岩土工程勘察设计与施工中水文地质问题的探讨

蓝鸿达

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1 水文地质勘察

1.1 水文地质勘察的重要性

水文地质勘察工作是岩土工程勘察的一个组成部分，是一个极其重要、不可替代但却容易被轻视或忽视的部分，客观正确的水文地质勘察是工程建设设计提供重要依据，是工程建设设计、施工技术先进、安全可靠、经济合理的关键性因素。工程建设水文地质勘察，宜结合工程地质勘察或岩土地质勘察进行，而当任务需要或水文地质复杂时，应进行专门的水文地质勘察。

1.2 水文地质勘察的内容

水文地质勘察应根据工程规模、水文地质条件的复杂程度、勘察阶段及已有工作的深度，综合考虑确定，宜包含以下内容：

（1）查明地下水的类型和赋存状态。

（2）对孔隙水应查明含水层和隔水层的埋藏条件和分布规律；对裂隙水应查明裂隙性质，空间分布特征和连通情况等，确定富水带。

（3）量测地下水的水位，取水样进行水化学分析。

（4）当存在多层对工程有影响的地下水时，应分层量测水位，分层取样，并查明各含水层之间、地下水与地表水之间的水位联系和补排关系。

（5）调查地下水的季节变化和多年变化。

（6）调查有无对地下水地表水的污染源及污染程度。

（7）缺乏地下水动态监测的地区，应根据需要设置或埋设孔隙水压力计进行长期监测。

（8）测定岩土的水文地质参数。工程建设水文地质勘察，应根据工作特点和具体水文地质环境，采用多种手段和方法综合研究，须确保第一手资料真实可靠和评价结论客观正确，满足工程建设需要[1]。

2 勘察设计与施工阶段较为常见的水文地质问题

关于工程地质学中改造地质体的方面来说主要分为：灾害地质，城市地质及环境地质。地质灾害中，和水有关的有滑坡、泥石流、地面沉降等显性灾害，有流砂、管涌、化学侵蚀等隐形灾害；随着城市建设的高速发展，地下水的赋存和渗流形态则对基础工程的影响日渐突出；地下水的超采，水污染对环境的影响则越来越严峻。灾害地质、城市地质、环境地质并不是单一存在的，它们在工程建设中往往是组合出现。如线路工程，往往穿过崇山峻岭，河流湖泊，途经各类的城市村庄，途经生态自然保护区，饮用水保护区等，涉及城市地质、环境地质问题；又如地下构建物、地铁的建设时，既要考虑是否出现流砂、管涌、基坑突涌、地面沉降等地质作用，又要考虑建设过程中对城市环境的影响等。

2.1 勘察设计阶段常见的水文地质问题

2.1.1 可行性研究勘察阶段

可行性研究勘察，需搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质、岩土工程和建筑经验等资料，在充分搜集和分析已有资料的基础上，通过踏勘了解场地的地层、构造、岩性、不良地质作用和地下水等工程地质条件；当拟建场地工程地质条件复杂，如重大工程、长大线性工程中已有资料不能满足要求时，应根据具体情况进行工程地质测绘和必要的勘探工作。可行性研究勘察应对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价。特别强调的是线性工程，由于线性工程沿线场地工程地质条件往往复杂多变，本阶段针对不良地质作用及地下水的地质调绘就尤为重要，准确的地质调绘可以有效的避开岩溶发育区、滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用或地质灾害，避免后续阶段的勘察设计或施工因不良地质作用或地质灾害影响被迫更改建设场地而返复工作，避免后期为治理或改造因地质灾害造成的危害耗费大量人力、物力[2]。

在合福高铁工可阶段，在南平某段山区，勘察设计人员和通过了客观正确的地质调绘和水文地质调查，使得该段线路选线过程中成功避开了数个中大型滑坡、一个沟谷型泥石流等对建设工程危险性大的区域，从而保障了该区域工程建设的顺利进行。

在福建宁德白马港铁路支线，某隧道进行炮眼施工时，掌子面位置围岩为弱风化J3X侏罗系凝灰岩，呈青灰色，岩质坚硬，岩体较完整-完整，节理裂隙为稍发育-不发育，当时掌子面共施工有9个炮眼：分别位于左部4个，中部2个，右部3个，炮眼深度均约为2m；其中掌子面左侧炮眼3个炮眼孔大量裂隙水呈股状喷出，中部及右部等其他炮眼孔无水或仅少量裂隙水流出。通过现场工程地质调查，隧道开挖未发现对周边村庄地下水及居民用水造成明显的影响，亦未发现地表径流出现枯竭现象，后通过水平钻探及TSP、红外探水法超前地质预报等手段，结合区域地质资料、可研、初勘地质调绘资料及施工图设计地质资料等综合分析得出该水为基岩裂隙水性质的“上层滞水”，水体方量有限，故采用“洞内导水”的方法，加强该段支护、衬砌，加强排水措施，及时复工并成功通过该涌水段。施工单位合理的监测，及时的预警处理，避开了可能存在的安全风险；查阅前期详尽得工程地质调绘、水文地质资料亦大大缩短了调查时间[3]。

2.1.2 高层建筑的主要水文地质问题

随着城市建设的高速发展，特别是高层建筑的大量兴建，地下水的赋存和渗流形态对基础工程的影响日渐突出，主要有下列问题：

（1）现今很多高层建筑的基础埋深超过10m，甚至超过20m，且建筑体型比较复杂，而大部分“广场式建筑”的建筑平面内都包含有纯地下室部分，部分城市还修建了地下广场；故而在此类建筑中，对于抗浮设计和地下室外墙承载力验算，正确确定抗浮设防水位成为一个牵涉巨额造价以及施工难度和周期的十分关键的问题。

（2）现很多高层建筑的基础埋置较深，基础宽度大，基底压力大，故而基础的影响深度大，在此类建筑基础的影响深度范围内，有时可能遇到2层或2层以上的地下水，而不同层位的地下水之间，水力联系和渗流形态往往各不相同，造成建筑场地孔隙水压力场的分布难于准确掌握；若孔隙水压力的考虑不周，则将影响建筑沉降分析、承载力验算、建筑整体稳定性验算等一系列重要的工程评价问题。

（3）基坑支护工程中，地下水控制设计和支护结构的侧向压力等更与地下水的各种问题紧密相关，故而在大规模的工程建设中，对地下水的勘察评价将对工程的安全与造价产生极大影响。

总之，关于高层建筑中，地下水对基础工程的影响，水文地质勘察中应调查了解各层地下水的补给关系、渗流状态，以及量测压力水头随深度变化的要求；有条件时宜进行渗流分析，量化评价地下水的影响；对于多层地下水分层水位（水头）的观测，尤其是承压水压力水头的观测，对基础设计和基坑设计都十分重要，勘察人员不应忽视这件工作，从而造成勘察资料的欠缺。

2.1.3 城市地质环境

地质环境是人类环境中极为重要的组成部分，城市建设的迅速发展引发了一系列地质环境问题，包括有：地下水污染、地面沉降、地面塌陷、滑坡等，而这一系列地质环境问题中，大部分都和水文地质变化紧密相关的。做好城市环境地质调查特别是水文地质调查，论证地质环境问题，是为区域经济的可持续发展、生态环境建设和地质环境保护提供科学依据的重要手段。

2.1.4 关于设计的一些问题

（1）水文地质条件、水文地质参数是工程设计中最基础的依据和设计条件之一，广大设计人员基本都能很好利用水文地质参数用于工程设计中，但也存在部分设计人员忽视了水文地质的外部条件，从而造成工程隐患。如湛江东海岛某铁路路堑边坡段，边坡高度约4m，坡率1：1．25，采用植草防护，坡顶未设置截水天沟，但在坡顶外约20m有一条平行于边坡的人工土沟；由于湛江东海岛雷暴、台风频繁，而当地雷暴、台风天气多伴随暴雨、大雨、大风。在某次台风过后，该边坡150m范围内出现3处规模大小不等的溜坍，对该铁路运营安全造成一定的影响。该设计人员进行边坡设计时就未考虑当地气象条件，未考虑当地台风、雷暴带来的大暴雨影响，从而形成病害隐患。

（2）当设计人员发现其接收的勘察文件给予的地质设计参数、水文参数较为异常的情况下，设计人员应结合自身的设计经验勇于怀疑，及时和勘察人员沟通，切勿盲目使用超乎异常的参数或工程地质评价进行设计，避免因此造成过度设计或留下工程隐患。

2.1.5 关于静压桩超静孔隙水压力的问题

静压桩技术在国内很多地区得到空前的发展和广泛应用，但静压桩施工时存在着以下问题：

（1）当管桩在饱和软土中静压施工时，由于桩对土的挤压作用，桩周土会形成超静孔隙水应力，在该应力的作用下，桩的极限承载力会明显减小。超静孔隙水应力伴随着渗流和固结会一定程度的降低并逐渐消散，由于饱和土的渗透系数小，消散过程往往需要十几天。当地质条件较复杂时，设计图纸一般用单桩竖向极限承载力标准值作为静压桩的终桩压力值控制标准，然而实际施工时，施工桩长往往远超原设计，为此建议设计人员在提供静压桩终桩压力值控制标准需考虑超静孔隙水压力的影响。

（2）管桩施工过程中，超静孔隙水压力的影响：超静孔隙水压力产生、消散过程，可能导致周围建筑物或构建物地基土体膨胀隆起或不均匀沉降，造成周边管线断裂，边坡失稳、道路无法正常使用或者建筑物开裂等现象。

2.2 施工阶段易轻视的水文问题

施工前及施工期间应采用适宜的方法和手段加强地质资料（包括水文资料）的核对，如发现于设计不符，应及时与设计单位沟通。施工前应做好施工组织计划，根据各工程的项目特点，场地工程地质条件、工期要求、环保要求等因素综合考虑，充分利用施工有利季节，精心组织、精心施工，同时还应做好各种风险防范措施。

（1）岩土工程施工受季节、地下水的影响十分明显，故需要合理安排施工季节，施工日期，考虑雨季施工，地下水变化较大时对基础施工的影响，做好临排等措施。如江西兴国某国道路基工程，场地抗震设防烈度为6度区，路基基底土为一层厚2-4m的稍密状粉细砂层。该路基在冬季施工时，由于地下水位较深，路基施工正常；但到春夏季施工时，由于地下水位上升，施工单位根据冬季施工经验未设置临时排水沟，导致该地基土填筑碾压时，饱和粉细砂在外部机械的振动下造成粉砂层砂土液化现象，形成“弹簧土”地基或路基土失效的现象，从而导致工期延长且施工费用增加。

（2）施工时应做好监测及环境保护。岩土施工，特别时地下工程施工，应做好加强基坑和周边建（构）筑物的监测，应做好地下水监测，地面沉降监测，并根据变形控制得位移要求设置预警警戒值及相应的应急措施，确保施工安全，周边环境安全。施工过程中的产生废水、污水应经过沉淀池沉淀、净化且达到排放标准后排放至排污系统；对有害物质如燃料、燃油、化学品等，制定相应的管理办法，采取切实有效的保管措施，废液、废浆定点存放，定点外弃，防止造成地表水和地下水污染。

（3）不可随意选取取弃土场。取、弃土场应进行设计，设计必须符合环保、水保的要求，应综合考虑渣场类型、弃渣堆置方案、渣场地形和工程地质、气象及水文、建筑材料、施工机械类型等因素，在搜集地形测绘资料、工程地质资料、弃渣基础资料、水文气象资料等的基本资料上进行设计。严禁随意选取取土场和弃土场，严禁在对重要基础设施、人民群众生命财产安全及行洪安全有重大影响的区域布设弃渣场。

3 结语

地质世界是由岩、土、水三种介质组成，而工程活动是我们改造地质世界独特方式，工程大师们根据岩、土、水的性质创造了无数令人惊叹的工程，有高楼大厦，地铁隧道，架空桥梁，拦水库坝、填海造地、高速铁路等，体现了工程与地质的完美结合；但工程活动也引起了一系列灾害，如山区边坡失稳、城市地面塌陷等，这亦需要工程师们利用他们的学识和双手将灾害进行改造，将其化解于无形之中。但不论建造还是改造，都是研究岩、土、水的性质如何的“天人合一”，故而“岩”、“土”、“水”都是工程建设不可忽视的重中之重，广大工程师们不应“重此薄彼”。