李建生

（云南省地質(zhì)調(diào)查院物化探所，云南 昆明 652100）

前言

人類發(fā)展演化過(guò)程中，經(jīng)歷了各種各樣地質(zhì)作用所造成的災(zāi)害，其中大部分地質(zhì)災(zāi)害的形成都有地下水的參與。據(jù)大量事實(shí)統(tǒng)計(jì)，地下水與巖土體互相作用所造成的地質(zhì)災(zāi)害具有類型的多樣性、機(jī)理的復(fù)雜性、分布的廣泛性、災(zāi)害的嚴(yán)重性和可控性等特征。同時(shí)，目前在生產(chǎn)和科研實(shí)踐中對(duì)地下水作用致災(zāi)的重要性認(rèn)識(shí)及勘察研究投入不夠，在工程地質(zhì)勘察評(píng)價(jià)中對(duì)地下水作用的定性定量分析還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，在工程勘察、設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，水文地質(zhì)問(wèn)題雖然重要但卻是一個(gè)易于被忽視的問(wèn)題。之所以重要，是因?yàn)樗牡刭|(zhì)和工程地質(zhì)二者關(guān)系極為密切，互相聯(lián)系且互相作用，地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。至于容易被忽視，是在實(shí)際的勘察工作中，在勘探成果內(nèi)因?yàn)楹苌僦苯由婕八膮?shù)的利用，水文地質(zhì)問(wèn)題往往只被認(rèn)為是象征性的工作，在勘察中大多只是簡(jiǎn)單地對(duì)天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評(píng)價(jià)，在勘察報(bào)告中往往是幾句話一帶而過(guò)。在一些水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)，由于工程勘察中對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題研究不深入，設(shè)計(jì)中又忽視了水文地質(zhì)問(wèn)題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問(wèn)題，令勘察和設(shè)計(jì)處于難堪的境地。因此為提高工程勘察質(zhì)察中不僅應(yīng)要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑物的作用及其影響，更要提出預(yù)防及治理措施的建議，為設(shè)計(jì)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(duì)巖土工程的危害。

1 充分認(rèn)識(shí)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的動(dòng)水壓力作用兩個(gè)方面的原因造成的。

1.1 地下水升降變化引起的巖土工程危害

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(dāng)?shù)叵滤坏淖兓_(dá)到一定程度時(shí)，都會(huì)對(duì)巖土工程造成危害，地下水位變化引起的危害又可分為三種方式：

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，主要有人類活動(dòng)因素如工程建筑施工、工業(yè)廢水和生活污水的滲透等影響；水文氣象因素如降雨量、氣溫等；地質(zhì)因素如含水層顆粒大小、總體巖性水平變化等。有時(shí)往往是幾種因素的綜合結(jié)果。

①土壤沼澤化、鹽漬化，巖土及地下水對(duì)建筑物腐蝕性增強(qiáng)。

②斜坡、河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

③一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低、軟化。

④引起粉細(xì)砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。

⑤地下洞室充水淹沒(méi)，基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。

⑥引起堅(jiān)硬巖土軟化，水解、膨脹、抗剪強(qiáng)度降低。

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(dòng)中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫(kù)截奪下游地下水的補(bǔ)給等。地下水的過(guò)大下降可能引起巖土工程的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①常常誘發(fā)地裂、地表塌陷、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)巖土體、建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響并直接威脅人類生命財(cái)產(chǎn)安全。

②地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問(wèn)題，對(duì)人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。

③施工降水等活動(dòng)中產(chǎn)生水頭差導(dǎo)致動(dòng)水壓力的產(chǎn)生，使粉細(xì)砂、粉土層中的土顆粒受到?jīng)_刷，將細(xì)顆粒沖走，使土的結(jié)構(gòu)遭到破壞。

地下水頻繁升降對(duì)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(dāng)?shù)叵滤殿l繁時(shí)，不僅使巖土的膨脹收縮變形往復(fù)發(fā)生，而且會(huì)導(dǎo)致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大，進(jìn)而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動(dòng)帶內(nèi)由于地下水的積極交替，會(huì)將土層中膠結(jié)物＿鐵、鋁成分淋失，使土層失去膠結(jié)物而變得松軟，孔隙比增大，含水量增多，壓縮性增大，強(qiáng)度降低，給巖土工程基礎(chǔ)選擇、處理帶來(lái)較大的麻煩。

1.2 地下水動(dòng)力作用引起巖土工程危害

地下水在天然狀態(tài)下動(dòng)水壓力作用比較微弱，一般不會(huì)造成什么危害，但在人為工程活動(dòng)中由于改變了地下水天然動(dòng)力平衡條件，在移動(dòng)的水壓力作用下，往往會(huì)引起一些嚴(yán)重的巖土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等，造成安全隱患及影響工程質(zhì)量。

2 明確工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)勘察的基本要求

對(duì)工程有影響的水文地質(zhì)因素有：地下水的類型、地下水位及變動(dòng)幅度、含水層和隔水層的厚度和分布及組合關(guān)系、土層或巖層滲透性強(qiáng)弱及滲透系數(shù)、承壓含水層的特征及水頭等。為提高工程地質(zhì)勘察質(zhì)量，消除或減少地下水對(duì)工程建設(shè)的危害，在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)查明與巖土有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑工程可能產(chǎn)生的作用及其影響，且提供必要的水文地質(zhì)資料。

2.1 查明相關(guān)的水文地質(zhì)條件

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(shì)；地下水補(bǔ)給排泄條件、地表水與地下水的補(bǔ)排關(guān)系及對(duì)地下水位的影響。

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(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定地層滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)。

場(chǎng)地地質(zhì)條件下對(duì)地下水賦存和滲流狀態(tài)的影響。

是否存在對(duì)地下水和地表水的污染及其可能的污染程度。

2.2 水文地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)內(nèi)容

查明地下水在天然狀態(tài)及天然條件下的影響，分析預(yù)測(cè)在人為工程活動(dòng)中地下水的變化情況，及對(duì)巖土體和建筑物的不良作用。

按地下水對(duì)工程的作用與影響，提出在不同條件下應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)的地質(zhì)問(wèn)題并提出防治措施。如對(duì)埋藏在地下水位以下的建筑物基礎(chǔ)中水對(duì)混凝土及混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕性；對(duì)選用軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎(chǔ)持力層的建筑場(chǎng)地，應(yīng)著重評(píng)價(jià)地下水活動(dòng)對(duì)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(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)存在松散、飽和的粉細(xì)砂、粉土?xí)r，應(yīng)預(yù)測(cè)產(chǎn)生潛蝕、流砂、管涌的可能性。

密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型（如基坑工程、邊坡工程、樁基工程）和施工需要，查明有關(guān)水文地質(zhì)問(wèn)題，提供所需的水文地質(zhì)參數(shù)。

對(duì)高層建筑或重大工程，當(dāng)水文地質(zhì)條件對(duì)地基評(píng)價(jià)、基礎(chǔ)抗浮和工程降水有重大影響時(shí)，宜進(jìn)行專門(mén)的水文地質(zhì)勘察。

對(duì)缺乏常年地下水位監(jiān)測(cè)資料的地區(qū)，在高層建筑或重大工程的初步勘察時(shí)，宜設(shè)置長(zhǎng)期觀測(cè)孔，對(duì)有關(guān)層位的地下水進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。

3 重視工程勘察中水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)定

為了定量的說(shuō)明巖土體中的水文地質(zhì)條件，在勘察中還應(yīng)明確如何測(cè)定我們所需要的水文地質(zhì)參數(shù)。

3.1 測(cè)定不同的水文地質(zhì)參數(shù)選擇不同的測(cè)定方法

測(cè)水位：鉆孔、探井或測(cè)壓管觀測(cè)。

滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)：抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、室內(nèi)滲透試驗(yàn)。

給水度、釋水系數(shù)：?jiǎn)慰壮樗囼?yàn)、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)、地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)。

越流系數(shù)、越流因數(shù)：多孔抽水試驗(yàn)。

單位吸水率：注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)。

毛細(xì)水上升高度：試坑觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)。

3.2 地下水的量測(cè)要求

地下水水位的測(cè)定，在工程地質(zhì)勘察中，凡遇含水地層時(shí)，均應(yīng)測(cè)定地下水位。其中靜止水位的量測(cè)應(yīng)有一定的穩(wěn)定時(shí)間，其穩(wěn)定時(shí)間按含水層的滲透性確定，需要時(shí)宜在勘察結(jié)束后統(tǒng)一測(cè)靜止水位；當(dāng)采用泥漿鉆進(jìn)時(shí)，測(cè)水位前應(yīng)將測(cè)水管打入含水層中20厘米或洗孔后量測(cè)；對(duì)多層含水層的水位量測(cè)，必要時(shí)應(yīng)采取止水措施與其他含水層隔開(kāi)。

測(cè)定地下水流向可用幾何法，并同時(shí)量測(cè)各孔內(nèi)水位，確定地下水的流向。地下水流速的測(cè)定可采用批示劑法或充電法。

抽水試驗(yàn)應(yīng)符合抽水試驗(yàn)方法可根據(jù)滲透系數(shù)的應(yīng)用范圍具體選用不同的方法；抽水試驗(yàn)宜三次降深，最大降深應(yīng)接近工程設(shè)計(jì)所需的地下水位降深的標(biāo)高；水位量測(cè)應(yīng)采用同一方法和儀器，讀數(shù)對(duì)抽水孔為厘米，對(duì)觀測(cè)孔為毫米；當(dāng)涌水量與時(shí)間關(guān)系曲線和動(dòng)水位與時(shí)間的關(guān)系曲線，在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，而沒(méi)有持續(xù)上升和下降時(shí)，可認(rèn)為已經(jīng)穩(wěn)定；抽水結(jié)束后應(yīng)量測(cè)恢復(fù)水位等規(guī)定。

滲水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)可在度坑或鉆孔中進(jìn)行。對(duì)砂土和粉土，可采用試坑單環(huán)法；對(duì)粘性土可采用試坑雙環(huán)法；試驗(yàn)深度較大時(shí)可采用鉆孔法。

壓水試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)工程要求，結(jié)合工程地質(zhì)測(cè)繪和鉆探資料，確定試驗(yàn)孔位，按巖層的滲透特性劃分試驗(yàn)段，按需要確定試驗(yàn)的起始?jí)毫?、最大壓力和壓力?jí)數(shù)，及時(shí)繪制壓力與壓入水量的關(guān)系曲線，計(jì)算試段的透水率，確定P-Q曲線類型。

孔隙水壓力的測(cè)定應(yīng)符合下列規(guī)定：

①測(cè)定方法可根據(jù)試驗(yàn)的適用條件確定；

②測(cè)試點(diǎn)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和分析需要布置；

③測(cè)壓計(jì)的安裝和埋設(shè)應(yīng)符合有關(guān)安裝技術(shù)規(guī)定；

④測(cè)定數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)分析整理，出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)分析原因，并采取相應(yīng)措施。

毛細(xì)上升高度測(cè)定，在粉土、粘性土可采用試坑直接觀測(cè)或塑限含水量法測(cè)毛細(xì)上升高度；對(duì)中、粗砂可采用最大分子吸水量法，粉細(xì)砂則用吸水介質(zhì)法測(cè)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑物的作用及其影響，明確工程勘察中水文地質(zhì)問(wèn)題分析研究的內(nèi)容及采用的方法，以消除或減少地下水對(duì)巖土工程的危害。

[1]潘乃禮.水文地質(zhì)變異因素的定量分析——方差分析在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用[J].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1987-04-02.

[2]高洪烈.對(duì)環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作取向的討論[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2003-04-30.