、溶洞發育在巖溶槽谷的灰巖巖組中；③水動力條件對巖溶發育的影響，在背斜兩翼，地層產狀較陡，地下水主要以橫向徑流為主，在兩翼的溶蝕谷地、洼地邊緣形成巖溶泉，排泄于地表，其巖溶發育主要以橫向裂隙控制為主，在地表表現為橫向溶蝕溝谷，地下則表現為地下水橫向徑流形成巖溶泉；④碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖接觸界面巖溶發育最強烈，碳酸鹽巖溶水在循環徑流過程中遇到非碳酸鹽巖相對隔水層阻水后，造成集中徑流，從而加速了巖溶發育，在條件適宜時巖溶水可溢出地表；⑤地貌及水文網對巖溶發育的影響，巖溶槽谷，補給面積大，匯水條件好，其巖溶發育比地形陡峻的壟脊山地地區更為強烈，而槽谷中又因槽洼區的補給面積和匯水條件較槽丘、槽溝區為好，故巖溶更為發育。

4 結束語

水文地質調查是巖土勘察中的重要組成部分，對巖土勘察質量高低影響較大，也與擬建區域的工程地質條件相關。不同地質條件區域水文地質調查內容不同,地質條件簡單的區域以地下水水位變化特征為主要研究內容，而巖溶地區則需加強巖溶地貌方面的研究。水文地質調查工作中應盡可能地避免遺漏，為工程基礎施工提供全面可靠的基礎依據。