基于工程勘察中水文地质问题分析

袁思军

摘 要: 目前，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，令勘察与设计处于难堪的境地。下面就针对以往在工程勘察设计与施工过程中水文地质问题易被忽视的情况,就建筑地基基础工程勘察中水文地质评价内容、岩土水理性质、地下水引起的岩土工程危害等三个方面的问题进行讨论以期引起重视。

关键词: 工程勘察；岩土水理性质；地下水危害

中图分类号: F407.1文献标识码：A

1 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与施工需要评价地下水对岩土工程的作用与危害,在广东地区已发生多起因地下水造成基础下沉及建筑物开裂的质量事故,总结以往的经验及教训,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与建筑物的作用及影响,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)不仅要查明地下水的天然状态与天然条件下的影响,更重要的是分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况,及对岩土体与建筑物的反作用。

(4)应从工程角度,按地下水对工程的作用与影响,提出不同条件下应当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砼及砼内钢的腐蚀性。

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、饱与的粉细砂、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与评价。

⑤在地下水位以下开挖基坑,应进行渗透性及富水性试验,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 重视岩土水理性质的测试及研究

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与变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。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,而地下水在岩土中有不同的赋存方式,不同形式的地下水对岩土水理性质的影响程度有所不同,而且影响程度又与岩土类型有关。下面先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响, 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)地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响: 地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水及重力水,而结合水又可分为强结合水与弱结合水。

①结合水是地下水在粘性土中的主要赋存形式,在砂土中含量甚微。结合水尤其是弱结合水与粘性土相互作用时显示出来的性质如可塑性、膨胀性、收缩性等归为粘性土的物理力学性质,因其受强力束缚,活动范围极为有限,对岩土的动态水理性质影响较小。

②毛细管水,是指由毛细管作用保持在岩土毛细管空隙中的地下水,可细分为孤立毛细管水、悬挂毛细管水、真正毛细管水。它同时受毛细管力与重力的作用,当毛细管力大于重力时,毛细管水就上升,因此地下水潜水面以上的普遍形式是一个与保水带有水力联系的含水量较高的湿水层。毛细管水能传递静水压力,并能在空隙中垂直上下运动,对岩土体能起到软化的作用,有时会引起土壤的沼泽化或盐渍化增强岩土体及地下水对建筑材料的腐蚀性。毛细管水在砂土及粉土中含量较高, 在砂砾层含量较少,在粘土中含量很少。

③重力水,是指在重力作用下能在岩土孔隙、裂隙中自由运动的水,即我们通常所称的狭义“地下水”。它不受分子力的影响,不能抗剪切,可以传递静水压力。由于重力水在天然及人为因素的影响下,在岩土中的渗流活动非常活跃,对岩土的水理性质有显著的影响。重力水是我们研究岩土水理性质的重点关注对象。

(2)岩土的主要的水理性质及其测试办法:

①软化性,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、耐水浸能力的指标。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,指水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能。岩土的渗透性的强弱首先决定于岩土空隙的大小与连通性,其次是空隙度的多少。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀,透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育,透水性就愈强。岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取。

③崩解性,指岩土浸水湿化后,由于土粒连接被削弱、破坏,使土体崩散、解体的特性。岩土体的崩解特性包括崩解所需时间、崩解量、崩解方式等。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大,以广东地区的残积土为例,一般崩解时间5~24h,崩解量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,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量的性能,以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数,它不但影响基坑涌水量大小,同时也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。

⑤胀缩性,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,对地基变形及土坡表层稳定性有重要影响。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,这里不再一一叙述。

3 全面了解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与地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。

3.1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,地下水位变化引起危害又可分为三种方式:

(1)水位上升引起的岩土工程危害。潜水位上升的原因很多,主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状；水文气象因素如降雨量、气温及人为因素如灌溉、施工等的影响,有时往往是几种因素的综合结果。由于潜水面上升对岩土工程可能造成:

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、河岸等岩土体岩产生滑移、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。

(2)地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位降低多是由于人为因素造成,如集中大量抽取地下水、采矿活动中的矿床疏干及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地下水的过大下降,常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾害及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题,对岩土体、建筑物的稳定性及人类自身的居住环境造成较大威胁。

(3)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,会使岩土的膨胀收缩变形往复,还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,会将土层中的胶结物--铁、铝成分淋失,土层失去胶结物将造成土质变松、含水量孔隙比增大,压缩模量、承载力降低,给岩土工程基础选择、处理带来较大的麻烦。

3.2 地下水动压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。流砂、管涌、基坑突涌的形成条件及防治措施在有关的工程地质文献中已有较详细的论述,这里不再重复。

水文地质工作在建筑物持力层选择、基础设计、工程地质灾害防治等方面都起着重要的作用,切实做好水文地质工作将对勘察水平的提高起着极大的推动作用。

参考文献:

[1]工程地质手册[M].中国建筑工业出版社

[2]孔德坊.工程岩土学[M].地质出版社,1994