李 遠(yuǎn)

(山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西 長(zhǎng)治 046000)

在一定程度上，水文地質(zhì)問(wèn)題影響著巖土工程的施工及其穩(wěn)定性和安全性，此地質(zhì)變化規(guī)律是施工前必須應(yīng)掌握的重要信息資料。水文地質(zhì)勘察是掌握此信息的重要技術(shù)途徑，但探究水文地質(zhì)等問(wèn)題尚有一定的局限性，許多工程僅是簡(jiǎn)單地依靠相關(guān)記錄及數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，未能重視現(xiàn)場(chǎng)勘察的必要性，也極少會(huì)到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施勘察[1]，這樣就難以真正發(fā)現(xiàn)巖土水文地質(zhì)特征，更無(wú)法真正解決水文問(wèn)題，從而會(huì)影響到施工工程的質(zhì)量，致使施工結(jié)束后時(shí)常因地下水位問(wèn)題而導(dǎo)致巖土工程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致建筑缺乏一定的安全性和穩(wěn)定性。可見(jiàn)，巖土工程施工中，必須進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，方能確保工程施工的安全及穩(wěn)定。

1 巖土工程中勘察水文地質(zhì)的原則

在巖土工程水文地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)依據(jù)實(shí)際狀況的不同而區(qū)別對(duì)待。首先應(yīng)先利用資料的搜集掌握和判斷該地區(qū)水文地質(zhì)的基本狀況，其次應(yīng)考慮其自然地理?xiàng)l件、巖土中水的存在方式、地下水文狀況等問(wèn)題。

1.1 巖土中水的存在方式

研究水在巖土中的存在方式主要是分析其隔水層及含水層的存在方式，含水層的厚度及分布狀況，以及地下水類(lèi)型及其流動(dòng)狀況，一年中地下水的變化情況及地下水位等情況。

1.2 自然地理狀況

地理自然條件主要指施工地點(diǎn)的水文特征、氣候條件、當(dāng)?shù)氐匦?、主要地貌等[2]。氣象水文特征則指在施工區(qū)域氣候?qū)儆谑裁搭?lèi)型，如寒帶、熱帶、亞熱帶及溫帶等。分析水文特征及氣候條件主要是了解巖土層的熱量指標(biāo)和濕度指標(biāo)。

1.3 地下水位特征

在巖土勘察中應(yīng)特別關(guān)注其地下水，勘察水文地質(zhì)時(shí)應(yīng)對(duì)地下水文歷史變化、當(dāng)前狀況等進(jìn)行詳細(xì)了解，掌握其流向、水位、地下水補(bǔ)給狀況、應(yīng)用狀況、腐蝕建筑材料的狀況以及其水位變化狀況等。

2 巖土勘察中巖土水理的特征

巖土水理特征通常指地下水域巖土相互作用時(shí)較為突顯的特征，其同巖土物流性質(zhì)相似，都為重要工程地質(zhì)特征[3]。巖土水理特征對(duì)巖土強(qiáng)度、性狀能夠直接產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致巖土變形，威脅巖土工程建筑物的穩(wěn)定性和安全性。通常來(lái)說(shuō)，地質(zhì)勘察對(duì)巖土物流學(xué)特征的監(jiān)測(cè)非常重視，而對(duì)巖土的水理特征卻存在認(rèn)識(shí)不足，從而導(dǎo)致巖土工程中地質(zhì)性質(zhì)的勘察結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)題，存在不全面的現(xiàn)象。認(rèn)識(shí)及分析巖土水理特征需要從水理特征、賦存形式及分析法等進(jìn)行探討。地下水水理特征中，毛細(xì)管水、重力水及結(jié)合水是其主要賦存存在形式，其中結(jié)合水又有強(qiáng)弱之分。對(duì)巖土水理特征進(jìn)行檢查、分析，常用的方法有崩解、脹縮、透水及軟化等特性，其中透水性是指水在重力作用下透過(guò)巖土且經(jīng)巖土允許的透過(guò)特征。巖石堅(jiān)硬且有巖溶、裂隙存在，其透水性的強(qiáng)弱與其發(fā)育好壞相關(guān)。如果巖石不夠堅(jiān)硬且顆粒不均勻且細(xì)小，其透水性則會(huì)較差。表示巖土透水性的方法主要是透水系數(shù)，而獲取滲透的具體系數(shù)需要進(jìn)行抽水試驗(yàn)。崩解性是巖土因浸水濕化后土粒鏈接功能下降后，致使巖土體解體松散，而軟化特征則是以軟化指數(shù)表示。在浸水濕化后，巖土力學(xué)強(qiáng)度下降的特征是判斷巖土抗浸水及風(fēng)化能力的主要標(biāo)準(zhǔn)。若巖土中有易軟化巖層存在，則在地下水作用下容易導(dǎo)致軟弱夾層。這種軟化特征是泥質(zhì)砂巖、粘性涂層、頁(yè)巖及泥巖中常見(jiàn)的現(xiàn)象。同時(shí)，在巖土中還存在基坑隆起和地裂縫等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象與其脹縮性質(zhì)有關(guān)，該性能特征可以利用自由膨脹率及其收縮系數(shù)、體縮率進(jìn)行判定，并影響著地基變形度、土坡表層穩(wěn)定性等的變化。此外，溶水性、可塑性及毛細(xì)管等特征也是巖土的水理特征之一。

3 水文地質(zhì)對(duì)巖土的影響作用

3.1 地下水位降低或上升對(duì)巖土工程的危害

地下水位下降多是人為因素，如企業(yè)對(duì)地下水的集中、大量的抽取，在河流上游建水庫(kù)、筑壩，采礦時(shí)出現(xiàn)的礦床疏干等都會(huì)影響地下水的補(bǔ)給，造成地下水位的下降。如果地下水位下降過(guò)度，則會(huì)造成嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，如地裂、塌陷及沉降等，甚至惡化地下水質(zhì)，造成地下水枯竭等無(wú)法修復(fù)的、惡劣的環(huán)境問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅給建筑物穩(wěn)定性、巖土體帶來(lái)威脅，還威脅著人類(lèi)居住的環(huán)境。

當(dāng)然，地下水位上升對(duì)巖土勘察同樣存在較大影響。造成其上升的因素非常多，且常為綜合因素的影響所致。在地質(zhì)方面有含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀等影響其潛水位。其他因素有降水量、氣溫等氣象水文因素也對(duì)其產(chǎn)生影響。人為因素方面則有施工(管道)及灌溉等。地下水位上升可導(dǎo)致巖土體崩塌、滑移等地質(zhì)災(zāi)害，以及土壤沼澤化、基礎(chǔ)上浮、鹽漬化等，給建筑物帶來(lái)一定的腐蝕性。此外，巖土軟化、結(jié)構(gòu)破壞也易發(fā)生流砂、管涌現(xiàn)象。

3.2 地下水位降低或上升對(duì)巖土物理學(xué)特性的影響

在膨脹性巖土中如果地下水位發(fā)生變化，其會(huì)出現(xiàn)不均勻性脹縮變形，進(jìn)而導(dǎo)致斷裂，以致于造成建筑物被破壞。如果地下水位多次變化，并且每次變化的幅度又大，那么巖土也會(huì)連續(xù)發(fā)生膨脹收縮，收縮、膨脹的幅度也會(huì)隨之不斷增加，如圖1所示。

圖1表明，由于地下水水位每年的變化和不同年代氣溫、降水與地下水水位關(guān)系密切。所以，在勘察膨脹性巖土工程地質(zhì)時(shí)，應(yīng)特別重視對(duì)水文地質(zhì)條件的觀察，以地下水位的變化規(guī)律來(lái)選擇地基基礎(chǔ)深度，最大可能地避開(kāi)巖土地下水位變動(dòng)帶，盡量在其上方或下方位置來(lái)選擇地基基礎(chǔ)深度。若基礎(chǔ)底面的壓縮層水位發(fā)生變化，就會(huì)影響到建筑物的穩(wěn)固性，地下水位上升可以造成基土軟化，且其強(qiáng)度及壓縮性都會(huì)降低，進(jìn)而造成建筑物的沉降。反之，如果地下水位降低，巖土?xí)鄳?yīng)增加其自重壓力。

圖2顯示不同年代地下水位與年均氣溫和年降水量關(guān)系，地下水位下降基礎(chǔ)地基也會(huì)附加沉降，土質(zhì)不均勻或突然降低地下水位，則會(huì)導(dǎo)致建筑物的極大破壞。圖2顯示由于巖土在地下水位變動(dòng)帶、水位以下及水位以上間的變化具有一定的規(guī)律性，巖土體由上至下，其大小大致的變化規(guī)律正是壓縮模量、承載力的變化方式。巖土的空氣變化規(guī)律、天然含水量的變化則為小大小，這主要因?yàn)榈叵滤灰陨铣?huì)受淋濾，鐵鋁含量大，具有一定的土顆粒填充和膠結(jié)作用，進(jìn)而增加了土粒間的鏈接力，形成硬殼層，從而降低了含水量及空隙，增強(qiáng)了其壓縮模量及承載力。如果巖土位于地下水位變動(dòng)帶的土層，在大量水流動(dòng)作用下，土層中的鐵鋁也會(huì)大量流失，從而造成土層松散。這樣，土層含水量及空隙比就增加，但承載力和壓縮模量會(huì)降低。如果土層在地下水位之下，水流緩慢交替，其水解能力、氧化能力都不高，再加上土層自身壓力，會(huì)密實(shí)土質(zhì)，其含水量、空隙比都會(huì)很小，但承載力和壓縮模量則會(huì)很高。

此外，如果建筑物的鋼筋混凝土與地下水中的硫酸根離子相結(jié)合生產(chǎn)復(fù)硫酸鹽，那么其將增大2.5倍的體積，可給巖土工程整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)極大程度的破壞。同時(shí)，混凝土中的碳酸鈣、氫氧化鈣也會(huì)被水中酸性物質(zhì)腐蝕，地下水中氯離子對(duì)鋼筋、混凝土的侵蝕性也較強(qiáng)。

3.3 基坑開(kāi)挖中地下水對(duì)支護(hù)的影響

在許多高層建筑中，多使用垂直挖掘方式，以抽水方式降低水位，這樣盡管可減輕土地壓力，但局部大量抽水會(huì)造成地下水位突然降低，其周?chē)ㄖ?、墻體也會(huì)突然變形甚至坍塌，因此，地下施工過(guò)程中應(yīng)設(shè)立水帷幕，加裝相應(yīng)防護(hù)體，以免地下水流向施工區(qū)而影響施工。

4 巖土工程勘察中水文地質(zhì)問(wèn)題的對(duì)策

巖土工程勘察中一定要重視水文地質(zhì)問(wèn)題，規(guī)范水文地質(zhì)工程的勘察。水文地質(zhì)狀況不同對(duì)巖土的影響也不一致，對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，要對(duì)所勘察的項(xiàng)目區(qū)域進(jìn)行合理劃分，并結(jié)合工程地質(zhì)實(shí)際狀況進(jìn)行勘察與評(píng)估，確保對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)勘察評(píng)價(jià)的有效性。水文地質(zhì)作為一個(gè)不穩(wěn)定的因素，容易受到外界環(huán)境的影響，做好水文地質(zhì)勘察，防止項(xiàng)目水文地質(zhì)問(wèn)題的影響，需要做好下面的工作：

首先規(guī)范水文地質(zhì)工程的勘察工作。廣泛收集項(xiàng)目區(qū)域地下水資料，對(duì)地下水的水壓埋藏狀況進(jìn)行全面的勘察與評(píng)估，掌握地下水位狀況和數(shù)據(jù)詳細(xì)，得出地下水位變化周期及規(guī)律。其次規(guī)范地質(zhì)勘察，重視水文勘察。利用降水設(shè)計(jì)、取樣試驗(yàn)等方法去勘察與評(píng)估，確?？辈斓臏?zhǔn)確性和精細(xì)度。最終為工程實(shí)施提供水文地質(zhì)資料。其三建立完善的應(yīng)急預(yù)案。加強(qiáng)對(duì)地下水監(jiān)測(cè)與管理，防止因抽水井出砂量大而引起的基坑坑壁垮塌，所以要控制管井抽水的出砂量。對(duì)各降水管井的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，發(fā)現(xiàn)降水異常要及時(shí)進(jìn)行處理和排障，確保勘察資料合理科學(xué)。

總之，勘察巖土工程時(shí)，必須重視水文地質(zhì)的影響，其甚至?xí)o整個(gè)施工工程帶來(lái)極大影響。所以，勘察過(guò)程中，必須關(guān)注水文地質(zhì)影響，盡量避免或減少其不利影響，以推動(dòng)施工建設(shè)的順利進(jìn)行。