水文地質(zhì)在巖土工程勘察中的應(yīng)用探究

游茂云

（福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院，福建漳州363000）

目前我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的提高對(duì)于地質(zhì)勘察技術(shù)的應(yīng)用也在不斷的提高。對(duì)于巖土工程的施工而言，水文地質(zhì)屬于重要的一項(xiàng)勘察項(xiàng)目，其勘察的結(jié)果與技術(shù)直接影響到整個(gè)工程的建設(shè)水平。在實(shí)施水文勘察的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)一些水文地質(zhì)的不良問(wèn)題，從而確保施工作業(yè)人員的生命安全以及企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全。因此需要在進(jìn)行巖石工程施工的時(shí)候提高對(duì)水文地質(zhì)的勘察技術(shù)分析，為工程的順利施工提供有力的幫助。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

該區(qū)受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素的控制，地下水主要為松散巖孔隙水、風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水和基巖裂隙水。

（1）松散巖類(lèi)孔隙水。該含水巖組為第四系不同時(shí)代形成的沖洪積、沖海積、海積、坡洪積等成因的松散堆積物，分布于平原、山間盆地、河道兩側(cè)及山前地帶沖洪積堆積階地。地下水主要賦存于第四系不同時(shí)代形成的沖洪積、沖海積、海積、風(fēng)積之細(xì)砂、中細(xì)砂、中粗砂、礫卵石、泥質(zhì)砂礫卵石等介質(zhì)之中。地下水富水性因含水介質(zhì)之地層時(shí)代、成因類(lèi)型、巖性組合以及所處地貌位置等條件的不同，具明顯的差異，其賦存條件平面上具水平分帶性，一般由河道向兩側(cè)高階地，自下游往上游，富水性具逐漸減弱的趨勢(shì)，近河道的低階地區(qū)，地下水一般較豐富，遠(yuǎn)離河道的高階地區(qū)，富水性則較弱；垂向上具有二元或多元結(jié)構(gòu)，上部為中細(xì)砂、中粗砂層，地下水多為潛水，底部礫卵石、泥質(zhì)砂礫卵石層，地下水多承壓或局部承壓。水位埋深一般為1～3m。主要接受大氣降水滲透補(bǔ)給和河流補(bǔ)給，并通過(guò)蒸發(fā)、側(cè)向徑流和人工開(kāi)采等途徑排出。

（2）風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水。區(qū)內(nèi)廣泛分布，多分布于殘丘臺(tái)地及山地丘陵之坡麓地帶。含水巖組為各類(lèi)基巖風(fēng)化層。全風(fēng)化帶透水性弱，富水性差，散體狀強(qiáng)風(fēng)化帶透水性較弱，富水性較差；地下水主要賦存在碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化帶的孔隙裂隙之中，含水段厚度變化大，基巖的風(fēng)化帶整體富水性相比于上部各帶較好，水量貧乏。

（3）基巖裂縫水。侵入巖類(lèi)孔隙裂隙水廣布全區(qū)，組成含水層的巖性為燕山晚期侵入巖，花崗巖的風(fēng)化深度一般為35～45m，風(fēng)化程度從上到下減弱。裂隙水賦存于巖石的節(jié)理裂隙、風(fēng)化裂隙和層間裂隙中，分布極不均勻，富水性受裂隙的性質(zhì)控制，一般水量貧乏—極貧乏，在裂隙密集帶相對(duì)富水。主要由大氣降水的入滲補(bǔ)給、側(cè)向徑流和深部地下水頂托補(bǔ)給組成。

2 水文地質(zhì)在工程勘察中應(yīng)用

2.1 工程背景概況

文章主要是對(duì)某小區(qū)工程巖土工程的詳細(xì)調(diào)查。該工程位于市區(qū)道路北面，交通方便。擬建6 棟住宅(11～17 層)，地下室1 層，最大單柱荷載為14000kN，地基埋深約1.5m，本工程主要目的是為設(shè)計(jì)、施工提供詳實(shí)可靠的土工勘察資料及有關(guān)參數(shù)。

2.2 工程地質(zhì)的重要性

在實(shí)際開(kāi)展巖土工程勘察工作的過(guò)程中，工程的各方面信息獲取是勘察工作的主要目標(biāo)，水文地質(zhì)信息則是這些信息當(dāng)中至關(guān)重要的一個(gè)部分，現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)情況，對(duì)于巖土工程施工效率與質(zhì)量的影響是直接明確的。因此必須要做好對(duì)于地質(zhì)水文情況的勘察，為后續(xù)施工提供更多可靠的建議，才能推動(dòng)施工的順利完成。地下水的水位變化，無(wú)論是過(guò)高或是過(guò)低，都會(huì)產(chǎn)生危害，即便是單純的水位升高，亦或是單純的水位下降，已經(jīng)足以產(chǎn)生不利影響，而水位的頻繁的升降則更為危險(xiǎn)，很容易導(dǎo)致地底巖土不均勻的問(wèn)題出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性自然也會(huì)大幅度下降，影響施工質(zhì)量。隨著水位的頻繁升降，土壤當(dāng)中的諸多成分，包括鋁、鐵等等，都會(huì)隨之流失，并且呈現(xiàn)出脆弱、疲勞的狀態(tài)，在這樣的環(huán)境下，工程施工是無(wú)法順利開(kāi)展的。從建筑物的角度來(lái)看，建筑周遭的地下水系統(tǒng)，對(duì)于建筑物周邊巖石的壽命與耐久性必然會(huì)產(chǎn)生一定影響，此外也會(huì)對(duì)建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。所以必須要對(duì)水文地質(zhì)的調(diào)查加以重視，才能夠保證勘察的效果更加理想，保證后續(xù)的實(shí)際施工與充分的理論依據(jù)，保證施工目標(biāo)的達(dá)成。

2.3 完成工作量

勘探鉆井采用XY100型鉆機(jī)，采用單筒巖芯、泥漿護(hù)壁；取土樣采用開(kāi)敞式厚壁取土器或薄壁取土器，采用重錘少擊、靜力壓入法采取土樣；對(duì)粉質(zhì)粘土、砂土及風(fēng)化層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。在本院的土工試驗(yàn)室進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，具體完成的工作量如下：

共進(jìn)尺6222.28m，其中動(dòng)力觸探10.50m，標(biāo)貫963次，取原狀樣186件，取擾動(dòng)樣79件，巖樣40組，水質(zhì)3件。

2.4 勘察目的、任務(wù)及要求

本次勘察的主要目的是為設(shè)計(jì)、施工提供詳細(xì)可靠的巖土工程勘察資料及有關(guān)參數(shù)。依據(jù)委托書(shū)，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范有關(guān)規(guī)定，確定本次巖土工程勘察的主要任務(wù)及要求如下：

（1）確定場(chǎng)地范圍內(nèi)土層的種類(lèi)、深度、分布及工程特點(diǎn)，并對(duì)其穩(wěn)定性、均勻性和承載能力進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；

（2）提供各層土的物理力學(xué)特性指標(biāo)，并提供地基土的承載力特征值；

（3）找出不良地質(zhì)作用的類(lèi)型、成因、分布范圍和危害程度，提出治理方案；

（4）確定地下水的埋藏條件，確定地下水位和變化幅度，并確定其對(duì)建筑材料的腐蝕程度；

（5）場(chǎng)地和基礎(chǔ)的地震影響評(píng)估；

（6）根據(jù)土工條件，結(jié)合擬建建筑物的特點(diǎn)，進(jìn)行地基基礎(chǔ)方案的評(píng)價(jià)。

2.5 巖土工程勘察階段及等級(jí)

該項(xiàng)目的勘察階段為詳細(xì)勘察階段。

該項(xiàng)目具有下列特點(diǎn)：

（1）由于巖土工程問(wèn)題造成的工程破壞或影響正常使用的后果，本工程為一般工程，工程重要性等級(jí)為二級(jí)；

（2）場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度7度，場(chǎng)地等級(jí)二級(jí)(復(fù)雜程度中等)；

（3）根據(jù)附近的地質(zhì)資料：場(chǎng)地的巖土種類(lèi)多、不均勻、性質(zhì)變化大；地基等級(jí)為二級(jí)(中等復(fù)雜程度)。

按照相關(guān)規(guī)范的要求，按工程重要度、場(chǎng)地復(fù)雜度、地基復(fù)雜度三個(gè)等級(jí)的要求，本工程的勘察等級(jí)為乙級(jí)。

2.6 場(chǎng)地巖土工程條件

首先是地形、地貌及周?chē)h(huán)境，根據(jù)數(shù)據(jù)表明，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)地面平坦開(kāi)闊。該區(qū)地形單元為單一的沖海積平原。鉆孔高程一般為5.59～7.71m。

根據(jù)本次勘察鉆探取樣鑒別、原位測(cè)試及室內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，將擬建場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)地基巖土層按時(shí)代、成因等自上而下共劃分為九個(gè)工程地質(zhì)層。具體分層情況為：人工填土層（Qml），即雜填土①；全新統(tǒng)沖海積土層（Q4al-m），即：粉質(zhì)粘土②、淤泥③、中砂④；殘積土層（Qel），即殘積粘性土⑤；基巖風(fēng)化層（γ53），即：全風(fēng)化花崗巖⑥、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑧、微風(fēng)化花崗巖⑨（各巖土層的分布情況詳見(jiàn)圖1）。

2.7 水文地質(zhì)

勘探區(qū)地下水主要賦存于中砂④層、風(fēng)化花崗巖⑥、⑦、⑧網(wǎng)狀裂隙及微風(fēng)化巖⑨裂隙中，中砂④層地下水孔隙水為承壓性較強(qiáng)的強(qiáng)透水層，富水性好；風(fēng)化花崗巖⑥、⑦、⑧為網(wǎng)狀風(fēng)化裂隙水，屬于弱透水層含水層，富水、承壓差，受周邊地下水側(cè)向補(bǔ)給，含水層間的水力聯(lián)系較弱，受大氣降水和地下水側(cè)向補(bǔ)給的作用較大；微風(fēng)化巖⑨裂隙水從勘察時(shí)所揭露的裂隙情況分析，大多為壓性閉合裂隙，滲透性差，水量不大，該層地下水與上部孔隙裂隙水具有水力聯(lián)系，裂隙大多相互聯(lián)通，一般具有統(tǒng)一地下水位。依據(jù)鉆孔內(nèi)三處地下水水質(zhì)及ZK25、ZK59土樣分析結(jié)果，臨水條件為A 類(lèi)的地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋（在干濕交替段與長(zhǎng)期浸水段）具有微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性；土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕作用，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

圖1 典開(kāi)型剖面圖

場(chǎng)地內(nèi)以強(qiáng)透水層為主，水量豐富，地不水對(duì)沖、鉆孔樁的泥漿及孔壁護(hù)層的稀釋?zhuān)鹂妆谒祝瑫r(shí)地下水對(duì)水下澆灌砼會(huì)產(chǎn)生離淅作用，應(yīng)控制好泥漿濃度，并使泥漿面高于地下水水位。預(yù)應(yīng)力管樁在施工時(shí)產(chǎn)生的超強(qiáng)孔隙水壓力，在含水層為強(qiáng)透水層地帶會(huì)較快擴(kuò)散，對(duì)周邊影響較小，但也應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

3 滑坡勘察工程項(xiàng)目中運(yùn)用水文地質(zhì)的調(diào)查

3.1 滑坡勘察工程概況

針對(duì)某滑坡項(xiàng)目為研究對(duì)象，據(jù)勘探過(guò)程揭露巖性、水位變化情況以及通過(guò)標(biāo)貫擊數(shù)變化、重型圓錐動(dòng)探等原位測(cè)試資料，綜合判定滑動(dòng)面處于殘積粘性土中。

總體滑坡滑面傾向東，傾角呈上陡中下緩，傾角由后部45°～60°，至中部15°～15°過(guò)渡到前部的10°～25°左右，滑面形態(tài)總體呈中間高、兩側(cè)略低的東傾凸面。滑坡體形狀及坡向見(jiàn)圖2。

在鉆井方法中，滑床巖性主要為殘積粘性土，其土體狀態(tài)和分布特征明顯。通過(guò)對(duì)松散堆積現(xiàn)象現(xiàn)狀的總結(jié)和對(duì)其成因的分析，提出了具體的防治對(duì)策。

3.2 造成滑坡的原因

根據(jù)實(shí)際鉆孔情況，對(duì)滑坡成因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并提出了具體的防治措施。

3.2.1 地形地貌因素

滑坡所在區(qū)域?qū)贅?gòu)造剝蝕丘陵地貌，滑坡點(diǎn)位所在山坡海拔最高點(diǎn)約177.9m，坡腳海拔約7.6m，最大高差約170.30m，坡面自然坡度15°～35°，地形起伏較大，局部地段微地貌形成凹槽，降雨后形成匯水，通過(guò)裂隙迅速入滲土體；勘查區(qū)內(nèi)人為改變坡體微地貌特征，使坡體由斜坡?tīng)钭優(yōu)榫弮A臺(tái)階狀，增加了降水沿地表徑流排泄的時(shí)間，相對(duì)增加了降水入滲；坡面以杉木、灌木及人工種植楊梅等，植被略為發(fā)育，植被根系對(duì)坡面具加固作用，但植被覆蓋減少了地下水通過(guò)地面蒸發(fā)，且其根系可儲(chǔ)水，使坡體土體賦水，長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)。

3.2.2 巖土體因素

場(chǎng)地內(nèi)坡面表層以粘土、殘積層為主，厚度約17.10～22.50m；其下為較厚的全風(fēng)化巖—散體狀強(qiáng)風(fēng)化層，天然狀況下巖體的穩(wěn)定平衡條件較差（主滑動(dòng)剖面示意圖詳見(jiàn)圖3）。導(dǎo)致滑坡的不利因素如下：

（1）粘土，成分以粘粉粒為主，天然狀態(tài)下，物理力學(xué)性能相對(duì)較好，飽水狀態(tài)下，巖土體物理力學(xué)性能下降明顯，易發(fā)生水土流失，淘蝕，形成滑塌。

（2）殘積土，屬特殊性土，遇水易軟化、崩解，極易產(chǎn)生軟弱滑動(dòng)面，易發(fā)生水土流失，淘蝕，形成滑塌。

（3）該風(fēng)化巖層遇水具有膨脹性，水穩(wěn)性較差，孔隙水壓力消散較慢，易飽和軟化、崩解，導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，巖土體力學(xué)穩(wěn)定性能較差。

從坡體堆積的物質(zhì)看，其主要為粘性土(局部含滾石、孤石)，土體結(jié)構(gòu)相對(duì)較疏松，裂隙較發(fā)育，有利于降雨和地表水下滲至土體，其強(qiáng)度降低，且多為特殊性土，具遇水易軟化、崩解，極易產(chǎn)生軟弱滑動(dòng)面，在適當(dāng)?shù)耐?重)力作用下易產(chǎn)生滑動(dòng)。

3.2.3 水文地質(zhì)

從勘查區(qū)總體看，地下水主要來(lái)源是大氣降水入滲補(bǔ)給和山區(qū)孔隙裂隙水側(cè)向徑流補(bǔ)給。測(cè)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，受季風(fēng)影響，雨量充沛，年平均降水量為1796.1mm。上覆土層粘土、殘積粘性土，屬微透水層或相對(duì)隔水層，勘查區(qū)處于兩種巖性接觸帶上，巖體較破碎，富水性好，地下水主要類(lèi)型為風(fēng)化層孔隙裂隙水及基巖裂隙水，具承壓性。因連續(xù)降雨，滑坡體上方坡體基巖裸露處，大氣降水沿裂隙直接入滲補(bǔ)給基巖裂隙水，地下水劇增。據(jù)鉆探揭露，滑坡體內(nèi)鉆孔穩(wěn)定水位埋深0.50～1.80m；坡腳鉆孔地下水穩(wěn)定水位埋深0.10～0.40m，承壓水頭高度一般為11.9～20.7m，對(duì)上覆土層具浮拖作用，且下部的土層，具膨脹性，遇水易軟化，強(qiáng)度極低，在適當(dāng)?shù)耐?重)力作用下產(chǎn)生滑動(dòng)。

3.2.4 人類(lèi)工程活動(dòng)因素

圖2 滑坡體形狀及坡向

圖3 主滑動(dòng)剖面示意圖

不合理的人類(lèi)工程活動(dòng)亦是導(dǎo)致坡體失穩(wěn)的主要根源。居民切坡取地修建民房，形成陡坎，未進(jìn)行支護(hù)，形成臨空面，破壞坡體的自然平衡條件，在自重力作用下，使上部殘坡積土層沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生應(yīng)力松弛，引發(fā)坡體的下滑。

3.3 具體防治措施

根據(jù)以上對(duì)滑坡的分析，建議采取“排水系統(tǒng)+抗滑樁+框架錨索+骨架植草護(hù)坡”的綜合治理方案：

（1）排水系統(tǒng)。應(yīng)設(shè)置完善的滑坡地表和地下排水系統(tǒng)：在斜坡后緣的穩(wěn)定地層上設(shè)置環(huán)形截水溝，并于后緣適當(dāng)位置設(shè)置深層排水孔排引地下水，采用盲溝引至截水溝排放；在坡體設(shè)置仰斜式排水孔排引坡內(nèi)地下水，坡腳設(shè)置排水溝。治理邊坡時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行坡頂排水系統(tǒng)施工。

（2）抗滑樁。根據(jù)鉆探成果分析，滑體主要為粘性土，厚度約17.10～22.50m、推力不大，建議選用鋼筋混凝土樁。抗滑樁埋入地層以下深度為設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的二分之一。抗滑樁的布置形式建議采用下部間隔、頂部連接的樁排。樁柱間距一般取樁徑的3～5 倍，以保證滑動(dòng)土體不在樁間滑出為原則。

（3）框架錨索。削坡后，坡體巖性為粘土、殘積土、全—強(qiáng)風(fēng)化巖，可采用框架錨索方式對(duì)坡面進(jìn)行加固，重點(diǎn)加固段落為滑坡體中下部，錨索錨固段應(yīng)穿過(guò)潛在滑動(dòng)面與不利結(jié)構(gòu)面進(jìn)入穩(wěn)定地層。框架內(nèi)進(jìn)行植草，減少降水對(duì)坡面沖刷。

（4）骨架植草護(hù)坡。近坡頂處，坡度較緩，穩(wěn)定性較好，支護(hù)形式可采用骨架植草護(hù)坡方式對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合上述的內(nèi)容，針對(duì)于我國(guó)的巖土工程的施工，進(jìn)行水文地質(zhì)的勘察分析對(duì)于工程的整體施工建設(shè)非常的重要。精準(zhǔn)的水文地質(zhì)勘察分析能夠讓施工企業(yè)全面的掌握現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際水文環(huán)境與變化特點(diǎn)，從而在施工的過(guò)程中采取針對(duì)性的施工技術(shù)與管理方法，避免發(fā)生安全事故問(wèn)題而對(duì)施工人員的安全以及工程的質(zhì)量帶來(lái)不良的影響。所以需要制定科學(xué)的勘察制度與方案，保證對(duì)地質(zhì)環(huán)境的全面分析，確保勘察工作的順利實(shí)施。