工程勘察中水文地质问题分析研究

时间：2024-05-17

李建生

（云南省地质调查院物化探所，云南昆明 652100）

前言

人类发展演化过程中，经历了各种各样地质作用所造成的灾害，其中大部分地质灾害的形成都有地下水的参与。据大量事实统计，地下水与岩土体互相作用所造成的地质灾害具有类型的多样性、机理的复杂性、分布的广泛性、灾害的严重性和可控性等特征。同时，目前在生产和科研实践中对地下水作用致灾的重要性认识及勘察研究投入不够，在工程地质勘察评价中对地下水作用的定性定量分析还是一个薄弱环节。实践证明，在工程勘察、设计和施工过程中，水文地质问题虽然重要但却是一个易于被忽视的问题。之所以重要，是因为水文地质和工程地质二者关系极为密切，互相联系且互相作用，地下水既是岩土体的组成部分，直接影响岩土体工程特性，又是基础工程的环境，影响建筑物的稳定性和耐久性。至于容易被忽视，是在实际的勘察工作中，在勘探成果内因为很少直接涉及水文参数的利用，水文地质问题往往只被认为是象征性的工作，在勘察中大多只是简单地对天然状态下的水文地质条件作一般性评价，在勘察报告中往往是几句话一带而过。在一些水文地质条件较复杂的地区，由于工程勘察中对水文地质问题研究不深入，设计中又忽视了水文地质问题，经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题，令勘察和设计处于难堪的境地。因此为提高工程勘察质察中不仅应要求查明与岩土工程有关的水文地质问题，评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响，更要提出预防及治理措施的建议，为设计和施工提供必要的水文地质资料，以消除或减少地下水对岩土工程的危害。

1 充分认识地下水引起的岩土工程危害

地下水引起的岩土工程危害，主要是由于地下水位升降变化和地下水的动水压力作用两个方面的原因造成的。

1.1 地下水升降变化引起的岩土工程危害

地下水位变化可由天然因素或人为因素引起，但不管什么原因，当地下水位的变化达到一定程度时，都会对岩土工程造成危害，地下水位变化引起的危害又可分为三种方式：

水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多种多样的，主要有人类活动因素如工程建筑施工、工业废水和生活污水的渗透等影响；水文气象因素如降雨量、气温等；地质因素如含水层颗粒大小、总体岩性水平变化等。有时往往是几种因素的综合结果。

①土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对建筑物腐蚀性增强。

②斜坡、河岸等岩土产生滑移、崩塌等不良地质现象。

③一些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。

④引起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象。

⑤地下洞室充水淹没，基础上浮、建筑物失稳。

⑥引起坚硬岩土软化，水解、膨胀、抗剪强度降低。

地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多是由于人为因素造成的，如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降可能引起岩土工程的危害主要体现在以下几个方面：

①常常诱发地裂、地表塌陷、地面塌陷等地质灾害，对岩土体、建筑物的稳定性产生重大影响并直接威胁人类生命财产安全。

②地下水源枯竭、水质恶化等环境问题，对人类自身的居住环境造成很大威胁。

③施工降水等活动中产生水头差导致动水压力的产生，使粉细砂、粉土层中的土颗粒受到冲刷，将细颗粒冲走，使土的结构遭到破坏。

地下水频繁升降对岩土工程造成的危害。地下水的升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，当地下水升降频繁时，不仅使岩土的膨胀收缩变形往复发生，而且会导致岩土的膨胀收缩幅度不断加大，进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建筑物的破坏。地下水升降变动带内由于地下水的积极交替，会将土层中胶结物＿铁、铝成分淋失，使土层失去胶结物而变得松软，孔隙比增大，含水量增多，压缩性增大，强度降低，给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。

1.2 地下水动力作用引起岩土工程危害

地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱，一般不会造成什么危害，但在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件，在移动的水压力作用下，往往会引起一些严重的岩土工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等，造成安全隐患及影响工程质量。

2 明确工程地质勘察中水文地质勘察的基本要求

对工程有影响的水文地质因素有：地下水的类型、地下水位及变动幅度、含水层和隔水层的厚度和分布及组合关系、土层或岩层渗透性强弱及渗透系数、承压含水层的特征及水头等。为提高工程地质勘察质量，消除或减少地下水对工程建设的危害，在工程地质勘察中应查明与岩土有关的水文地质问题，评价地下水对岩土体和建筑工程可能产生的作用及其影响，且提供必要的水文地质资料。

2.1 查明相关的水文地质条件

区域性气候资料，如降水量、蒸发量、历史水位、水位变化趋势；地下水补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及对地下水位的影响。

主要含水层的分布、厚度及埋深，各含水层和隔水层的埋藏条件、地下水类型、流向、水位及其变化幅度；通过现场试验测定地层渗透系数等水文地质参数。

场地地质条件下对地下水赋存和渗流状态的影响。

是否存在对地下水和地表水的污染及其可能的污染程度。

2.2 水文地质问题评价内容

查明地下水在天然状态及天然条件下的影响，分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况，及对岩土体和建筑物的不良作用。

按地下水对工程的作用与影响，提出在不同条件下应当重点评价的地质问题并提出防治措施。如对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对混凝土及混凝土内钢筋的腐蚀性；对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的建筑场地，应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用；在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时，应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。

密切结合建筑物地基基础类型（如基坑工程、边坡工程、桩基工程）和施工需要，查明有关水文地质问题，提供所需的水文地质参数。

对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察。

对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在高层建筑或重大工程的初步勘察时，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。

3 重视工程勘察中水文地质参数的测定

为了定量的说明岩土体中的水文地质条件，在勘察中还应明确如何测定我们所需要的水文地质参数。

3.1 测定不同的水文地质参数选择不同的测定方法

测水位：钻孔、探井或测压管观测。

渗透系数、导水系数：抽水试验、注水试验、压水试验、室内渗透试验。

给水度、释水系数：单孔抽水试验、非稳定流抽水试验、地下水位长期观测、室内试验。

越流系数、越流因数：多孔抽水试验。

单位吸水率：注水试验、压水试验。

毛细水上升高度：试坑观测、室内试验。

3.2 地下水的量测要求

地下水水位的测定，在工程地质勘察中，凡遇含水地层时，均应测定地下水位。其中静止水位的量测应有一定的稳定时间，其稳定时间按含水层的渗透性确定，需要时宜在勘察结束后统一测静止水位；当采用泥浆钻进时，测水位前应将测水管打入含水层中20厘米或洗孔后量测；对多层含水层的水位量测，必要时应采取止水措施与其他含水层隔开。

测定地下水流向可用几何法，并同时量测各孔内水位，确定地下水的流向。地下水流速的测定可采用批示剂法或充电法。

抽水试验应符合抽水试验方法可根据渗透系数的应用范围具体选用不同的方法；抽水试验宜三次降深，最大降深应接近工程设计所需的地下水位降深的标高；水位量测应采用同一方法和仪器，读数对抽水孔为厘米，对观测孔为毫米；当涌水量与时间关系曲线和动水位与时间的关系曲线，在一定范围内波动，而没有持续上升和下降时，可认为已经稳定；抽水结束后应量测恢复水位等规定。

渗水试验和注水试验可在度坑或钻孔中进行。对砂土和粉土，可采用试坑单环法；对粘性土可采用试坑双环法；试验深度较大时可采用钻孔法。

压水试验应根据工程要求，结合工程地质测绘和钻探资料，确定试验孔位，按岩层的渗透特性划分试验段，按需要确定试验的起始压力、最大压力和压力级数，及时绘制压力与压入水量的关系曲线，计算试段的透水率，确定P-Q曲线类型。

孔隙水压力的测定应符合下列规定：

①测定方法可根据试验的适用条件确定；

②测试点应根据地质条件和分析需要布置；

③测压计的安装和埋设应符合有关安装技术规定；

④测定数据应及时分析整理，出现异常时应分析原因，并采取相应措施。

毛细上升高度测定，在粉土、粘性土可采用试坑直接观测或塑限含水量法测毛细上升高度；对中、粗砂可采用最大分子吸水量法，粉细砂则用吸水介质法测定。