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有關工程地質勘探中水文地質問題探討 1齊榮浩 2王國彪 3 安喜坡 河北省區(qū)域地質礦產(chǎn)調查研究所 河北省廊坊市 065000 摘要：隨著我國建設行業(yè)的蓬勃發(fā)展，水文地質問題已經(jīng)成為工程地質勘探中極為重要的一部分，不容忽視。本文根據(jù)筆者多年來的相關工作經(jīng)驗，并結合我國該行業(yè)實際情況，對工程地質勘探中發(fā)現(xiàn)的水文地質問題進行分析探討，并給出相應的合理意見，為我國的工程事業(yè)奉獻出個人的些許力量。 關鍵詞：地質勘探；水文地質；問題探討 中圖分類號：F407.1 文獻標識碼：A 文章編號： 1、前言 水文地質問題事關工程質量，在工程地質勘查中占據(jù)著越來越重要的地位，既影響著基礎工程的環(huán)境，有影響著建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。因此，我們必須加強對水文地質的研究和學習，提高工程勘察質量。筆者結合了一些實際經(jīng)驗，對相關問題進行探討。 2、工程地質勘查及沿途水理性質概述 地質勘查是地質勘查工作的簡稱(一般可理解為地質工作的同義詞)。是根據(jù)經(jīng)濟建設、國防建設和科學技術發(fā)展的需要，對一定地區(qū)內(nèi)的巖石、地層構造、礦產(chǎn)、地下水、地貌等地質情況進行重點并有所不同的調查研究工作。工程地質是研究人類工程建設活動與自然地質環(huán)境相互作用和相互影響的一門地球科學，起源于20世紀初，20世紀50年代以后在我國才有了長足的進步和發(fā)展。今天，工程地質勘查已成為工程建設中不可缺少的一個重要組成部分。近20年來，隨著各種新技術、新方法、新手段不斷推陳出新，特別是計算機技術的應用，為工程地質帶來了一場真正的技術革命，從外業(yè)資料收集和內(nèi)業(yè)資料整理的工作程序、工作方法、產(chǎn)品成果、質量標準等等均與傳統(tǒng)的工程地質有了較大的差異。而在工程地質勘查工作中，水文地質依然具有較大的影響作用。 巖土的水理性質指巖土在與地下水相互作用時表現(xiàn)出來的性質，與巖土的物理性質都屬于巖土的工程地質性質，巖土的水理性質對建筑物的穩(wěn)定性和巖土的強度都有著重要直接的影響。很多水利工程企業(yè)在進行地質勘察時，都會把注意力集中在揭露出來的巖土的類型和工程所在的地質性質、結構的研究，對水文地質的關注卻很少，或者只是象征性的涉及水文地質參數(shù)，對天然狀態(tài)的水文地質只做一般性評價，使評價不夠全面和深刻。地下水與巖土的相互作用才能顯示出巖土的水理性質，地下水在巖土中的賦存方式是不同的，由于地下水的形式不同，對巖土水理性質的影響就不同，影響的程度受到巖土類型的制約。 3、勘察中需要注意的事項 3.1、在工程地質勘察中應進行明確要求 3.1.1、查明相關的水文地質條件 ①區(qū)域性氣候資料，如降水量、蒸發(fā)量、歷史水位、水位變化趨勢；地下水補給排泄條件、地表水與地下水的補排關系及對地下水位的影響。 ②主要含水層的分布、厚度及埋深，各含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、流向、水位及其變化幅度；通過現(xiàn)場試驗測定地層滲透系數(shù)等水文地質參數(shù)。 ③場地地質條件下對地下水賦存和滲流狀態(tài)的影響。 ④是否存在對地下水和地表水的污染及其可能的污染程度。 3.1.2、水文地質問題評價內(nèi)容 ①查明地下水在天然狀態(tài)及天然條件下的影響，分析預測在人為工程活動中地下水的變化情況，及對巖土體和建筑物的不良作用。 ②按地下水對工程的作用與影響，提出在不同條件下應當重點評價的地質問題并提出防治措施。如對埋藏在地下水位以下的建筑物基礎中水對混凝土及混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕性；對選用軟質巖石、強風化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎持力層的建筑場地，應著重評價地下水活動對上述巖土體可能產(chǎn)生的軟化、崩解、脹縮等作用；在地基基礎壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細砂、粉土時，應預測產(chǎn)生潛蝕、流砂、管涌的可能性。 ③密切結合建筑物地基基礎類型（如基坑工程、邊坡工程、樁基工程） 和施工需要，查明有關水文地質問題，提供所需的水文地質參數(shù)。 3.2、對工程勘察中水文地質參數(shù)的測定給予足夠的重視 3.2.1、地下水水位的測定，在工程地質勘察中，凡遇含水地層時，均應測定地下水位。其中靜止水位的量測應有一定的穩(wěn)定時間，其穩(wěn)定時間按含水層的滲透性確定，需要時宜在勘察結束后統(tǒng)一測靜止水位；當采用泥漿鉆進時，測水位前應將測水管打入含水層中20cm或洗孔后量測；對多層含水層的水位量測，必要時應采取止水措施與其他含水層隔開。 3.2.2、測定地下水流向可用幾何法，并同時量測各孔內(nèi)水位，確定地下水的流向。地下水流速的測定可采用批示劑法或充電法。 3.2.3、抽水試驗應符合抽水試驗方法可根據(jù)滲透系數(shù)的應用范圍具體選用不同的方法；抽水試驗宜三次降深，最大降深應接近工程設計所需的地下水位降深的標高；水位量測應采用同一方法和儀器，讀數(shù)時對抽水孔為厘米，對觀測孔為毫米；當涌水量與時間關系曲線和動水位與時間的關系曲線，在一定范圍內(nèi)波動，而沒有持續(xù)上升和下降時，可認為已經(jīng)穩(wěn)定；抽水結束后應量測恢復水位等規(guī)定。 4、地下水的賦存形式及對巖土水理性質的影響 4.1、地下水的賦存形式 4.1.1、結合水 地下水在粘性土中的賦存形式主要就是結合水，結合水在砂土中的含量很少。結合水分為強結合水和弱結合水，強結合水又被稱為吸濕水，它容易受到分子力的吸附，在巖土顆粒的周圍形成水膜，這層水膜是非常薄的，也是緊賦予顆粒周圍的、最牢固的水膜，吸附力極強，并且在強大的壓力下，它的密度是普通水密度的兩倍，彈性和粘滯性都非常大，能夠抗剪切，但不能傳遞靜水的壓力，也不能受到重力的作用。弱結合水又被稱為弱薄膜水，它依附在強結合水的外圍，比強結合水厚，但是吸附力比強結合水要小，可以在水膜間緩慢的移動，和強結合水一樣，弱結合水不能傳遞靜水壓力，也不能受到重力的影響。弱結合水在與粘性土作用時顯示出來的性質就是粘性土的物理學性質，包括膨脹性、可塑性、收縮性等。由于結合水不能受到重力的影響，導致活動范圍較小，對巖土的水理性質影響也較小。 4.1.2、重力水 重力水是在重力作用下還能在巖土的縫隙中自由移動的水，俗稱地下水。地下水和結合水正好相反，它不受分子力的影響，也不抗剪切，但是可以傳遞靜水壓力。重力水受天然因素和人為因素的影響比較大，在巖土層中又十分活躍，所以對巖土水理性質的影響也大，我們應該重點關注。 4.1.3、毛細管水 毛細管水是地下水的一種，由懸掛毛細管水、孤立毛細管水、真正毛細管水組成，它不僅受到毛細管力的作用，同時還受到重力的作用，如果毛細管力比重力大，那么毛細管水就會上升。毛細管水不但能夠傳遞靜水的壓力，還能在縫隙中運動，軟化巖土體，甚至會引起土地的鹽堿化和沼澤化，對建筑物具有腐蝕性，毛細管水主要含于砂土和粉土中。 4.2、地下水對巖土水理性質的影響 4.2.1、軟化性，是指巖土體浸水后，力學強度降低的特性，一般用軟化系數(shù)表示，即巖石在浸水飽和狀態(tài)下與風干狀態(tài)下極限抗壓強度之比，它是判斷巖石耐風化、耐水浸能力的指標。在巖石層中存在易軟化巖層時，在地下水的作用下往往會形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁巖、泥質砂巖等均普遍存在軟化特性。 4.2.2、透水性，是指水在重力作用下，巖土容許水透過自身的性能。巖土的滲透性的強弱首先決定于巖土空隙的大小和連通性，其次是空隙度的多少。松散巖土的顆粒愈細、愈不均勻，其透水性便愈弱。堅硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育，其透水性就愈強。透水性一般可用滲透系數(shù)表示，巖土體的滲透系數(shù)可通過抽水試驗求取。 4.2.3、崩解性，是指巖土浸水濕化后，由于土粒連接被削弱、破壞，使土體崩散、解體的特性。巖土體的崩解特性包括崩解所需時間、崩解量、崩解方式等。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結構等關系極大，以廣東地區(qū)的殘積土為例，一般崩解時間，崩解量，以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開方式崩解，而以石英為主的殘積土多以裂開狀崩解為主。 4.2.4、給水性，是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能，以給水度表示。給水度是含水層的一個重要水文地質參數(shù)，它不但影響基坑涌水量大小，同時也影響場地疏干時間。給水度一股采用實驗室方法測定。 4.2.5、脹縮性，是指巖土吸水后體積增大，失水后體積減小的特性, 巖土的脹縮性是由于顆粒表面結合水膜吸水變厚，失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產(chǎn)生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一，對地基變形和土坡表層穩(wěn)定性有重要影響。標定巖土脹縮性的指標有膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數(shù)等 5、工程地質勘察中水文地質評價內(nèi)容 在以往的工程勘察報告中，由于缺少結合基礎設計和施工需要評價地下水對巖土工程的作用和危害，總結以往的經(jīng)驗和教訓，我們認為今后在工程勘察中，對水文地質問題的評價，主要應考慮以下內(nèi)容： 5.1、應重點評價地下水對巖土體和建筑物的作用和影響，預測可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出防治措施。 5.2、工程勘察中還應密切結合建筑物地基基礎類型的需要，查明有關水文地質問題，提供選型所需的水文地質資料。 5.3、不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件下的影響，更重要的是分析預測在人為工程活動中地下水的變化情況，及對巖土體和建筑物的反作用。 5.4、應從工程角度，按地下水對工程的作用與影響，提出不同條件下應當著重評價的地質問題。 6、重視巖土水理性質的測試和研究 巖土水理性質是指巖土與地下水相互作用時顯示出來的各種性質。巖土水理性質與巖土的物理性質都是巖土重要的工程地質性質。巖土的水理性質不僅影響巖土的強度和變形，而且有些性質還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。以往在勘察中對巖土的物理力學性質的測試比較重視，對巖土的水理性質卻有所忽視，因而對巖土工程地質性質的評價是不夠全面的。巖土的水理性質是巖土與地下水相互作用顯示出來的性質，而地下水在巖土中有不同的賦存方式，不同形式的地下水對巖土水理性質的影響程度有所不同，而且影響程度又與巖土類型有關。結合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式，在砂土中含量甚微。結合水尤其是弱結合水與粘性土相互作用時顯示出來的性質如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學性質，因其受強力束縛，活動范圍極為有限，對巖土的動態(tài)水理性質影響較小。 7、全面了解地下水引起的巖土工程危害 地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化和地下水動水壓力作用兩個方面的原因造成的。地下水位變化可由天然因素或人為因素引起，但不管什么原因，當?shù)叵滤坏淖兓_到一定程度時，都會對巖土工程造成危害，地下水位變化引起危害又可分為三種方式。 7.1、水位上升引起的巖土工程危害 潛水位上升的原因是多種多樣的，其主要受地質因素如含水層結構、總體巖性產(chǎn)狀；水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響，有時往往是幾種因素的綜合結果。 7.1.1、土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。 7.1.2、斜坡、河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質現(xiàn)象。 7.1.3、一些具特殊性的巖土體結構破壞、強度降低、軟化。 7.1.4、引起粉細砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。 7.1.5、地下洞室充水淹沒，基礎上浮、建筑物失穩(wěn)。 7.2、地下水位下降引起的巖土工程危害 地下水位的降低多是由于人為因素造成的，如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降，常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質災害以及地下水源枯竭、水質惡化等環(huán)境問題，對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。 7.3、地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害 地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，當?shù)叵滤殿l繁時，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復，而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進而形成地裂引起建筑物特別是輕型 建筑物的破壞。地下水在天然狀態(tài)下動水壓力作用比較微弱，一般不會造成什么危害，但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件，在移動的動水壓力作用下，往往會引起一些嚴重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。流砂、管涌、基坑突涌的形成條件和防治措施在有關的工程地質文獻中已有較詳細的論述，這里不 再重復。 8、總結 對在工程之勘察中出現(xiàn)的有關水文地質問題進行綜合性的總結，并相應的提出意見，是筆者寫這篇文章的目的。只有施工單位對水文地址問題的愈加重視，才能正確、客觀的對工程施工區(qū)域的水文地質環(huán)境進行評價，才能有效地減小由于水文地質問題給建筑和工程帶來的不利影響，方能保證工程的順利施工，建筑的安全投入使用，才能去推進我國建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展。 參考文獻： [1] 李君源,范維強.工程勘察中的水文地質問題[J].西部探礦工程,2005,7(111)：32～34． [2] 中華人民共和國建設部,巖土工程勘察規(guī)范[M],中國建筑工業(yè)出版社, 2002,(2). 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