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岩土工程勘察设计与施工中水文地质问题探析

2022-11-22蔡森钢熊建良

中国金属通报 2022年10期
关键词:水文地质岩土工程

蔡森钢,熊建良

在工程项目勘察结果中,水文地质有关数据的应用是比较少的,所以这也就导致许多勘察作业人员在工作中忽略水文地质问题相关数据,然后在没有进行水文地质问题研究的基础上开展勘察作业。在水文地质条件较好的区域,针对水文地质不进行相应的勘察作业所产生的工程影响是比较小的,但是如果所处的施工现场的水文地质条件并不是特别理想,那么缺少了对水文地质问题的勘察所产生的工程后果将是非常严重的。正因为如此,需要在一定程度上加强对岩土勘察中的水文地质问题的研究。

1 岩土工程勘察的含义

地质研究是指为了确定某一地区的地质条件,研究地下水和地表水的来源和分布,为合理开发水资源奠定基础而进行的地质研究。地质勘探主要考察的是水位的变化。在一定的期限内,针对地下流向、化学成分、地下溢流和侵蚀等情况进行分析,以确定在施工和维护阶段地下可能会发生的变化和影响,并提出有效的预防性措施。在项目实施前,勘探者必须对该地区的气候特征和水文地质特征进行全面细致地研究。调查水文地质特性和影响工程工作的因素,并采取具体的保护措施,避免地下问题。此外,有必要进行水文地质的调查以及地下动态的监测。技术人员需要高度重视新技术的发布和优化更新,熟悉要求,了解需求,这样才能够更好的承担各项工程的研究任务,开展完整的地质和水文地质调查,贡献自己的理论水平和技能。在地质构造施工中,地质问题与实际工程勘察有着密切的关系,其质量的好坏直接影响到整个工程的质量。地质勘察应包括以下主要方面:气象水文条件,当地地理条件,以及矿产勘察等一系列工作。施工区地势、地形、基本结构等环境的影响,会改变水文地质条件、地质构造、底土类型、含水层、水文性质、地表和最高水位等地质性质。因此,发展水文地质研究非常重要。首先,准确可靠的水文地质数据可以防止地下破坏,帮助建设者降低风险;其次,地质勘察的结果可以为工种的选择准备参考资料,保证其稳定性和可靠性,可以有效地开展地质分析工作。

2 地下水对岩土工程所产生的影响

2.1 地下水位升降所产生的影响

2.1.1 地下水位上升产生的影响

由于存在诸多地质因素与水文气象因素,地下水上升过程中所产生的危害是比较严重的,主要表现为如下几点:①会导致施工现场的地基土壤沼泽化,使地下水对建筑物或者是建筑物结构的腐蚀作用大大增加;②容易导致山丘或者是山地地区的地质灾害的发生频率及概率增加,如泥石流、山体滑坡或其他的地质灾害等;③可能会导致建筑物的主体结构稳定性降低,或者是主体结构的地下室内出现冲水淹没问题。

2.1.2 地下水位下降产生的影响

地下水位下降主要是由人为因素所导致的,如抽取地下水进行灌溉等。当地下水位下降较大时所导致的后果是很严重的,会使得整个施工现场的地面下沉或者是出现土地开裂情况。

2.1.3 地下水位来回升降产生的影响

如果地下水位的来回升降非常频繁,那么可能会导致膨胀性的岩土的收缩与膨胀变得极不规律,从而导致岩土的膨胀收缩幅度大大增加,在该岩土上方的建筑物的主体结构会在这种收缩与膨胀的过程中受到破坏。同时,由于地下水位频繁升降,岩土内部的胶结物会快速流失,从而导致岩土的土质变松,承载能力大大降低。

2.2 地下水动力作用所产生的影响

在地下水运作的过程中,如果所产生的动力作用是处于天然状态下的,则其对于岩土工程所产生的影响是不严重的。但如果这种天然状态受到影响或被破坏,或者是因人为因素所产生地下水的运动,那么其所产生的危害则可能会很严重。因为一般情况下,人为因素所产生的地下水动力的作用是比较大的,而且在运动的过程中没有任何规律可言,可能会导致基坑突涌或者是流沙等问题,从而使整个岩土工程的施工质量降低,对上方建筑物的主体结构质量与稳定性造成破坏。而且,地下水本身还可以增加岩土体的重度和含水量,对岩土体产生化学作用及物理作用,使岩土的结构面出现软化现象,进而导致整个岩土的性质出现转变。除此之外,对于地下水来讲,自身的力学作用还会使边坡的稳定性遭到破坏,最终导致边坡失稳引发地质灾害问题。

3 岩土工程勘察中的水文地质问题

3.1 地下水上升危害

3.1.1 地基承载力不断下降

工程人员在调查各种建筑地基后,常常会发现地下水位上升,进而导致岩土结构被破坏、强度不断下降,严重的还会影响地基承载力。无论哪种土质,承载力会因地下水位的变化而上升或下降,最终影响建筑物稳定性。

3.1.2 岩土发生崩塌与滑移

尤其是在斜坡及河旁边等地带,随着地下水位的提升,岩体及土体经常会被水浸润软化,抗压强度逐渐减小;当地下水下降时,会对岩土造成侵蚀,继而破坏岩土结构和承受力;且地下水温的升降,还会导致动水压力不断增加,岩土崩塌、滑移。

3.1.3 建筑物震陷

无论是疏松砂型地基,还是黏性地基,当地下水位上升期间,都会使得岩土强度不断降低,继而导致地基震陷不断增大,建筑物沉降不断加剧最终导致对工程质量产生影响。

3.2 地下水下降危害

人为因素是影响地下水位下降的主要因素,例如矿床疏干及过量抽取地下水等,地下水下降常常会导致下面问题产生:

(1)地下水水质恶化、骤减随着地下水的大量抽取,采矿操作当中矿床疏干,地下水开采量将远超过补给量,进而使得含水层水量短缺。若地下水长期大量开采,水资源势必会逐渐减少,水中有害物不断增加,严重的还会导致水质严重恶化。

(2)岩层被破坏,地面出现沉降当地下水被过量开采后,地下水位将不断下降,岩层悬空且逐渐没有支撑力,此时岩层容易出现崩塌,地面容易出现下沉,其会对建筑物稳定性产生重要影响,严重的还会危及人类生命安全。

(3)海水侵蚀导致地下水腐蚀性不断增强通常情况下,陆地淡水和海水量可以相互平衡。若开采某区域地下水力度较大,势必会导致动态失衡,此时海水将会朝着陆地蔓延,继而使得淡水水质咸化,严重的还会导致水腐蚀性不断加强。

3.3 水位频繁交替

危害地下水位的频繁升降将使得某一范围当中的岩土体发生不均匀涨缩变形,严重的还会使得涨缩幅度不断增强,最终引起地裂。地裂的产生将对建筑物结构稳定性造成破坏,继而影响地基稳固性。若因地下水位变化而导致地下水频繁交换,此时将不利于稳固土层当中的铁与铝元素,严重的还会引起土质疏松,含水空隙不断增加,最终对地基承载力产生影响。

3.4 动水压力的影响

动水压力指的就是渗透力,岩土体中存在着大量可以自由流动的水分子,但是水分子的流动是会受到一定的土壤阻力的,由此会在一定程度上拉拽地质构造,从而改变岩土的地质应力,即渗透力改变,动水压力一旦改变,工程的稳定性和安全性就会受到影响。除去客观原因,人为因素是改变动水压力的重要因素,在人类活动加剧的客观事实下,岩土的构造受到不同程度的损坏,甚至发生瓦解,地下水的动水平衡势必被打破,因此出现基坑坍塌等工程事故,严重影响了岩土工程的顺利开展,更为严重的是,还极有可能为完工后的质量安全埋下隐患。

3.5 地质灾害问题

地质问题一直以来都是岩土工程勘察中较为明显的问题,集中表现在岩土体的疏松流失、地质结构的复杂多变等,地质灾害问题的出现会大大影响施工的安全和进度。在一些施工场地,存在着大量的疏松土质,一旦遭遇到降雨,那么发生滑坡和泥石流的概率就会增加。除此之外,有些施工场地的土质结构比较复杂,土质的分布也呈现不均匀的特点,还有的区域存在孔洞等不良地质。

4 岩土工程勘察中的水文地质勘察的策略

4.1 加强水文地质勘察意识

水文地质勘察是岩土工程勘察的重点内容,但是水文地质勘察的工作难度较大,这是因为水文地质状况一直处在多变和复杂的状态下,因此勘察不能仅凭经验,更不能固守某一个勘察程度,这要求地勘单位和工程单位都要保持对水文地质状况的重点关注,增强人员的勘察意识和责任意识,彻底改变过去那种重施工轻勘察的错误观念,要将水文地质勘察和工程施工建设放在同等的位置看待。

4.2 提高工程地质勘察的规范性

岩土工程勘察这项工作的专业性、复杂性都是很强的。我国的岩土工程勘察已经具备了较为相似的规章制度,在规范体系方面的建设也是较为先进的,然而勘察作业的科学性方面却缺失有效的管控措施,导致岩土工程勘察各项工作的规范性不足,未来还有较大的提升空间。

4.3 评价水文地质问题的基本内容

对水文地质的评价主要为以下几个方面:一是技术人员要以实际的工程地质情况为研究基础,进而分析水文地质可能对岩土工程产生的负面影响,针对存在的危害要制定好解决措施,以减少可能出现的风险。二是要加强对水文地质问题的调查力度,与区域的实际相结合进一步分析水文地质问题,结合相关的信息资料,为建筑的地基建设提供详实的地质勘察报告,保证建筑地基施工的准确性。三是对地下水做科学调查,在对地下水进行调查的过程中,要防止人为因素对工程造成的影响。四是当前水文地质问题的评价基础上应该根据不同的区域以及情况而定,技术人员在勘察的过程中需要结合实际的情况做好改善,同时还要对区域的土地进行全面分析,以此确保获取数据的有效和可靠性。

4.4 准确评估水文地质

在岩土工程实际施工之前要对水文地质和岩石建筑物进行评估,确定风险可能性,将这些预测数据作为前提,给予有针对性且具有较高合理性的有效预防措施。对于岩土工程水文地质问题需进行全面多方位调查,依据了解到的地质问题进行全面分析,从而提供出专业可靠的水文数据,为后续建筑项目施工奠定基础。除此之外,岩土工程在施工区域的地下水要确保处于自然状态,并了解地下水的实时变化,分析这些变化是否会对工程建设造成不利影响,通过研究进行可行性解决措施的提出。

4.5 强调水文特点掌握,明确勘察要求

要不断加深水文特点研究力度,清晰对工程地质勘察效果所产生的重要影响。在地下水和岩土实际作用过程中,岩土具有透水、软化和崩解等多样性质,岩土这些性质与工程施工地质问题之间有着紧密关联,在进行地质勘察过程中要对岩土采样进行合理规划,分别在枯水期和丰水期分别进行,只有这样才能全方位且科学地勘察出本区域内的岩土层次结构以及水层变化,从而通过数据对比分析准确掌握地下水位和水量情况,利于后期工程施工工作的落实。

4.6 含水层、隔水层的勘察

含水层和隔水层的勘察工作也是岩土工程水文地质勘察中的重要内容,要做好这项工作,首先要求工作人员要具备吃苦耐劳的优秀品质,能够深入到勘察现场进行详细勘察。勘察含水层和隔水层,首先要对其地下水位的历史性变化有较为深入地了解,在此基础上才能对含水层和隔水层的深度进行科学计算,如有必要,就要通过实施打孔来分析土质。

4.7 提高地下水的调查

水平岩土工程的水文地质受到多种因素的影响,这就要求岩土工程勘察要同时考虑到多种因素,这样才能有助于选择更为科学合理的勘察手段和方式,最终保证获取数据信息的准确性。地下水一直以来都是影响水文地质状况的重要因素,尤其是地下水位的变化,对工程建设施工产生的影响是十分重大的。但是勘察地下水又是一件十分复杂的工作,因此勘察单位要加强地下水勘察工作的技术研究,提升勘察工作人员的专业技术水平,从而制定出更为科学合理的勘察设计方案,提高勘察数据的精准度,最终为工程的施工建设保驾护航。

4.8 提升勘察技术人员的综合能力

我国的岩土工程勘察行业起步较晚,发展还不成熟,行业的勘察技术人员在专业技术水平上也是参差不齐的,还有些人员的综合素质也是不达标的。目前行业中普遍存在着勘察技术人员忽视各项勘察内容的问题,尤其是对岩土工程和水文地质勘察工作缺乏本应有的重视,技术人员理论知识储备不够,这些因素都会影响最终的勘察质量。基于此,岩土工程勘察行业要强化对于勘察技术人员的综合素养的培训,提升他们的专业技术水平,促使他们不断学习新知识和新技术,保证他们有过硬的技术能力和责任意识,为勘察工作的开展奠定坚实的人才基础。

5 岩土工程勘察作业中水文地质勘察的注意事项

5.1 水文地质条件的全方位了解

在对水文地质勘察作业的过程中,需要对施工现场所在区域的水文地质内容进行全方位的了解,因为在过去的水文地质相关特征变化的过程中,能够呈现出一定的规律性特点,针对过去一段时间内的水文地质变化内容进行调查与了解,可以总结今后的水文地质变化趋势。首先,是对勘测所在区域的地下水水位及变化规律、降水量及蒸发量等进行数据观测及记录,对地下水与地表水之间存在的联系进行确定。其次,是要掌握勘察作业所在地的含水层深度和厚度,以及不同水层内的地下水种类及水位变化和流动情况等。最后,则是需要根据勘察区域的地质条件,对地下水的渗流情况进行了解并记录,同时还需要对地下水及地表水是否出现污染进行判断,如果出现污染则需要对污染程度进行确定。

5.2 水文地质问题评价内容

对于水文地质问题的研究,经过大量的实践与总结,主要体现在如下几个方面:首先,在工程项目施工之前,需要对该施工现场的水文地质条件以及水文地质问题对岩土体或者建筑物所产生的影响和影响程度进行评价及判断。在此基础上,还需要对水文地质问题所产生的危害问题种类以及危害程度进行预测,然后及时制定针对性以及具有可行性的措施,做好问题的预防。其次,针对岩土工程施工现场的水文地质问题,要做出全方面以及多个角度的调查与了解,针对已经掌握的水文地质问题,要提供相应的水文资料进行数据支持,从而保证在地基建设与建筑物施工过程中拥有可靠的数据支持,对施工计划以及施工进度进行指导。再次,针对工程项目建设所在地的地下水天然存在状态,要进行提前勘测与调查,对地下水发展过程中人为因素所导致的改变情况和产生的影响进行确定,然后提出相应的预防处理对策。最后,地下水水文地质问题评价工作中应当按照因地制宜的原则,在对不同的勘察地区进行地下水问题调查的过程中,评价的内容也需要随之转变。因为在评价的过程中,主要目的是能够使水文地质问题所产生的影响得到确定并采取预防性措施,所以应当根据不同建筑场地的情况开展针对性的评价。

6 总结

综上所述,对于岩土工程勘察作业来讲,在实际工作中,水文地质问题是重要的作业内容之一,依托水文地质问题的评价结果,对岩土工程项目施工进行指导与改善,以便在最大限度上消除水文地质问题所产生的负面影响。应当对岩土工程勘察中的水文地质问题给予充分的重视,在勘察作业过程中,对与水文地质问题有关的数据进行记录及分析,及时判断水文地质问题的影响程度与危害,然后采取针对性的措施加以解决。

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