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有關(guān)工程地質(zhì)勘探中水文地質(zhì)問(wèn)題探討 1齊榮浩 2王國(guó)彪 3 安喜坡 河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所 河北省廊坊市 065000 摘要：隨著我國(guó)建設(shè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，水文地質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)成為工程地質(zhì)勘探中極為重要的一部分，不容忽視。本文根據(jù)筆者多年來(lái)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國(guó)該行業(yè)實(shí)際情況，對(duì)工程地質(zhì)勘探中發(fā)現(xiàn)的水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析探討，并給出相應(yīng)的合理意見(jiàn)，為我國(guó)的工程事業(yè)奉獻(xiàn)出個(gè)人的些許力量。 關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘探；水文地質(zhì)；問(wèn)題探討 中圖分類號(hào)：F407.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 1、前言 水文地質(zhì)問(wèn)題事關(guān)工程質(zhì)量，在工程地質(zhì)勘查中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，既影響著基礎(chǔ)工程的環(huán)境，有影響著建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。因此，我們必須加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)的研究和學(xué)習(xí)，提高工程勘察質(zhì)量。筆者結(jié)合了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。 2、工程地質(zhì)勘查及沿途水理性質(zhì)概述 地質(zhì)勘查是地質(zhì)勘查工作的簡(jiǎn)稱(一般可理解為地質(zhì)工作的同義詞)。是根據(jù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)一定地區(qū)內(nèi)的巖石、地層構(gòu)造、礦產(chǎn)、地下水、地貌等地質(zhì)情況進(jìn)行重點(diǎn)并有所不同的調(diào)查研究工作。工程地質(zhì)是研究人類工程建設(shè)活動(dòng)與自然地質(zhì)環(huán)境相互作用和相互影響的一門地球科學(xué)，起源于20世紀(jì)初，20世紀(jì)50年代以后在我國(guó)才有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。今天，工程地質(zhì)勘查已成為工程建設(shè)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。近20年來(lái)，隨著各種新技術(shù)、新方法、新手段不斷推陳出新，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，為工程地質(zhì)帶來(lái)了一場(chǎng)真正的技術(shù)革命，從外業(yè)資料收集和內(nèi)業(yè)資料整理的工作程序、工作方法、產(chǎn)品成果、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等等均與傳統(tǒng)的工程地質(zhì)有了較大的差異。而在工程地質(zhì)勘查工作中，水文地質(zhì)依然具有較大的影響作用。 巖土的水理性質(zhì)指巖土在與地下水相互作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，與巖土的物理性質(zhì)都屬于巖土的工程地質(zhì)性質(zhì)，巖土的水理性質(zhì)對(duì)建筑物的穩(wěn)定性和巖土的強(qiáng)度都有著重要直接的影響。很多水利工程企業(yè)在進(jìn)行地質(zhì)勘察時(shí)，都會(huì)把注意力集中在揭露出來(lái)的巖土的類型和工程所在的地質(zhì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)水文地質(zhì)的關(guān)注卻很少，或者只是象征性的涉及水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)天然狀態(tài)的水文地質(zhì)只做一般性評(píng)價(jià)，使評(píng)價(jià)不夠全面和深刻。地下水與巖土的相互作用才能顯示出巖土的水理性質(zhì)，地下水在巖土中的賦存方式是不同的，由于地下水的形式不同，對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響就不同，影響的程度受到巖土類型的制約。 3、勘察中需要注意的事項(xiàng) 3.1、在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)進(jìn)行明確要求 3.1.1、查明相關(guān)的水文地質(zhì)條件 ①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。 ②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)。 ③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。 ④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。 3.1.2、水文地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)內(nèi)容 ①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。 ②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。 ③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)。 3.2、對(duì)工程勘察中水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)定給予足夠的重視 3.2.1、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20cm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)。 3.2.2、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。 3.2.3、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)時(shí)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。 4、地下水的賦存形式及對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響 4.1、地下水的賦存形式 4.1.1、結(jié)合水 地下水在粘性土中的賦存形式主要就是結(jié)合水，結(jié)合水在砂土中的含量很少。結(jié)合水分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水，強(qiáng)結(jié)合水又被稱為吸濕水，它容易受到分子力的吸附，在巖土顆粒的周圍形成水膜，這層水膜是非常薄的，也是緊賦予顆粒周圍的、最牢固的水膜，吸附力極強(qiáng)，并且在強(qiáng)大的壓力下，它的密度是普通水密度的兩倍，彈性和粘滯性都非常大，能夠抗剪切，但不能傳遞靜水的壓力，也不能受到重力的作用。弱結(jié)合水又被稱為弱薄膜水，它依附在強(qiáng)結(jié)合水的外圍，比強(qiáng)結(jié)合水厚，但是吸附力比強(qiáng)結(jié)合水要小，可以在水膜間緩慢的移動(dòng)，和強(qiáng)結(jié)合水一樣，弱結(jié)合水不能傳遞靜水壓力，也不能受到重力的影響。弱結(jié)合水在與粘性土作用時(shí)顯示出來(lái)的性質(zhì)就是粘性土的物理學(xué)性質(zhì)，包括膨脹性、可塑性、收縮性等。由于結(jié)合水不能受到重力的影響，導(dǎo)致活動(dòng)范圍較小，對(duì)巖土的水理性質(zhì)影響也較小。 4.1.2、重力水 重力水是在重力作用下還能在巖土的縫隙中自由移動(dòng)的水，俗稱地下水。地下水和結(jié)合水正好相反，它不受分子力的影響，也不抗剪切，但是可以傳遞靜水壓力。重力水受天然因素和人為因素的影響比較大，在巖土層中又十分活躍，所以對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響也大，我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注。 4.1.3、毛細(xì)管水 毛細(xì)管水是地下水的一種，由懸掛毛細(xì)管水、孤立毛細(xì)管水、真正毛細(xì)管水組成，它不僅受到毛細(xì)管力的作用，同時(shí)還受到重力的作用，如果毛細(xì)管力比重力大，那么毛細(xì)管水就會(huì)上升。毛細(xì)管水不但能夠傳遞靜水的壓力，還能在縫隙中運(yùn)動(dòng)，軟化巖土體，甚至?xí)鹜恋氐柠}堿化和沼澤化，對(duì)建筑物具有腐蝕性，毛細(xì)管水主要含于砂土和粉土中。 4.2、地下水對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響 4.2.1、軟化性，是指巖土體浸水后，力學(xué)強(qiáng)度降低的特性，一般用軟化系數(shù)表示，即巖石在浸水飽和狀態(tài)下與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度之比，它是判斷巖石耐風(fēng)化、耐水浸能力的指標(biāo)。在巖石層中存在易軟化巖層時(shí)，在地下水的作用下往往會(huì)形成軟弱夾層。各類成因的粘性土層、泥巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖等均普遍存在軟化特性。 4.2.2、透水性，是指水在重力作用下，巖土容許水透過(guò)自身的性能。巖土的滲透性的強(qiáng)弱首先決定于巖土空隙的大小和連通性，其次是空隙度的多少。松散巖土的顆粒愈細(xì)、愈不均勻，其透水性便愈弱。堅(jiān)硬巖石的裂隙或巖溶愈發(fā)育，其透水性就愈強(qiáng)。透水性一般可用滲透系數(shù)表示，巖土體的滲透系數(shù)可通過(guò)抽水試驗(yàn)求取。 4.2.3、崩解性，是指巖土浸水濕化后，由于土粒連接被削弱、破壞，使土體崩散、解體的特性。巖土體的崩解特性包括崩解所需時(shí)間、崩解量、崩解方式等。巖土的崩解性與土的顆粒成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)等關(guān)系極大，以廣東地區(qū)的殘積土為例，一般崩解時(shí)間，崩解量，以蒙脫石、水云母、高嶺土為主的殘積土以散開(kāi)方式崩解，而以石英為主的殘積土多以裂開(kāi)狀崩解為主。 4.2.4、給水性，是指在重力作用下飽水巖土能從孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能，以給水度表示。給水度是含水層的一個(gè)重要水文地質(zhì)參數(shù)，它不但影響基坑涌水量大小，同時(shí)也影響場(chǎng)地疏干時(shí)間。給水度一股采用實(shí)驗(yàn)室方法測(cè)定。 4.2.5、脹縮性，是指巖土吸水后體積增大，失水后體積減小的特性, 巖土的脹縮性是由于顆粒表面結(jié)合水膜吸水變厚，失水變薄造成的。巖土的脹縮性往往是產(chǎn)生地裂縫、基坑隆起的重要原因之一，對(duì)地基變形和土坡表層穩(wěn)定性有重要影響。標(biāo)定巖土脹縮性的指標(biāo)有膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數(shù)等 5、工程地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)評(píng)價(jià)內(nèi)容 在以往的工程勘察報(bào)告中，由于缺少結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工需要評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土工程的作用和危害，總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，我們認(rèn)為今后在工程勘察中，對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題的評(píng)價(jià)，主要應(yīng)考慮以下內(nèi)容： 5.1、應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體和建筑物的作用和影響，預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的巖土工程危害，提出防治措施。 5.2、工程勘察中還應(yīng)密切結(jié)合建筑物地基基礎(chǔ)類型的需要，查明有關(guān)水文地質(zhì)問(wèn)題，提供選型所需的水文地質(zhì)資料。 5.3、不僅要查明地下水的天然狀態(tài)和天然條件下的影響，更重要的是分析預(yù)測(cè)在人為工程活動(dòng)中地下水的變化情況，及對(duì)巖土體和建筑物的反作用。 5.4、應(yīng)從工程角度，按地下水對(duì)工程的作用與影響，提出不同條件下應(yīng)當(dāng)著重評(píng)價(jià)的地質(zhì)問(wèn)題。 6、重視巖土水理性質(zhì)的測(cè)試和研究 巖土水理性質(zhì)是指巖土與地下水相互作用時(shí)顯示出來(lái)的各種性質(zhì)。巖土水理性質(zhì)與巖土的物理性質(zhì)都是巖土重要的工程地質(zhì)性質(zhì)。巖土的水理性質(zhì)不僅影響巖土的強(qiáng)度和變形，而且有些性質(zhì)還直接影響到建筑物的穩(wěn)定性。以往在勘察中對(duì)巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試比較重視，對(duì)巖土的水理性質(zhì)卻有所忽視，因而對(duì)巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的評(píng)價(jià)是不夠全面的。巖土的水理性質(zhì)是巖土與地下水相互作用顯示出來(lái)的性質(zhì)，而地下水在巖土中有不同的賦存方式，不同形式的地下水對(duì)巖土水理性質(zhì)的影響程度有所不同，而且影響程度又與巖土類型有關(guān)。結(jié)合水是地下水在粘性土中的主要賦存形式，在砂土中含量甚微。結(jié)合水尤其是弱結(jié)合水與粘性土相互作用時(shí)顯示出來(lái)的性質(zhì)如可塑性、膨脹性、收縮性等歸為粘性土的物理力學(xué)性質(zhì)，因其受強(qiáng)力束縛，活動(dòng)范圍極為有限，對(duì)巖土的動(dòng)態(tài)水理性質(zhì)影響較小。 7、全面了解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動(dòng)水壓力作用兩個(gè)方面的原因造成的。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，地下水位變化引起危害又可分為三種方式。 7.1、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，其主要受地質(zhì)因素如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀；水文氣象因素如降雨量、氣溫等及人為因素如灌溉、施工等的影響，有時(shí)往往是幾種因素的綜合結(jié)果。 7.1.1、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)。 7.1.2、斜坡、河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。 7.1.3、一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低、軟化。 7.1.4、引起粉細(xì)砂及粉土飽和液化、出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。 7.1.5、地下洞室充水淹沒(méi)，基礎(chǔ)上浮、建筑物失穩(wěn)。 7.2、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，常常誘發(fā)地裂、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害以及地下水源枯竭、水質(zhì)惡化等環(huán)境問(wèn)題，對(duì)巖土體、建筑物的穩(wěn)定性和人類自身的居住環(huán)境造成很大威脅。 7.3、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)，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)的動(dòng)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。流砂、管涌、基坑突涌的形成條件和防治措施在有關(guān)的工程地質(zhì)文獻(xiàn)中已有較詳細(xì)的論述，這里不 再重復(fù)。 8、總結(jié) 對(duì)在工程之勘察中出現(xiàn)的有關(guān)水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行綜合性的總結(jié)，并相應(yīng)的提出意見(jiàn)，是筆者寫(xiě)這篇文章的目的。只有施工單位對(duì)水文地址問(wèn)題的愈加重視，才能正確、客觀的對(duì)工程施工區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，才能有效地減小由于水文地質(zhì)問(wèn)題給建筑和工程帶來(lái)的不利影響，方能保證工程的順利施工，建筑的安全投入使用，才能去推進(jìn)我國(guó)建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1] 李君源,范維強(qiáng).工程勘察中的水文地質(zhì)問(wèn)題[J].西部探礦工程,2005,7(111)：32～34． [2] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部,巖土工程勘察規(guī)范[M],中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2002,(2). 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