工程勘察中水文地质测试和地下水监测的重要性

江轶青

摘要:文章结合广东省工程地质和水文地质条件的特点,介绍了在建筑地基基础岩土工程勘察中需注意地下水引起的岩土工程危害,探讨了工程勘察中水文地质测试和地下水监测的重要性。

关键词:工程勘察;水文地质测试;地下水监测;水位升降;岩土工程

中图分类号:TV512文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0161-02

岩土工程勘察、设计和施土过程中地下水问题始终是一个极为重要而且也是一个易于被忽视的问题,由于没有足够重视,导致地下水引起的各种岩土工程危害时有发生,为此,在岩土工程勘察中要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土工程和建筑物的作用及其影响,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。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和地下水动水压力作用两个方面的原因造成。

一、地下水位升降变化引起的岩土工程危害

在工程勘察中,要注意调查了解地下水位的理藏条件及其升降变化。地下水位的天然变化是区域性、渐变的,而且变化幅度较小。但人为因素引起的局部性地下水位升降变化的幅度和速度往往大于天然变化,它所引起的岩土工程危害更为严重。

为了正确评价地下水位升降变化对岩土工程的影响,在工程勘察中首先要准确地测定静水位。在测定静水位时应符合下列要求:(1)在上部为潜水、下部为承压水或多层含水层地区,均应分层测定水位;(2)静水位的测定应有一定的稳定时间,钻进过程中的初见水位不一定是静水位。一般地区每小时测定一次,三次所测水位值相同或孔内水位差不超过2～3cm者,可作为静水位;(3)工程勘察需要时,宜在勘察结束后,统一测量一次静水位。因为静水位是相对的,它也随着地下水补给或排泄条件的变化而变化;(4)当采用泥浆钻进时,为了避免孔内泥浆对含水层的封闭影响,测定静水位前应将测水管打入含水层20cm或钻孔洗清后,再测量静水位。

我省地区地下水位升降变化引起的一些主要岩土工程危害有如下四种情况:

(一)水位上升引起的岩士工程危害

潜水位上升的原因主要有:(1)含水层颗粒细小,其渗透性弱,地下迳流差,尤其是上覆粗粒松散地层时,地表水容易下渗;(2)当包气带薄时,毛细带接近地表,土饱和差小,(3)地下水流梯度小或者平缓时,排泄不畅;(4)当含水层沿水流方向岩性突然变细、渗透性减弱或遇到隔水层时,潜水排泄困难。

潜水位升高引起的主要岩土工程危害有:(1)土壤沼泽化、盐渍化、主要发生于海积平原低洼地带;(2)斜坡岩土体产生滑移、崩塌等,主要发生于风化作用强烈的丘陵台地区;(3)崩解性岩土软化、崩解,岩体结构破坏,强度降低,压缩性增大。主要发生于风化残积土及强风化岩地区;(4)导致粉细砂及粉土被水饱和呈松散状态,可能产生流砂、砂土液化等。主要发生于第四系全新统冲积、海积松散粉细砂层中;(5)可能造成地下洞室内充水淹没;基础上浮,使建筑物失稳。

(二)地下水位过大下降引起的岩土工程危害

地下水位局部过大下降的原因主要是人为因素改变了水文地质条件造成的,如集中过量的抽取地下水,使地下水的开采量大于补给量,导致地下水位过大而持续下降,降落漏斗亦相应的不断扩大;另外,工程活动如矿床疏干、降水工程、施工排水等也能造成局部地下水位过大下降。

地下水位局部过大下降引起的主要岩土工程问题是地面塌陷、地面沉降、地裂,破坏岩土体的稳定性,危害建筑物的稳定性。在我省一些隐伏岩溶地区,由于供水、排水造成地下水位过大下降,引起严重的地面塌陷扩地面沉降、地裂。

(三)地下水位升降变化引起的岩土工程危害

地下水位升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形,严重者形成地裂,引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水位变化频繁或变化幅度大时,不仅岩土的膨胀收缩变形往复,而且胀缩幅度也大。因此,在膨胀性岩土地区进行工程勘察时,应特别注意对场地水文地质条件的研究,特别是地下水位的升降变化幅度和变化规律。这对地基基础深度的选择(宜选在地下水位以上或地下水位以下,不宜选在地下水位变动带内)有重要的参考价值。

(四)地下水位对岩土物理力学性质的影响

在地下水位以上、地下水位变动带和地下水位以下,具有明显的变化规律:土体从上到下,有天然含水量、孔隙比由小→大→小,压缩模量、承载力由大→小→大的变化规律。这是由于地下水位以上部位,经长期淋滤作用,铁铝富集,并对土颗粒起胶结和充填作用,增大了土粒间连接力,往往形成“硬壳层”,因而含水量、孔隙比小而压缩模量和承载力增高;而位于地下水位变动带的土层,由于地下水积极交替,土中的铁铝成分淋失,土质变松,因而含水量、孔隙比增大,压缩模量、承载力降低;位于地下水位以下的土层,由于地下水交替缓慢,氧化、水解作用减弱,加之上覆土层的自重压力作用,土质比较密实,因而含水量、孔隙比减小,压缩模量、承载力增高。但应当指出,残积土与强风化岩接触部位,由于强风化岩中往往含有风化孔隙裂隙水,直接作用于残积土底部土层,因而往往在残积土与强风化岩接触带形成一个软塑土层。

二、地下水动水压力作用引起的岩土工程危害

地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱、但是在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力平衡条件,在一定的动水压力作用下,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。

下面介绍高层建筑深基坑开挖中由于承压水头压力作用引起的基坑突涌问题:(1)基坑突涌形式及其危害:基坑突涌形式主要与承压含水层的类型及其岩性有关。当承压含水层为裂隙水、岩溶水或中粗砂、砾砂、卵砾孔隙水时,基底顶裂,地下水从裂缝中涌出,使其基坑积水;当承压含水层为细粒砂层时,基底产生喷水冒砂现象。基坑突涌不但给施工带来很大困难,而且破坏地基强度,造成边坡失稳。故应重视防治基坑突涌;(2)基坑突涌防治措施:首先判断能否发生基坑突涌现象。为此,在工程勘察中应查明基坑范围内隔水层的厚度、岩性、重度,承压含水层顶板埋深、承压水头高度,含水层的类型、岩性等,再根据基坑开挖深度,判断能否产生突涌现象以及预测突涌形式及其危害。

经过判断,如果可能产生突涌现象,则需提出防治措施的建议。防治突涌可以考虑两个方案:一是控制基坑开挖深度,使基底隔水层保留不致产生突涌的厚度;二是在基坑外围设置排水孔,降低承压水位,减少承压水头压力。

三、工程勘察水文地质评价

根据以往的经验和教训,今后在工程勘察中,对水文地质的评价,应考虑以下内容:(1)工程勘察中应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响,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选型的需要,查明有关水文地质问题,提供选型所需要的水文地质资料;(3)工程勘察中不仅要查明地下水的天然状态和天然条件,更重要的是要分析预测在人为工程活动中地下水天然状态和天然条件的变化,及其对岩土体和建筑物的反作用,这是岩土工程设计与施工中必然遇到的问题;(4)工程勘察中的水文地质评价内容,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水文地质问题。

总之,工程勘察中要切实做好有关水文地质测试工作和地下水监测工作,为水文地质评价提供充分、可靠的依据。