巖土工程勘查中的水文地質問題分析

劉 濤，周志星

（廣東省地質物探工程勘察院，廣東 廣州 510800）

工程勘察是工程建設項目的前提保障，而水文地質問題在工程勘察中具有重要的地位，地下水對工程的穩定性、耐久性和安全性會產生一定的影響[1-3]。而在實際的工程勘察、設計和施工中，水文地質問題是經常會被忽略的一個問題，水文地質和工程地質有著密切的聯系[4-5]。在工程勘察中不僅要查明與巖土工程有關的水文地質問題，還需要提出相應的治理措施和建議，為設計和施工提供必要的水文地質參數，減少或消除地下水害隱患。就黃埔區某工程勘察項目對勘察中的水文地質問題進行介紹，并對水害防治提出相應的建議和措施。

1 自然地理概況

該勘察區地貌單元屬珠江三角洲沖積平原，該地形平坦；現狀為空地，區內基巖全部被第四系土層覆蓋，地表岀露的土層主要為人工素填土。

區域屬亞熱帶氣候區，年平均氣溫為21.2℃，最高氣溫36.7℃，最低氣溫-1.6℃。年平均降雨量1694mm，蒸發量1250mm，降雨季節較集中，4~6月降水量占全年降水量的46%~54%，7~9 月降水占28%~33%，10 月至翌年3月降水占18%~21%。

項目所在區域地處珠江水系，河流眾多。珠江主干流從場地南側約310m經過。場地北側為珠江涌，發源于長崗尾東南，現狀干流長度約5km，珠江涌流域面積約3.42km2。場地北側河涌寬度約11.40m，河床底標高為5.19m，水深約30~50cm（枯水期），水流平緩。

項目場地離珠江涌河道較近，珠江涌河道較寬闊，砂層較厚，珠江涌地表水通過砂層、巖層的孔隙、裂隙下滲與地下水相通，地下水與地表水水力聯系十分緊密，基坑的開挖改變了地下水的徑流及排泄條件，可能會出現涌水的現象，因此地表水和地下水的存在以及它們之間較密切水力聯系給基坑的施工帶來一定的影響。基坑采用明挖，由于地下水與地表水水力聯系十分緊密，基坑在開挖過程中，在止水措施不到位或工程降水不當時可能發生潛蝕、管涌等導致基坑邊坡變形破壞。

2 區域地質概況

2.1 地層巖性

場地地層區域內發育的地層自老而新簡述如下：白堊系上統三水組（Kss）：巖性主要為含礫砂巖，呈褐紅色，含礫砂狀結構，中厚層狀構造，鉆孔揭露該層總層厚15.10~38.40m。第四系殘積層（Qel）巖性為灰綠色，硬塑狀砂質粘性土，為花崗巖風化殘積而成，遇水易軟化崩解，呈似層狀或透鏡狀分布；第四系沖洪積相沉積層（Q4al+pl）主要由粉質粘土組成，呈褐黃色，可塑，主要成分為粘粒、粉粒，含少量砂粒。第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）可分為兩層，上層主要由淤泥質土組成，呈深灰色、灰黑色，流塑，主要成分為粘粒、粉粒及有機質，局部含砂粒。下層主要由淤泥質砂組成，呈深灰色、灰黑色，松散，主要成分為粉細砂，局部與淤泥互層。區內的巖漿巖主要為將軍山單元（T3J），巖性為混合花崗巖。

2.2 地質構造及新構造運動

場地范圍內未發現斷裂構造，但場地附近有隱伏斷裂構造，且西側局部有侵入巖。項目所在地沖積平原地貌中全新世以抬升為主，晚全新世以沉降為主，沉降速率為0.43mm/a；丘陵區抬升速率為1.78mm/a。

3 項目場地水文地質條件

3.1 地層結構及水文地質特征

根據場地巖土工程勘察及水文地質鉆探取得地質資料，經綜合整理分析，按其巖土特征，自上而下劃分如下：

（1）第四系人工填土層（Q4ml）。雜填土：主要組成為碎石、粘性土及少量砂，頂部0.2m 多數地段為砼，硬雜物約占40%。其富水性弱，透水性差。

（2）第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）。淤泥質土：灰黑色，飽和，軟塑，含有機質，具腥臭味，韌性及干強度低，切面較光澤，局部夾粉砂。其富水性弱，透水性差。淤泥質砂：灰色，飽和，松散，主要由淤泥、粉細砂互層組成，土質不均，分選性差。其富水性中等，透水性中等。

（3）第四系沖積層（Q4al）。粉質粘土：褐黃色、灰色，可塑，成份以粉、粘粒為主，韌性及干強度中等，含少量砂粒。其富水性弱，透水性差。

（4）殘積土層（Qel）。砂質粘性土：含礫砂巖風化殘積土，褐紅色，硬塑，土質不均勻，夾少量巖屑，切面稍光澤，遇水易崩解。其富水性弱，透水性差。

（5）白堊系上統三水組（Kss）。

①全風化含礫砂巖：褐紅色，巖石風化強烈。其富水性弱，透水性差。

②強風化含礫砂巖：褐紅色，巖石風化強烈，風化裂隙較發育，泥質充填。本層在所有鉆孔中均有揭露。其富水性弱，透水性差。

③中風化含礫砂巖：褐紅色，含礫砂狀結構，中厚層狀構造，鈣質膠結。其富水性受巖石節理裂隙發育程度的不同而不等。根據區域水文地質資料，地下水位埋藏較深，富水性總體介于貧乏和中等中間。

（6）將軍山單元（T3J）。中風化混合花崗巖：灰白色，粗粒結構，塊狀構造，節理裂隙發育。其富水性受巖石節理裂隙發育程度的不同而不等。地下水位埋藏較深，富水性總體介于貧乏和中等中間。

3.2 水文地質概況

場地及周邊地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水兩種，周邊河流等地表水體較多，地下水補給來源較豐富，地下水位較淺，地下水位動態變化主要受大氣降雨影響，雨季地下水位升高，枯水期降雨減少，水位緩慢下降。

第四系松散巖類孔隙水主要賦存于淤泥質細砂層孔隙中，地下水埋藏較深，以孔隙承壓水為主，其單井涌水量一般為80~150m3/d，砂層孔隙水的富水性中等。場地地勢較低，匯水條件、補給條件較優越，補給來源廣，主要接受大氣降雨及河流等地表水體入滲補給，其動態受降雨量和地表水影響明顯，由于第四系松散巖類孔隙水地下水位埋藏較淺，徑流較緩慢；地下水主要以滲流形式向附近地勢低洼的河谷排泄。

層狀基巖裂隙水：本區的層狀基巖節理裂隙較發育，連通性差，且多呈閉合或半閉合型，賦存及運移條件較差，水量具有明顯的區段性和不均勻性。區內層狀基巖裂隙水屬淡水，單井涌水量98.6~200m3/d，其富水性貧乏—中等，地下水多屬承壓水。

塊狀巖類基巖裂隙水：該類地下水的含水層為中風化混合花崗巖風化裂隙中，場地基巖節理裂隙較發育，其連通性較好，地下水具承壓性。富水性及透水性主要決定于構造條件和風化作用，故富水性和透水性均有明顯的不均勻性，裂隙發育地段的富水性較好，反之則較差。該巖類的富水性屬貧乏—中等，為承壓型微咸水。

4 地下水的補給、徑流、排泄條件

（1）地下水的補給。勘查內地下水動態變化具季節性，主要受降雨季節支配。且由于降雨在年內分配不均，不同季節的蒸發度、濕度也不同，故滲入補給量亦隨季節而變化，雨季是地下水獲得補給最多的季節。

（2）地下水的徑流與排泄。地下水的徑流排泄與地形地貌、地層巖性密切相關，區內地下水流向與地形傾斜方向基本一致，地下水排泄主要以滲流的形式排入附近溪流或河流中，區內雨量充沛，位于珠江三角沖積平原，地勢低洼，地下水補給來源充足；地下水運移多以淺循環為主，徑流途徑長；地形地貌有利于地表水、地下水的匯集和徑流排泄。評估區地下水的排泄形式主要為滲入潛流、蒸發兩種，最終向四周水道排泄。

5 區域地下水特征分析

5.1 主要地層滲透性分析

場地及周邊地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水、層狀巖類裂隙水三種，第四系松散巖類孔隙水主要賦存于淤泥質細砂層孔隙中，地下水埋藏較淺，以孔隙承壓水為主，塊狀巖類裂隙水主要賦存于混合花崗巖中，層狀巖類裂隙水主要賦存于含礫砂巖中。通過抽水試驗，分析計算得出了淤泥質細砂層和下部基巖裂隙水含水層的滲透系數。

選擇XZK37、XZK62 這2 個鉆孔，對鉆孔中的淤泥質粉細砂進行了抽水試驗，這2個孔地下水埋藏較淺，以孔隙承壓水為主，每個鉆孔鉆至砂層底部后，洗井、下過濾管，然后對淤泥質細砂層進行了抽水試驗。

以孔號為CSZK1、CSZK2 的水文孔查明基巖裂隙含水層滲透性，每個鉆孔穿過強風化層后鉆至60.0m后，洗井、下過濾管，然后對基巖裂隙含水層進行了抽水試驗。具體試驗過程如下：

（1）CSZK1 基巖裂隙水含水層的巖性主要為巖狀強—中風化含礫砂巖層，埋深為32.00~60.00m，總厚度為28.00m。上部第四系土層及全風化巖、呈土狀的強風化巖則為良好的隔水層。

抽水前測得穩定水位埋深1.20m，過濾管位于孔深32.00~48.00m，用于護住強風化含礫砂巖井壁，48.00m以下為中風化含礫砂巖自然井壁；成井后進行試抽，抽水穩定后，測得管內穩定水位為19.50m，水位降深18.30m。

（2）CSZK2 基巖裂隙水含水層的巖性主要為巖狀強風化含礫砂巖、巖狀強—中風化混合花崗巖，埋深為21.00~60.00m，總厚度為39.00m。上部第四系土層及全風化巖、呈土狀的強風化巖則為良好的隔水層。

抽水前測得穩定水位埋深1.40m，過濾管位于孔深21.00~33.00m，用于護住強風化巖井壁，33.00m 以下為較穩定的強風化巖和中風化巖自然井壁；成井后進行試抽，抽水穩定后，測得管內穩定水位為23.20m，水位降深21.80m。

采用承壓完整井的Dupuit公式估算抽水影響半徑和滲透系數：

式中：R——影響半徑，m；

K——含水層滲透系數，m/d；

Q——抽水井流量，m3/d；

Sw——抽水井中水位降深，m；

M——承壓含水層厚度，m；

rw——抽水井半徑，m。

如表1計算結果，淤泥質粉細砂層的滲透系數平均值為4.05m/d，而場地內強—中風化基巖層的滲透系數為0.0338~0.5253。按照水利水電工程地質勘察規范（GB50487-2008）巖土體滲透性分級標準劃分，前者屬于屬于中等透水層。后者屬于弱—中等透水層，其透水性與構造節理裂隙發育程度有關。

表1 淤泥質粉細砂層抽水試驗成果一覽表

5.2 大氣降雨滲入補給量估算

大氣降雨為場區內地下水的主要補給源，受氣候和地形影響，地下水位具季節性變化。根據調查，場地內匯水面積小，地表水排泄條件良好。大部分降水屬暫性洪流，且能迅速排出場外，少部分降水滲入地下補給含水層，部分又以潛流的形式滲出場外。按大氣降水入滲系數法估算場地地下水天然補給量如下：

式中：Q——大氣降水入滲補給量，m3/d，；

a——降雨入滲系數，取經驗值0.36；

W——年均降水量，mm，黃埔區年平均降雨量1694mm；

A——滲補給面積，km2，取場地范圍面積為0.0199km2。

經計算，Q=33.25m3/d。

6 結論與建議

（1）場地內第四系土層力學性質較差、自穩性差，砂層透水性中等，水量中等，基坑開挖時須采取可靠的支護措施及止水、排水措施，采取有效措施防止基坑支護結構變形、漏水、基坑底板隆起、涌水（流砂）及防止周邊地面沉降，周邊道路、管線及建筑物開裂下沉，同時做好基坑周邊建（構）筑物的變形監測。

（2）計算得出的強—中風化巖的滲透系數僅針對于鉆孔位置處所揭露的強—中風化巖的滲透系數，不能代表整個場地內的強—中風化巖的滲透系數，強—中風化巖的風化程度不一樣，構造節理裂隙發育程度不一樣，其滲透系數均有所不同，透水性也不一樣。

（3）施工過程中，建議建立地下水水位長期監控體系，掌握場地內及其周圍地下水水位動態變化，及時發現，及時控制。一旦發現地下水水位突升突降，立即啟動應急方案，以免對工程施工及工程建筑設施造成影響。