岩土工程中的水文地质问题

  工程地质勘察中水文地质问题的探讨

 

  一、前言

 

  在《岩土工程勘察规范GB50021- 2008》中，明确了地下水的勘察要求、水文地质参数的测定、地下水作用的评价；但在实际勘察工作中，水文地质问题又是常被忽视的问题，勘察人员一般都注重工程条件、地基条件和场地条件的勘察，而忽视对水文地质条件的勘察，水文地质问题被认为是象征性的工作，只简单对水文地质条件做一般性评价。事实上，水文地质工作在岩土工程勘察、基础设计、工程地质防治等方面都有着极其重要的影响。方面都有着极其重要的影响。水文地质和工程地质二者关系密切，互相联系和互相作用，地下水既是岩土体的组成部分，直接影响岩土体的工程特性，又是基础工程的环境，影响建筑物的稳定性和耐久性。为了提高岩土工程勘察质量，确保设计和施工的顺利进行，不仅要查明调查区的水文地质条件，而且要提出可能发生的水文地质问题并给出预防和治理的措施建议，以保证工程的安全。

 

  二、岩土工程勘察中的水文地质分析

 

  1、勘察要求  由于地质、气候、水文、人类的生产活动等因素的作用，特别是随着高层建筑与深挖工程，地下水位的变化对已有建筑物可能引起各种不良的后果日日趋严重，分析了解工程场地的水文地质条件是保证建设工程安全的前提和基础。在调查区特别是地质条件复杂的地区，应根据工程的具体要求，查阅该区的以往的水文地质资料，通过钻孔和测试等水文地质勘查工作，查明调查区的水文地质条件，除满足《规范》要求外，还应包括：自然地理及地形地貌，地质环境及构造特征，揭露地下水水位（包括近几年的各层地下水位、水位变化趋势；地下水的补给、排泄、径流情况，人为影响地下水的情况等），鉴定水质与水温，通过现场试验确定水文参数，各含水层和隔水层的埋藏条件，场地地质条件对地下水的赋存和影响等。

 

  2、重视岩土水理性质的测试和研究  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响到建筑物的稳定性。以往的勘察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。岩土的水理性质主要有可塑性及稠度状态、渗透性、软化性、崩解性、透水性、给水性和胀缩性等。

 

  （1）可塑性及稠度状态，是粘性土区别于砂土的重要特征，可用塑性指数与液性指数来判别，由土的状态可推知土的性能。

 

  （2）渗透性，可用渗透系数表征，渗透系数可通过抽水试验、注水试验和压水试验确定。

 

  （3）软化性，量化指标是软化系数，在岩层中存在易软化岩层时，在地下水的作用下往往形成软弱夹层，各类成因的粘土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。

 

  （4）崩解性，包括崩解所需的时间、崩解速度、崩 解率等，通常采用耐崩解系数予以表征。

 

  （5）胀缩性，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，特别是膨胀土表现尤为明显。量化指标有膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。

 

  三、地下水对岩土工程的影响

 

  岩土工程问题中，地下水问题占有相当重要的位置。鉴于以往在评价地下水对岩土工程的作用和危害过程中，所做的分析工作和基础设计和施工需要结合不够紧密，更有甚者在建造简单建筑物时自认为地基不需勘察，导致了许多基础破坏和建筑物开裂的事故，总结以往经验教训，在设计和施工前一定要分析水文地质的作用，以消除或减少地下水对岩土工程的危害。

 

  1、地下水对基础的影响

 

  （1）地下水对基础埋深的影响。选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态以及地表水的情况。当有地下水存在时，基础底面应尽量埋置在地下水位以上，若基础底面必须埋置在地下水位以下，则  应考虑排水降水措施、对钢筋混凝土等的腐蚀性和可能出现的危害及防治措施。对埋藏有承压含水层的地基，选择基础埋深时必须考虑承压水的作用，以免在基坑开挖时坑底土被承压水突破。地表流水是影响桥梁墩台基础埋深的因素之一，基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下一定深度，以保证稳定性。

 

  （2）地下水对桩基工程的影响。天然地基造价低，施工简便，所以在工程建设中应优先考虑使用。当基础沉降量过大或地基的稳定性不能满足设计要求时，就必须进行地基加固处理或改变上部结构。当  地基上部软土层很厚变化相对复杂时往往采用桩基础加固地基，提高承载力。为了不使桩周地层坍塌和松动，提高成桩质量，选择相应的成桩方案时必须考虑地下水的赋存运动情况；另外，当桩身下沉量小于土层下沉量时，桩周土对桩身产生负摩阻力，严重影响单桩承载力，特别是建筑场地承压地下水或流动地下水的流速大于3m/min 时，不宜使用混凝土灌注桩或水泥搅拌桩。此外，地下水对桩的腐蚀性也不容小觑，地下水腐蚀性强时对桩的破坏作用非常大。

 

  （3）地下水对基础开挖的影响。地下水位上升可引起粉细砂及粉土饱和液化，出现流砂、管涌等现象，给施工带来很多困难，还可能出现基坑坍塌、滑移，在抗震设防烈度要求时要评价其液化可能。土体软化后强度降低，基坑会沉降或倾斜，膨胀土的胀缩性会使基础开裂变形。

 

  2、地下水对建筑物的影响

 

  基础破坏时，波及范围内的建筑物也会受到影响。地下水位高时会对地下室、地下构筑物的防潮、防湿、防水或稳定性产生影响，会引起土壤盐渍化，对建筑物的腐蚀性增强，还可引起地基土附加沉降和变形，从而造成建筑物变形破坏。此外，人工降低地下水位时可能会直接导致周围建筑物破坏或通过引发一系列地质灾害（如地裂缝的产生、地表塌陷等）使建筑物破坏。当水位频繁升降时，会引起膨胀  土产生不均匀的胀缩变形，进而形成地裂造成建筑物的破坏。

 

  3、地下水对基坑开挖支护的影响

 

  随着高层建筑日益增多，特别在旧城改造中高层建筑受施工场地、施工工艺影响，往往要求采用垂直开挖。基坑开挖中常采用抽水方法降低地下水位，减少土侧压力的影响，但因局部的抽水或排水，能使基础底面以下的地下水位突然下降，引起挡土墙和邻近建筑物变形，造成地表塌陷或地面沉降。特别在地下工程中，开挖时要设止水帷幕，安装支护体时要采取防水设施，如涂防水涂层等等，以防止地下水进入地下工程建设需要的地段。

 

  四、结束语

 

  岩土工程中的水文地质问题是不可忽视的重要问题，切实做好水文地质工作，掌握水文地质的相关理论知识，正确运用各种方法准确地测定各个重要的水文地质参数，可以帮助设计和施工，并且可以有效地预防和减免岩土工程危害。因此，工程技术人员应该在工程勘察中做好水文地质工作的调查与分析，根据勘察到的情况制定相应的防护措施和施工计划，为设计和施工提供必要的水文参数，使岩土工程勘察成果更具实用性和预见性，真正保证工程的质量。