水文地质与工程地质勘察

2021-01-17余娟华东冶金地质勘查研究院

环球市场 2021年30期

余娟华东冶金地质勘查研究院

事实证明，地质学是一个重要的问题，但在调查、设计和建造过程中很容易被忽视。重要的是，水文地质学和工程地质学是相互联系的，相互联系的，相互作用的。地下水除了是基岩的组成部分以外，还对基岩的工程特性有很大的影响，影响建筑的基本工程环境的可持续性。以往勘察的相关工作当中，由于水文参数和使用很少直接与勘察结果有关，所以，水文地质被广泛的认为是一项流程性的工作，大部分的勘察工作只是简单地对水文地质在自然状态下的条件进行评价。为了很好的提升工程勘察相关工作的质量，我们需要加强勘察中的水文地质研究。勘察相关工作除了可以确定和地质工程相关的问题以外，还可以提出预防措施，提供精确的信息以方便相关部门进行施工和设计。

一、工程地质勘察过程及内容

在项目实际开展前，应在施工区域内进行相关工程地质勘察，确保对施工现场地质条件和主要工程地质问题有清晰的了解，提前对项目建设中可能出现的问题和风险进行分析和预估，有效避免因地形地貌认识不全面带来的安全隐患。勘察结束后，将充分合理地利用强大的地质条件，使施工过程中的不利因素得到合理规避，科学的规划设计能够保证施工的顺利进行，为理论和实践提供有力的依据。

工程地质勘察可分为多个环节，其中可行性研究、方案规划和设计实施是最基本的步骤。在规划阶段，相关工作重点是为后期施工提供有效可靠的地质条件信息。此外，在具体实践过程中应深入掌握施工现场周边的地质条件和施工过程中可能出现的地质问题，并对周边建筑市场材料进行深入探索。在可行性调查阶段，需要对原调查结果进行更深入的研究。包括基本建筑结构、形态特征、饮水路线等一系列问题，对地质条件的要求、施工方案和施工材料依次进行选择。最后一个阶段是调查阶段。这项工作的基本目的是在施工过程中进行地质实时监测，整合现有测量数据和施工过程中地质条件的变化，优化现有施工工艺。

二、水文地质勘察的主要内容

（一）水文地质测绘

水文地质图是一种基本的水文地质调查方法，是一项基本的调查工作，主要是用地质图完成的。（1）确定探测区域的地形、水文、天气和基本特征；（2）确定各个底层的岩石的含水性质、地下水的类型，将其划分为含水层和隔水层；（3）对区域内地下水的补给、河流、排泄的地形以及地貌、地下水的特征等进行阐述；（4）评价含水层的富水性以及区域内地下水资源的情况及相关的开采条件；（5）阐明地下水的化学特征及相关的形成因素，对地下水的污染情况进行调查等。

（二）地球物理勘探

物探在水文地质调查中占有重要地位，它自身的效率非常高，需要的成本较低，而且速度比较快。

三、水文地质勘察的重要性

（一）地下水位发生幅度变化造成的工程危害

地下水位振幅变化主要包括以下三个方面：地下水位振幅下降、地下水位振幅上升和地下水位振幅频繁变化。由于地下水位的不断上升，极易导致出现严重的地质灾害。比如大连地铁经常出现渗水现象，对建筑物的耐久性影响很大。地下水位的下降会诱发严重的地质灾害，不仅会对建筑产生不良影响，而且对周围已建建筑也有很大的安全隐患。地下水位频繁变化会给建筑的基础部分带来严重的变形，同时也可能导致建筑物变形甚至损坏，再次埋下建筑物使用中的安全隐患。

（二）水动力压力引起的工程危害

自然情况下，地下水的动力水压很小，给建筑物以及相关工程的建设带来的影响不大。但如果人为干预改变了地下水位的平衡条件，地下水动力水压就会带给建筑物一些影响，可能出现流砂、管涌、基础坍塌等情况，造成极其严重的岩土工程危害，对建筑物质量产生影响。因此，加大地下水动力水压的探测和控制是水位地质调查的一个重要方面。通过专业的努力，在一定程度上可以减少地下水动力水压对原有平衡的破坏，避免动力水压不稳定对建筑物造成的不利影响。

（三）地下水位幅度变化对岩土物理学性质的影响

地下水位频繁的振幅变化，很有可能导致岩土因膨胀不均匀而发生地质变形，严重时可能引起地面开裂。会对工程建筑的底层或轻微的工程建筑造成一系列不同程度的冲击和危害。因此，在水文地质调查中，重视膨胀岩土的调查与控制是另一个重要方面。对地下水位的变化幅度以及变化的规律进行调查十分重要，也为后续建筑物深度的选择带来很大的参考依据。

四、水文地质评价内容

地质工程勘察中的地质勘察内容在过去勘察工程勘察报告中，由于地基设计与施工缺乏结合，对地质工程和地下地质工程的影响和危害进行了评价，很多地区都造成了土地、建筑物开裂等质量问题。总结过去的经验教训，我认为今后在工程勘察中应考虑以下内容：（1）重点对地下水带给岩土和建筑物的影响进行评价；（2）结合工程勘察以及建筑物的地基基础类型，对相关水文地质问题调查清楚，提供研究需要的水文地质信息；（3）以工程人员的视角看，结合地下水可能带给工程的作用及影响，提出应该在不同地质条件下发现的问题，比如说：地下水水位下面的建筑基础对砼和砼内的钢筋的腐蚀性的要求，对选择的软质岩石、强风化的岩石、残积土、膨胀土等相关的岩土体作为建筑物基础持力层的情况，要对地下水活动对上面所讲的岩土体可能产生的影响重点评价。地基基础的压缩层如果出现松散、饱和的粉细砂或者是粉土时，要对可能出现的潜蚀、流沙以及管涌进行预测，如果基础的下部出现承压的含水层，要对基坑开挖之后，承压水冲毁基坑底板的概率进行计算及分析，为了在水下开采坑，应该进行渗透和富水测试。评估土壤冻结和人为降雨造成的斜坡不稳定的可能性，然后影响物体的稳定性。

五、岩土水理性质

岩土的水理特性主要是岩土和地下水之间因为相互作用而表现出来的特性。岩土的水理特性和物理特性是岩土的重要工程特性。岩土的水理特性不仅影响岩土的强度和变形，而且直接影响建筑物的稳定性。过去我们只重视岩石土壤的物理力学性质，忽视了水理性质，因此，对岩石土壤的工程地质性质的评价还不全面。

由于岩土的水文物理性质是通过岩石与地下水的相互作用来揭示的，本文首先介绍地下水的赋存形式及其对岩土水文物理性质的影响，然后简要介绍几种重要的岩土水文物理性质及其研究和测试方法。

（1）地下水的赋存形态：根据其在岩石和土壤中的赋存形态，地下水可分为束缚水、毛细水和重力水，其中束缚水又可分为强束缚水和弱束缚水。

（2）岩土的主要水力特性及其测试方法

①软化是指水侵入岩土层后，岩土层机械强度降低的特性，一般用软化系数表示。这是岩石耐风化，耐渗水能力的指标。如果岩层中存在易软化的岩层，往往在地下水的作用下，形成软弱的夹层。各类成因的粘性上层.泥岩.页岩.泥质砂岩等均普遍存在软化特性。②渗透性是指岩石和土壤在重力作用下，允许水通过的能力。疏松的岩石颗粒越细越不均匀，透水性越差。坚硬岩石的缝隙或喀斯特越发育，透水性就越强。通常渗透率可用渗透系数表示，渗透系数可由抽水试验得出。③崩解性指土体颗粒间联系减弱，断裂，岩石浸润后发生崩解或崩解的特性。岩土的崩解与土壤颗粒组成，矿物组成和结构密切相关。④给水性是指饱水岩土在重力作用下，允许一定量的水从孔隙或裂缝中自由流出的性能，用给水度表示。给水度是含水层的重要水文地质参数，也影响着场地的排水时间。通常经实验室方法确定。⑤膨胀收缩性是指岩土体体积吸水变大，失水变小的特性。岩土的膨胀收缩性是由于颗粒吸水后，黏附在表面的水膜变厚，水分流失后变薄所致。岩土体的膨胀和收缩往往是裂缝和基坑隆起的重要原因之一，对地基变形和土质边面表面稳定性有重要影响。

六、地下水引起的岩土工程危害

地下水引起的岩土工程灾害主要是由地下水位的波动和地下水动水压力的作用引起的。

（一）地下水位波动引起的岩土工程危害

地下水位的变化可以是自然因素造成的，也可以是人为因素造成的，但无论是什么原因，地下水位到达一定的变化范围时，就会带给岩土工程十分严重的危害，这种现象主要有以下三种：

①水位上升引发的地质工程灾害

原因很多，主要是由于含水层结构、岩性等地质因素的影响；降雨、温度、水文和天气因素、灌溉、建筑和人为因素，有时是多种因素共同作用的结果。因为潜水面的上升可能会对岩土工程带来的影响有如下几点：首先，土壤逐渐沼泽化、盐渍化，导致岩土及地下水给建筑物带来很大的腐蚀性。其次，河岸、斜坡等地质容易出现滑移、崩塌等现象。第三，部分特殊的岩土体结构被破坏导致强度降低土壤软化。第四，导致粉细砂和粉土逐渐饱和呈现液化的状态，导致流砂、管涌的问题出现。最后，地下洞的室内被水淹没，逐渐的上浮，也会导致建筑物不稳定。

②地下水位下降引起的岩土工程灾害

通常情况下是由于人为的原因导致地下水水位下降，如地下水的集中抽取、采矿活动中矿床的排放、上游的大坝建设和下游拦截地下水供应的水库建设等。地下水过度下沉，会导致地裂缝、地沉降、地塌陷等几个方面的地质灾害以及地下水资源出现枯竭、水质出现恶化等等环境方面的问题，对岩土以及人们的生活环境和建筑的稳定性都带来很大的影响。

③地下水的频繁变动带给岩土工程的危害

无论是地下水的上升还是地下水的下降，都会给岩土带来不均匀的膨胀的现象，从而导致岩土出现变形和收缩的问题。地下水水位的变化较快，不仅反复发生岩土工程出现膨胀的现象，而且收缩影响的范围也不断增大，导致地面有裂缝现象的出现，建筑尤其是轻建筑都会被带来不同程度的影响。地下水的变动带内部，因为地下水的不断交替变化，导致土层中的铝、铁成本流失，土层因为失去这些物质会导致土质疏松，不断增加的含水量、空隙比例给处理岩土工程基础带来很大的麻烦。