对工程地质勘察中水文地质问题的探讨

精品文档-下载后可编辑对工程地质勘察中水文地质问题的探讨摘要:本文结合工程地质和水文地质条件的特点进行探讨，评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其工程破坏形式，提出预防及治理措施的建议。

关健词:工程地质勘察;水文地质;地下水

0前言

整个工程勘察、设计和施工过程中，水文地质问题始终是一个极为重要但也是一个易被忽视的问题。水文地质和工程地质二者关系极为密切，互相联系和互相作用，地下水既是岩土体的组成部分，直接影晌岩土体工程特性，又是基础工程的环境，影响建筑物的稳定性和耐久性。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。为提高工程勘察质量，在工程勘察中不仅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水文地质评价内容

工程地质勘察中水文地质评价内容在以往的工程勘察报告中,由于缺少结合基础设计和施工需要评价地下水对岩土工程的作用和危害,在很多地区已发生多起因地下水造成基础下沉和建筑物开裂的质量事故,总结以往的经验和教训,我们认为今后在工程勘察中,对水文地质问题的评价,主要应考虑以下内容：

（1）应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,预测可能产生的岩土工程危害,提出防治措施。

（2）工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要,查明有关水文地质问题,提供选型所需的水文地质资料。

（3）应从工程角度分析,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下着重评价的地质问题,如：

①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。

②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。

③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。

④当基础下部存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价。

⑤在地下水位以下开挖基坑，应进行渗透性和富水性试验，并评价由于人工降水引起土体沉降、边坡失稳进而影响周围建筑物稳定性的可能性。

2岩土水理性质

岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形，而且有些性质还直接影晌到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视，对岩土的水理性质却有所忽视，因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。

岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质，下面首先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响，然后再对岩土的几个重要的水理性质及研究测试方法进行简单的介绍。

(1)地下水的赋存形式:地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种，其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。

(2)岩土的主要的水理性质及其测试办法:

①软化性，是指岩土体浸水后，力学强度降低的特性，一般用软化系数表示，它是判断岩石耐风化、耐水漫水能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时，在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。

②透水性，是指水在重力作用下，岩土容许水透过自身的性能。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀，其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育，其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示，岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取。

③崩解性，是指岩土漫水湿化后，由于土粒连接被削弱、破坏，使土体崩散、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大，以某地区的残积土为例，一般崩解时间5~24h，崩解1.79-34%，以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解，而以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。

④给水性，是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水置的性能，以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数，也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验方法测定。

⑤胀缩性，是指岩土吸水后体积增大，失水后体积减小的特性，岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚，失水变薄造成的岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一，对地基变形和土坡表层稳定性有重要影晌。标定岩土胀缩性的指标有:膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性、容水性、毛细管性、可塑性等等。

3地下水引起的岩土工程危害

水文地质和工程地质二者关系极为密切，两者互相联系和互相作用。地下水是岩土体的组成部分，直接影岩土体的工程特性，影响建筑物的稳定性和耐久性。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动水压力作用两个方面的原因造成。

3.1地下水位升降变化引起的岩土工程危害

在工程勘察中，我们要注意调查了解地下水位条件及其升降变化。在天然条件下地下水位一般是季节性的变化，雨季水位上升，早季水位下降，最高水位与最低水位之间称为水位变动带。地下水位的天然变化是区域性、渐变的，而且变化幅度较小。但是，人为因素引起的局部性地下水位升降变化的幅度和速度往往大于天然变化，它所引起的岩土工程危害更为严重。

一、为了正确评价地下水位升降变化对岩土工程的影响，在工程勘察中首先要准确地测定静水位。静水位是指天然状态下地下水稳定水位，在测定静水位时应符合下列要求:

(1)在上部为潜水、下部为承压水或多层含水层地区，均应分层测定水位;

(2)静水位的测定应有一定的稳定时间，钻进过程中的初见水位不一定是静水位。一般地区每小时测定一次，三次所侧水位值相同或孔内水位差不超过2-3cm者，可作为静水位;

(3)工程勘察需要时，宜在勘察结束后，统一测量一次静水位。因为静水位是相对的，它也随着地下水补给或排泄条件的变化而变化;

(4)当采用泥桨钻进时，为了避免孔内泥浆对含水层的封闭影响，测定静水位前应将测水管打入含水层20cm或清洗钻孔后，再测静水位。

为了解地下水位升降变化，可根据工需要进行监测，查明地下水最高、最低水位及变化幅度等。

二、地下水位升降变化引起的一些主要岩土工程危害有如下三种情况:

3.1.1潜水位上升引起的岩土工程危害

潜水位上升的原因很多，主要有:

(1)含水层颗拉细小，其渗透性弱，地下迳流差，尤其是上覆粗粒松散地层时，地表水容易下渗;

(2)当包气带薄时，毛细带接近地表，土饱和差小;

(3)地下水流梯度小或者平缓时，排泄不畅;

(4)当含水层沿水流方向岩性突然变细、渗透性减弱或遇到隔水层时，潜水排泄困难。

上述四种原因引起潜水位上升，多出现在滨海平原、冲积平原一级阶地及山前平原前缘地带。此外河流、湖塘、水库、梁道等地表水体渗入补给潜水层，也会引起潜水位升高。

由于潜水位升高引起的主要岩土工程危害有:

(1)土壤沼泽化、盐渍化、主要发生干海积平原低洼地带。

(2)斜坡岩土体产生滑移、崩塌等，主要发生于风化作用强烈的丘陵地区。

(3)崩解性岩土软化、崩解，岩体结构破坏，强度降低，压缩性增大。主要发生于风化残积土及强风化岩地区。

(4)导致粉细砂及粉土被水饱和呈松散状态，可能产生流砂、砂土液化等。主要发生于第四系全新统冲积、海积松散粉细砂层中。

(5)可能造成地下洞室内充水淹没;基础上浮，使建筑物失稳。

3.1.2地下水位过大下降引起的岩土工程危害

地下水位局部过大下降的原因，主要是人为因素改变了水文地质条件造成的，如集中过量的抽取地下水，使地下水的开采量大于补给量，导致地下水位过大而持续下降，降落漏斗亦相应的不断扩大;另外，工程活动如矿区疏干、降水工程、施工排水等也能造成局部地下水位过大下降。

地下水位局部过大下降引起的主要岩土工程问题是地面塌陷、地面沉降、地裂，破坏岩土体的稳定性，危害建筑物的稳定性。在两广一些隐伏岩溶地区，由于供水、排水造成地下水位过大下降，引起严重的地面塌陷、地裂。

3.1.3地下水位升降变化引起的岩土工程危害

地下水位升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，严重者形成地裂，引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水位变化频繁或变化幅度大时，不仅岩土的膨胀收缩变形往复，而且胀缩幅度也大。因此，在膨胀性岩土地区进行工程勘察时，应特别注意对场地水文地质条件的研究，特别是地下水位的升降变化幅度和变化规律。这对地基基础深度的选择(宜选在地下水位以上或地下水位以下，不宜选在地下水位变动带内)有重要的参考价值。

在建筑工程的地基内，当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时，就能直接影响建筑物的稳定性。若水位在压缩层范围内上升时，软化地基土，使其强度降低、压缩性增大，建筑物可能产生较大的沉降变形;若水位在压缩层范围下降时，岩土的自重应力增加，可能引起地基基础的附加沉降，如果土质不均匀或地下水位的突然下降也可能使建筑物发生变形破坏。

3.2地下水位对岩土物理力学性质的影响

在地下水位以上、地下水位变动带和地下水位以下，具有明显的变化规律:土体从上到下，有天然含水量、孔隙比由小~大~小，压缩模量、承载力由大~小~大的变化规律。这是由于地下水位以上部位，经长期淋滤作用，铁铝富集，并对土颗粒起胶结和充填作用，增大了土粒间连接力，往往形成“硬壳层”，因而含水量、孔隙比小而压缩模量和承载力增高;而位于地下水位变动带的土层，由于地下水积极交替，土中的易溶盐成分淋失，土质变松，因而含水量、孔隙比增大，压缩模量、承载力降低;位于地下水位以下的土层，由于地下水交替缓慢，氧化、水解作用减弱，加之上覆土层的自重压力作用，土质比较密实，因而含水贫、孔隙比减小，压缩模量、承载力增高。

岩土特别是各类软质岩石、风化残积土、不同成因的粘性土等，其物理力学性质的变化规律，与地下水位有着密切的联系。因此，在分析研究岩土物理力学的变化规律时，应充分重视地下水位这一重要影响因素。

3.3地下水动水压力作用引起的岩土工程危害

地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱，但是在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件，在一定的动水压力作用下，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。

这里简单介绍高层建筑深基坑开挖中由于承压水头压力作用引起的垂坑突涌问题。在基坑下部有承压含水层存在时，开挖基坑减小了承压含水层上覆隔水层的厚度，当隔水层减小到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。

（1）基坑突涌形式及其危害:基坑突涌形式主要与承压含水层的类型及其岩性有关。当承压含水层为裂隙水、岩溶水或中粗砂、砾砂;卵砾孔隙水时，基底顶裂，地下水从裂缝中涌出，使其基坑积水:当承压含水层为细粒砂层时，基底产生喷水冒砂现象。基坑突涌不但给施工带来很大困难,而且破坏地基强度,造成边坡失稳。故应重视防治基坑突涌。

（2）基坑突涌防治措施：首先判断能否发生基坑突涌现象。工程勘察中应查明基坑周围内隔水层的厚度、岩性、重量,承压含水层顶板埋深、承压水头高度,含水层的类型、岩性等,再根据基坑开挖深度,判断能否产生突涌现象以及预测突涌形式及其危害。经过判断,如果可能产生突涌现象,则需提出防治措施的建议。防治突涌可以考虑