水文地質在巖土工程勘查中應用
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【摘要】巖土工程隸屬于土木工程，以施工現場巖體與土體為主要研究對象，涵蓋了邊坡、基坑等所有地上、地下以及水中的施工場景。巖土工程勘查是工程準備階段中關鍵的一環，主要負責查明和分析現場地質狀況，并生成評估報告，為巖土工程實踐提供指導。論文以巖土工程勘查中的水文地質為主要分析對象，簡單闡述了其實踐意義及現存問題，并就水文地質在巖土勘查中的應用策略進行了探討，希望能為巖土勘查工作者，以供參考。
1引言
地下水是我國珍貴的淡水資源，具備分布范圍廣，受氣候影響小等特質，同時它的分布及運動規律也是巖土工程勘查的重要對象。地下水不僅制約著施工進程，也影響著項目整體壽命和使用安全。地下水變化具有一定的復雜性，實際勘查過程中測量信息可能存在誤差，導致評估準確性和實用性下降，長此以往，水文地質工作占比持續減小，給施工安全帶來極大隱患。因此，加強對水文地質流程的規范，尋求有效的測定方案是非常有必要的。
2水文地質對巖土工程施工的影響
2.1地下水位影響機制
地下水位是勘查過程中重要的衡量指標，其對巖土工程的威脅主要體現在以下3種場景中：一是地下水水位上升。水位上升至一定極值，工程地表就可能出現鹽漬化，地基腐蝕狀況加劇，土層穩定性進一步下降。地下水的侵入，還會對巖土原有結構造成破壞，土體變軟的同時，也容易出現豎向滑移問題，給施工帶來安全風險。土層中如果賦存較多數量的粉狀細沙，水位上升還會導致流沙等情況的出現，造成地基上浮等嚴重后果。降雨增多、水層結構變化以及灌溉施工，都會造成地下水水位的上升，因此，工程設計時要做好地下水水位變化規律分析。二是水位下降。地下水水位下降使原有地層結構在一定程度上發生改變，誘發低劣、沉降等病害，地下水資源的枯竭、惡化還會進一步影響周圍巖土環境[1]，造成區域生態的破壞，腐蝕巖土工程建筑。地下水水位下降與人為因素關聯最大，地下水抽取過度、采礦過度等都是常見誘因，同時上游攔截水量過多也會對下游地下水水位造成影響，在水文地質勘查時應當重點關注這些因素。三是地下水水位反復升降。這種反復升降會直接影響巖土膨脹情況，使巖土處于不均勻變形狀況中，如果這種變化長期頻繁發生，還會進一步加大巖土膨脹幅度，引發地裂問題。同時這種水體的多次交替運動，還會將土層中鐵等膠結物帶走，使之失去膠結力，變得疏松軟塌，含水量、孔隙比提升，負荷能力下降，從而導致基礎嚴重沉降等后果。
2.2地下水水理特性影響機制
巖土水理特性也是水文地質勘查的關鍵組成部分。在地下水的作用下，不同水理特性的巖土結構會產生不同的變化，對工程項目產生不同程度的影響，以其變化狀況為依據，大致可以分為以下幾種：一是結合水。這種形態是在強壓環境下產生的，水體密度大幅升高，黏稠度上升，根據結合力的大小又可以分為強結合水和弱結合水2種，由于流動力不大，并不會對巖土工程產生太大影響。結合水形態在黏性土體結構中最為常見，在分子吸附作用下，會在周圍土體外側形成較薄的水膜，與正常水體相比，密度甚至可以達到3倍及以上。二是重力水，這種地下水受重力影響最大，會在土層結構中展現自由流動狀態，運動十分活躍，因此，對巖土工程結構的影響也最為明顯。圖1中依次為強結合水、弱結合水及重力水結構。三是毛細水。這種水體形態主要賦存于土體較窄的縫隙當中，受重力制約的同時，也會受到毛細力的影響，力學數值較高時，水位上升，反之則會下降。毛細水對巖土工程影響較大，如果匯聚成為水流，還會使巖土層結構變軟，對建筑材料形成侵蝕。
2.3地下水分布狀況影響機制
受自然地質環境制約，不同巖土工程面臨的地下水分布狀況是存在較大差異的。根據賦存位置的不同，大致可以分為上層滯水與潛水，部分地域還存在承壓水層，當大氣發生降水時，地表水從孔隙較大的透水層滲入，并在重力作用下逐步越過潛水面進入潛水含水層，其中受透水層局部結構阻截的水體就叫作上層滯水，進入潛水含水層的就叫作潛水，如圖2所示。在巖土工程中，潛水含水層與隔水層對施工進程影響最大，含水層一旦被挖斷，就可能導致大量地下水滲漏，必須在保障地層穩定的前提下及時采取降水措施，同時還應對隔水層的承載能力進行科學計算，必要時采用加固技術進行防護，否則將會導致嚴重的沉降、塌陷事故。
3水文地質勘查應用策略探究
3.1工程地質鉆探
鉆孔定位是巖土工程水文地質勘查中的首要環節，其準確與否直接影響著后續工作的科學性和數據適用性。現階段，定位環節存在弊病較多，如放樣不規范，地質條件不適應等，這些都會使鉆孔出現標高偏差，對地下水埋深、流向等的分析帶來干擾。為避免上述問題，在鉆孔階段務必要保障定位的精準性，按照設計圖紙中的坐標和高程開展定位作業，在全站儀等設備的輔助下，完成控制點設置，對于放樣定位以及閉合檢查工作來說，則要借助極坐標方式來完成，平面方向的位置偏差值應當控制在±2m之內，高程偏差則要控制在±15cm之內，如若需要調整勘探點位，上述測量流程則要重新開展。進入鉆探環節，應當選取有扎實專業基礎和鉆探經驗的人員進行施工，深基坑超地下水位的場景中，適宜采用干鉆方案。為保障土層含水量測試的準確性，應對使用的鉆進管進行細致挑選，并且輔助加水或循環液完成操作，選定的工具要具備隔離沖洗液功能。如果施工現場存在易坍塌地層，則要采用鉆孔方式進行側壁保護，同時關注超地下水水位部分的基坑，如果填土過于松散，也要及時采用套管護壁法進行防護。在進行Ⅰ級、Ⅱ級土樣提取時，注意合理控制下設管套深度，二者之間的距離要保證在管徑的3倍及以上；若水位下層仍存在粉土層等結構特殊的土質，則要進行泥漿護壁，對孔內水頭壓力進行重復測試，確定其取值在合理范圍內，之后再進行下一步操作，防止負壓、管涌現象的出現；對于碎石土層來說，則可以采用植物膠漿液進行側壁防護。
3.2原位測試
巖土工程施工進程中，土層的密實度、液化情況等都會對基坑以及建筑本身產生影響，因此，需要對飽和砂土采取標貫試驗措施，一般試驗深度控制在20m即可。標貫試驗步驟可參照GB021—1《巖土工程勘察規范》（9年版）中的規定，同時考慮到鉆孔可能對土層造成破壞，采用回轉鉆法，并視情況而定借助泥漿對側壁進行防護。如果以試驗深度為基準，則套管護壁的最下端應當高出70cm及以上。回轉鉆進過程中可能會產生沉渣，注意總計厚度應當控制在cm以內[2]，在標貫器皿入口完整的前提下，進行后續操作，以提升數據的準確性。如果巖土工程現場為碎石土質，則要適當考慮其密實度，采用重型動探方案，采用連續擊入方式進行取樣，保障巖心的采集率。軟土、黏性土等結構較為緊湊的土質，則要參照標準中的技術方案，采用雙橋靜力觸探試驗，保障參數計算結果的可信度。
3.3取樣
在巖土工程勘查中，取樣是外業操作中十分關鍵的一環。取樣區域的劃分應當建立在土層分析的基礎上，盡可能選取無擾動Ⅰ級土層，若條件制約無法實現則至少也要保障取樣對象為輕微擾動Ⅱ級。為保證取得樣本的質量和代表性，要嚴格遵照標準規定，同時采用圓直型孔洞，從技術層面避免縮孔、塌孔等不良病害的發生，選用取土器型號應當以孔洞直徑為依據，小于孔徑1~2級為宜。取土器進行孔洞內部操作前，應當事先做好清理工作，將殘渣厚度控制在合理范圍之內。
3.4地質編錄
地質編錄實際上就是勘查結果的書面反饋，是對巖土物理力學屬性的客觀反饋，鉆進過程、土層濕度變化等都屬于編錄范圍，要注意采用跟蹤記錄方式，實時填寫，以防數據出錯。其次，地質編錄還應當結合巖土工程現場土質狀況進行，對于碎石土等堅硬地層來說，應當將編制重點放在野外環境上，屬性描述涵蓋顆粒性狀、排列方式等，同時結合母巖成分的分析，得到風化度等參數，以擴展對地質土層認知的全面性。碎石試驗中，數據編著主要集中在顆粒干強度、韌性等方面。對于粉土等、黏性土等軟弱地層來說，則要講重點放在室內試驗的記錄編制上；如果存在特殊土層，則要結合標準進行堆積年代等特征的闡述[3]。
3.5地下水調查
地下水在巖土工程穩定性方面影響較為突出，要結合地質分析結果對地下水水位、水利特性等進行資料收集，結合降水分析等掌握區域地下水變化全貌，同時關注水質分析，防止酸堿度過高對工程項目鋼筋造成侵蝕。水樣采集過程中，要注意合理控制暴露時間，樣本數量不能少于2，如果出現多層地下水情況，還應采取分層采樣措施。在綜合調查的基礎上，對抗浮結構、隔水防滲等措施進行合理比選，保障巖土工程的順利進行，有效規避施工風險。
4結語
綜上所述，水文地質規律復雜性特質突出，會對巖土工程安全施工造成極大威脅，加強水文地質研究，不僅能夠降低施工難度，更能夠規避水文地質運動帶來的風險。因此，要正視水文地質勘查的意義，科學定位、鉆探，按照國家標準進行原位測試與取樣，保證地質編錄的嚴謹性，同時對地下水的水力特性、含水層分布情況、地下水水位進行全方位、動態化的評估，最大限度保障施工質量。
【參考文獻】
[1]吳明雷,趙波.巖土工程勘察中水文地質的問題研究[J].科技與創新,1(17):28-29.
[2]廖友清.水文地質在巖土工程勘察中的應用[J].工程技術研究,9,4(5):88-89.
[3]王俊,于雷,李沅瞳.水文地質在巖土工程勘察中的應用探討[J].工程技術研究,9,4(23):-.
作者:謝磊 單位:深圳市南華巖土工程有限公司
