水文地质在岩土工程勘查中的应用研究

谢磊

（深圳市南华岩土工程有限公司，广东深圳518020）

1 引言

地下水是我国珍贵的淡水资源，具备分布范围广，受气候影响小等特质，同时它的分布及运动规律也是岩土工程勘查的重要对象。地下水不仅制约着施工进程，也影响着项目整体寿命和使用安全。地下水变化具有一定的复杂性，实际勘查过程中测量信息可能存在误差，导致评估准确性和实用性下降，长此以往，水文地质工作占比持续减小，给施工安全带来极大隐患。因此，加强对水文地质流程的规范，寻求有效的测定方案是非常有必要的。

2 水文地质对岩土工程施工的影响

2.1 地下水位影响机制

地下水位是勘查过程中重要的衡量指标，其对岩土工程的威胁主要体现在以下3种场景中：

一是地下水水位上升。水位上升至一定极值，工程地表就可能出现盐渍化，地基腐蚀状况加剧，土层稳定性进一步下降。地下水的侵入，还会对岩土原有结构造成破坏，土体变软的同时，也容易出现竖向滑移问题，给施工带来安全风险。土层中如果赋存较多数量的粉状细沙，水位上升还会导致流沙等情况的出现，造成地基上浮等严重后果。降雨增多、水层结构变化以及灌溉施工，都会造成地下水水位的上升，因此，工程设计时要做好地下水水位变化规律分析。

二是水位下降。地下水水位下降使原有地层结构在一定程度上发生改变，诱发低劣、沉降等病害，地下水资源的枯竭、恶化还会进一步影响周围岩土环境[1]，造成区域生态的破坏，腐蚀岩土工程建筑。地下水水位下降与人为因素关联最大，地下水抽取过度、采矿过度等都是常见诱因，同时上游拦截水量过多也会对下游地下水水位造成影响，在水文地质勘查时应当重点关注这些因素。

三是地下水水位反复升降。这种反复升降会直接影响岩土膨胀情况，使岩土处于不均匀变形状况中，如果这种变化长期频繁发生，还会进一步加大岩土膨胀幅度，引发地裂问题。同时这种水体的多次交替运动，还会将土层中铁等胶结物带走，使之失去胶结力，变得疏松软塌，含水量、孔隙比提升，负荷能力下降，从而导致基础严重沉降等后果。

2.2 地下水水理特性影响机制

岩土水理特性也是水文地质勘查的关键组成部分。在地下水的作用下，不同水理特性的岩土结构会产生不同的变化，对工程项目产生不同程度的影响，以其变化状况为依据，大致可以分为以下几种：

一是结合水。这种形态是在强压环境下产生的，水体密度大幅升高，黏稠度上升，根据结合力的大小又可以分为强结合水和弱结合水2种，由于流动力不大，并不会对岩土工程产生太大影响。结合水形态在黏性土体结构中最为常见，在分子吸附作用下，会在周围土体外侧形成较薄的水膜，与正常水体相比，密度甚至可以达到3倍及以上。

二是重力水，这种地下水受重力影响最大，会在土层结构中展现自由流动状态，运动十分活跃，因此，对岩土工程结构的影响也最为明显。图1中依次为强结合水、弱结合水及重力水结构。

图1 结合水与重力水分子结构形态比较

三是毛细水。这种水体形态主要赋存于土体较窄的缝隙当中，受重力制约的同时，也会受到毛细力的影响，力学数值较高时，水位上升，反之则会下降。毛细水对岩土工程影响较大，如果汇聚成为水流，还会使岩土层结构变软，对建筑材料形成侵蚀。

2.3 地下水分布状况影响机制

受自然地质环境制约，不同岩土工程面临的地下水分布状况是存在较大差异的。根据赋存位置的不同，大致可以分为上层滞水与潜水，部分地域还存在承压水层，当大气发生降水时，地表水从孔隙较大的透水层渗入，并在重力作用下逐步越过潜水面进入潜水含水层，其中受透水层局部结构阻截的水体就叫作上层滞水，进入潜水含水层的就叫作潜水，如图2所示。在岩土工程中，潜水含水层与隔水层对施工进程影响最大，含水层一旦被挖断，就可能导致大量地下水渗漏，必须在保障地层稳定的前提下及时采取降水措施，同时还应对隔水层的承载能力进行科学计算，必要时采用加固技术进行防护，否则将会导致严重的沉降、塌陷事故。

图2 地下水分布情况示意图

3 水文地质勘查应用策略探究

3.1 工程地质钻探

钻孔定位是岩土工程水文地质勘查中的首要环节，其准确与否直接影响着后续工作的科学性和数据适用性。现阶段，定位环节存在弊病较多，如放样不规范，地质条件不适应等，这些都会使钻孔出现标高偏差，对地下水埋深、流向等的分析带来干扰。为避免上述问题，在钻孔阶段务必要保障定位的精准性，按照设计图纸中的坐标和高程开展定位作业，在全站仪等设备的辅助下，完成控制点设置，对于放样定位以及闭合检查工作来说，则要借助极坐标方式来完成，平面方向的位置偏差值应当控制在±2 m之内，高程偏差则要控制在±15 cm之内，如若需要调整勘探点位，上述测量流程则要重新开展。进入钻探环节，应当选取有扎实专业基础和钻探经验的人员进行施工，深基坑超地下水位的场景中，适宜采用干钻方案。为保障土层含水量测试的准确性，应对使用的钻进管进行细致挑选，并且辅助加水或循环液完成操作，选定的工具要具备隔离冲洗液功能。如果施工现场存在易坍塌地层，则要采用钻孔方式进行侧壁保护，同时关注超地下水水位部分的基坑，如果填土过于松散，也要及时采用套管护壁法进行防护。在进行Ⅰ级、Ⅱ级土样提取时，注意合理控制下设管套深度，二者之间的距离要保证在管径的3倍及以上；若水位下层仍存在粉土层等结构特殊的土质，则要进行泥浆护壁，对孔内水头压力进行重复测试，确定其取值在合理范围内，之后再进行下一步操作，防止负压、管涌现象的出现；对于碎石土层来说，则可以采用植物胶浆液进行侧壁防护。

3.2 原位测试

岩土工程施工进程中，土层的密实度、液化情况等都会对基坑以及建筑本身产生影响，因此，需要对饱和砂土采取标贯试验措施，一般试验深度控制在20 m即可。标贯试验步骤可参照GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009年版）中的规定，同时考虑到钻孔可能对土层造成破坏，采用回转钻法，并视情况而定借助泥浆对侧壁进行防护。如果以试验深度为基准，则套管护壁的最下端应当高出70 cm及以上。回转钻进过程中可能会产生沉渣，注意总计厚度应当控制在10 cm以内[2]，在标贯器皿入口完整的前提下，进行后续操作，以提升数据的准确性。如果岩土工程现场为碎石土质，则要适当考虑其密实度，采用重型动探方案，采用连续击入方式进行取样，保障岩心的采集率。软土、黏性土等结构较为紧凑的土质，则要参照标准中的技术方案，采用双桥静力触探试验，保障参数计算结果的可信度。

3.3 取样

在岩土工程勘查中，取样是外业操作中十分关键的一环。取样区域的划分应当建立在土层分析的基础上，尽可能选取无扰动Ⅰ级土层，若条件制约无法实现则至少也要保障取样对象为轻微扰动Ⅱ级。为保证取得样本的质量和代表性，要严格遵照标准规定，同时采用圆直型孔洞，从技术层面避免缩孔、塌孔等不良病害的发生，选用取土器型号应当以孔洞直径为依据，小于孔径1~2级为宜。取土器进行孔洞内部操作前，应当事先做好清理工作，将残渣厚度控制在合理范围之内。

3.4 地质编录

地质编录实际上就是勘查结果的书面反馈，是对岩土物理力学属性的客观反馈，钻进过程、土层湿度变化等都属于编录范围，要注意采用跟踪记录方式，实时填写，以防数据出错。其次，地质编录还应当结合岩土工程现场土质状况进行，对于碎石土等坚硬地层来说，应当将编制重点放在野外环境上，属性描述涵盖颗粒性状、排列方式等，同时结合母岩成分的分析，得到风化度等参数，以扩展对地质土层认知的全面性。碎石试验中，数据编著主要集中在颗粒干强度、韧性等方面。对于粉土等、黏性土等软弱地层来说，则要讲重点放在室内试验的记录编制上；如果存在特殊土层，则要结合标准进行堆积年代等特征的阐述[3]。

3.5 地下水调查

地下水在岩土工程稳定性方面影响较为突出，要结合地质分析结果对地下水水位、水利特性等进行资料收集，结合降水分析等掌握区域地下水变化全貌，同时关注水质分析，防止酸碱度过高对工程项目钢筋造成侵蚀。水样采集过程中，要注意合理控制暴露时间，样本数量不能少于2，如果出现多层地下水情况，还应采取分层采样措施。在综合调查的基础上，对抗浮结构、隔水防渗等措施进行合理比选，保障岩土工程的顺利进行，有效规避施工风险。

4 结语

综上所述，水文地质规律复杂性特质突出，会对岩土工程安全施工造成极大威胁，加强水文地质研究，不仅能够降低施工难度，更能够规避水文地质运动带来的风险。因此，要正视水文地质勘查的意义，科学定位、钻探，按照国家标准进行原位测试与取样，保证地质编录的严谨性，同时对地下水的水力特性、含水层分布情况、地下水水位进行全方位、动态化的评估，最大限度保障施工质量。