江軼青

摘要:文章結合廣東省工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的特點,介紹了在建筑地基基礎巖土工程勘察中需注意地下水引起的巖土工程危害,探討了工程勘察中水文地質(zhì)測試和地下水監(jiān)測的重要性。

關鍵詞:工程勘察;水文地質(zhì)測試;地下水監(jiān)測;水位升降;巖土工程

中圖分類號:TV512文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)10-0161-02

巖土工程勘察、設計和施土過程中地下水問題始終是一個極為重要而且也是一個易于被忽視的問題,由于沒有足夠重視,導致地下水引起的各種巖土工程危害時有發(fā)生,為此,在巖土工程勘察中要求查明與巖土工程有關的水文地質(zhì)問題,評價地下水對巖土工程和建筑物的作用及其影響,為設計和施工提供必要的水文地質(zhì)資料,以消除或減少地下水對巖土工程的危害。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。

一、地下水位升降變化引起的巖土工程危害

在工程勘察中,要注意調(diào)查了解地下水位的理藏條件及其升降變化。地下水位的天然變化是區(qū)域性、漸變的,而且變化幅度較小。但人為因素引起的局部性地下水位升降變化的幅度和速度往往大于天然變化,它所引起的巖土工程危害更為嚴重。

為了正確評價地下水位升降變化對巖土工程的影響,在工程勘察中首先要準確地測定靜水位。在測定靜水位時應符合下列要求:(1)在上部為潛水、下部為承壓水或多層含水層地區(qū),均應分層測定水位;(2)靜水位的測定應有一定的穩(wěn)定時間,鉆進過程中的初見水位不一定是靜水位。一般地區(qū)每小時測定一次,三次所測水位值相同或孔內(nèi)水位差不超過2～3cm者,可作為靜水位;(3)工程勘察需要時,宜在勘察結束后,統(tǒng)一測量一次靜水位。因為靜水位是相對的,它也隨著地下水補給或排泄條件的變化而變化;(4)當采用泥漿鉆進時,為了避免孔內(nèi)泥漿對含水層的封閉影響,測定靜水位前應將測水管打入含水層20cm或鉆孔洗清后,再測量靜水位。

我省地區(qū)地下水位升降變化引起的一些主要巖土工程危害有如下四種情況:

(一)水位上升引起的巖士工程危害

潛水位上升的原因主要有:(1)含水層顆粒細小,其滲透性弱,地下逕流差,尤其是上覆粗粒松散地層時,地表水容易下滲;(2)當包氣帶薄時,毛細帶接近地表,土飽和差小,(3)地下水流梯度小或者平緩時,排泄不暢;(4)當含水層沿水流方向巖性突然變細、滲透性減弱或遇到隔水層時,潛水排泄困難。

潛水位升高引起的主要巖土工程危害有:(1)土壤沼澤化、鹽漬化、主要發(fā)生于海積平原低洼地帶;(2)斜坡巖土體產(chǎn)生滑移、崩塌等,主要發(fā)生于風化作用強烈的丘陵臺地區(qū);(3)崩解性巖土軟化、崩解,巖體結構破壞,強度降低,壓縮性增大。主要發(fā)生于風化殘積土及強風化巖地區(qū);(4)導致粉細砂及粉土被水飽和呈松散狀態(tài),可能產(chǎn)生流砂、砂土液化等。主要發(fā)生于第四系全新統(tǒng)沖積、海積松散粉細砂層中;(5)可能造成地下洞室內(nèi)充水淹沒;基礎上浮,使建筑物失穩(wěn)。

(二)地下水位過大下降引起的巖土工程危害

地下水位局部過大下降的原因主要是人為因素改變了水文地質(zhì)條件造成的,如集中過量的抽取地下水,使地下水的開采量大于補給量,導致地下水位過大而持續(xù)下降,降落漏斗亦相應的不斷擴大;另外,工程活動如礦床疏干、降水工程、施工排水等也能造成局部地下水位過大下降。

地下水位局部過大下降引起的主要巖土工程問題是地面塌陷、地面沉降、地裂,破壞巖土體的穩(wěn)定性,危害建筑物的穩(wěn)定性。在我省一些隱伏巖溶地區(qū),由于供水、排水造成地下水位過大下降,引起嚴重的地面塌陷擴地面沉降、地裂。

(三)地下水位升降變化引起的巖土工程危害

地下水位升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形,嚴重者形成地裂,引起建筑物特別是低層或輕型建筑物的破壞。當?shù)叵滤蛔兓l繁或變化幅度大時,不僅巖土的膨脹收縮變形往復,而且脹縮幅度也大。因此,在膨脹性巖土地區(qū)進行工程勘察時,應特別注意對場地水文地質(zhì)條件的研究,特別是地下水位的升降變化幅度和變化規(guī)律。這對地基基礎深度的選擇(宜選在地下水位以上或地下水位以下,不宜選在地下水位變動帶內(nèi))有重要的參考價值。

(四)地下水位對巖土物理力學性質(zhì)的影響

在地下水位以上、地下水位變動帶和地下水位以下,具有明顯的變化規(guī)律:土體從上到下,有天然含水量、孔隙比由小→大→小,壓縮模量、承載力由大→小→大的變化規(guī)律。這是由于地下水位以上部位,經(jīng)長期淋濾作用,鐵鋁富集,并對土顆粒起膠結和充填作用,增大了土粒間連接力,往往形成“硬殼層”,因而含水量、孔隙比小而壓縮模量和承載力增高;而位于地下水位變動帶的土層,由于地下水積極交替,土中的鐵鋁成分淋失,土質(zhì)變松,因而含水量、孔隙比增大,壓縮模量、承載力降低;位于地下水位以下的土層,由于地下水交替緩慢,氧化、水解作用減弱,加之上覆土層的自重壓力作用,土質(zhì)比較密實,因而含水量、孔隙比減小,壓縮模量、承載力增高。但應當指出,殘積土與強風化巖接觸部位,由于強風化巖中往往含有風化孔隙裂隙水,直接作用于殘積土底部土層,因而往往在殘積土與強風化巖接觸帶形成一個軟塑土層。

二、地下水動水壓力作用引起的巖土工程危害

地下水在天然狀態(tài)下動水壓力作用比較微弱、但是在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件,在一定的動水壓力作用下,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。

下面介紹高層建筑深基坑開挖中由于承壓水頭壓力作用引起的基坑突涌問題:(1)基坑突涌形式及其危害:基坑突涌形式主要與承壓含水層的類型及其巖性有關。當承壓含水層為裂隙水、巖溶水或中粗砂、礫砂、卵礫孔隙水時,基底頂裂,地下水從裂縫中涌出,使其基坑積水;當承壓含水層為細粒砂層時,基底產(chǎn)生噴水冒砂現(xiàn)象。基坑突涌不但給施工帶來很大困難,而且破壞地基強度,造成邊坡失穩(wěn)。故應重視防治基坑突涌;(2)基坑突涌防治措施:首先判斷能否發(fā)生基坑突涌現(xiàn)象。為此,在工程勘察中應查明基坑范圍內(nèi)隔水層的厚度、巖性、重度,承壓含水層頂板埋深、承壓水頭高度,含水層的類型、巖性等,再根據(jù)基坑開挖深度,判斷能否產(chǎn)生突涌現(xiàn)象以及預測突涌形式及其危害。

經(jīng)過判斷,如果可能產(chǎn)生突涌現(xiàn)象,則需提出防治措施的建議。防治突涌可以考慮兩個方案:一是控制基坑開挖深度,使基底隔水層保留不致產(chǎn)生突涌的厚度;二是在基坑外圍設置排水孔,降低承壓水位,減少承壓水頭壓力。

三、工程勘察水文地質(zhì)評價

根據(jù)以往的經(jīng)驗和教訓,今后在工程勘察中,對水文地質(zhì)的評價,應考慮以下內(nèi)容:(1)工程勘察中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;(2)工程勘察中還應密切結合建筑物地基基礎選型的需要,查明有關水文地質(zhì)問題,提供選型所需要的水文地質(zhì)資料;(3)工程勘察中不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件,更重要的是要分析預測在人為工程活動中地下水天然狀態(tài)和天然條件的變化,及其對巖土體和建筑物的反作用,這是巖土工程設計與施工中必然遇到的問題;(4)工程勘察中的水文地質(zhì)評價內(nèi)容,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水文地質(zhì)問題。

總之,工程勘察中要切實做好有關水文地質(zhì)測試工作和地下水監(jiān)測工作,為水文地質(zhì)評價提供充分、可靠的依據(jù)。