吉林市城区第四系卵石层的赋水特征及降水工程存在的问题

史国强

(吉林市勘测设计院，吉林吉林 132011)

吉林市城区第四系卵石层的赋水特征及降水工程存在的问题

史国强∗

(吉林市勘测设计院，吉林吉林 132011)

简要说明吉林市城区第四系卵石层的赋水特征，概略介绍城市建设项目降水工程现状，分析了降水工程效果的主要影响因素，分析论述了降水工程对城市地质环境的影响，提出相关建议。

卵石层赋水特征；降水工程；地质环境影响

1 前 言

吉林市城区位于第二松花江上游的河谷阶地上，第二松花江呈反S形流经市区，市区建筑物多分布于第二松花江Ⅰ级阶地之上，该阶地属基座阶地，基底为黑吉地槽系吉林复向斜的二叠系凝灰质岩石及华力西期和燕山期花岗质岩石等，松散堆积物为第四系粘性土、砂、砾、卵石层。其中卵石层是本市大多数建设工程的主要地基持力层，特别是桩基础良好的桩端持力层，同时卵石层也是主要含水层。因此重点探讨和研究城区第四系卵石层的赋水特征、分析降水工程效果的主要影响因素、论述降水工程对城市地质环境的影响等内容对城市工程建设和地质环境保护有重要意义。下面就以下问题进行分析说明和探讨。

2 卵石层的结构组成及赋水特征

通过参与吉林市众多建设工程的岩土工程勘察以及水文地质勘察和降水工程工作，初步总结吉林市城区卵石层的结构组成及赋水特征为:松花江Ⅰ级阶地卵石层埋深4 m～15 m左右，厚度 5 m～15 m左右；密实度多呈中密状态，有些地段、有些层位呈稍密状态或密实状态；其作为含水层的赋存形式为潜水，局部为微承压水；地下水主要由大气降水补给，向松花江径流排泄；地下水位深度1 m～10 m不等，靠近松花江地带的Ⅰ级阶地前缘水位深度多为6 m～8 m，靠近山前的Ⅰ级阶地后缘地带水位深度多为 1 m～3 m。其单井涌水量为 10 T/h～80 T/h；含水层渗透系数为 25 m/d～80 m/d；影响半径R＝80 m～200 m；水位随季节(枯水期，丰水期)有一定变化，变幅在 0.5 m～1.5 m。卵石层是本地区表层潜水的主要含水层和建设工程的主要地基持力层。可见吉林市城区地下水赋存与分布的基本特征与松花江河谷阶地的形成与分布直接相关。

3 本市建设项目开展降水工程的现状

吉林市的降水工程是始于1984年。笔者有幸参与吉林大街841地下商场降水工程的方案设计、降水施工的全过程。之后随着高层建筑的兴起，先后有降水工程的出现，由于当时多为一层地下室，故基坑底水位降低1 m～2 m左右，据现场做抽水试验(单孔，或多孔)测定水文地质参数后设计井数和井深，当时井间距多在20 m～30 m左右。后来人工挖孔桩兴起，几乎所有人工挖孔桩均配合降水工程。加之近年来高层建筑地下室由1层增加到2层～3层，降水井间距渐加密至8 m～10 m左右。尽管这样仍有降水不成功或效果较差的案例。

4 影响降水工程效果的主要因素分析

井点降水的原理是依据地下水动力学的稳定流理论，它的实施是在许多假设条件前提下，同时在运用时应充分考虑到边界条件。地下水类型、含水层厚度、含水层渗透性、稳定水位、地下水降深等因素是地下水赋水性及降水工程的重要的直接影响因素，在降水工程的方案设计、降水施工过程中已受到重视，在此不多加分析。在降水工程的实际操作中还常遇到一些不确定或未被发现的影响因素，进而造成工程降水的不理想或不成功。通过近几年的工程实践对如下一些影响因素给以初步分析。

地表水体的影响:吉林市城区松花江水与地下水具有较好的水力联系，在大江沿岸进行基坑降水工程设计时对水头边界的考虑应结合江水水位数据。如前几年江边某工地，其开挖时正值汛期，江水位大幅上涨3 m～4 m，由于地表水位大幅增高，而地表水与地下水之间密切的水力联系，故而在降水过程中，随降水井中地下水抽出，同时地表水在高水头的作用下，源源不断的补给，使之无法达到预期目的。

卵石层局部氧化壳的影响:吉林市城区圆砾卵石层中的地下水富含Fe离子成分，部分井中抽得水经5 min～10 min沉淀在10升塑料桶中，就有2 cm～3 cm絮状褐色物产生，同理在季节变幅情况下附在卵石孔隙中的Fe离子沉淀物和粘性土、粉细砂混合对砂、砾卵石起胶结作用。使卵石层顶部形成一个氧化壳，使其呈密实状态，透水性明显降低。

卵石层中局部薄层粉质粘土夹层或透镜体的影响:在岩土工程勘察和降水工程实践中发现，吉林市城区圆砾卵石土虽广泛分布，但其不均匀性不但反映在颗粒组成特征及密实度特征的变化上，还反映出局部有薄层粉质粘土夹层或透镜体分布。如翠江锦苑项目降水时，由于卵石层中粉质粘土夹层的存在，使得粉质粘土其上的卵石层的水，下渗遇到阻碍。由于降深过大，隔水层(粘性土)其上含水层处于疏干状态。虽然井多，使井壁之水位和井内之水位有很大差距(井损过大)，水泵上方压力水柱小，故使井中只有少量水可抽，基坑水位却难以下降，另外从财富广场项目等降水工程来看，降水地段中心开挖超过含水层1/2～2/3厚度，效果均不佳，含水层不是水位降低而是处于疏干状态。这种情况在江南商厦改造工程人工挖孔桩(1991年)、新东商场工程人工挖孔桩(1998年)、吉林世贸中心广场基坑开挖(2008年)、中冶江山如画小区基坑开挖(2010年)等项目中均有出现，其粘性土夹层(透镜体)厚度0.2 m～1.0 m不等，其重型重力触探N63.5＝(4击－8击)10 cm。可见分布在圆砾卵石层中的粘性土夹层或透镜体给基础工程带来不小的麻烦。一是其成为主要持力层的卵石层中软弱夹层。二是在井点降水时，导致降水效果不佳，影响工程的如期完成。

综合可知，吉林市城区Ⅰ级阶地圆砾卵石层虽然在宏观上有其分布范围大，强度高，适宜作为基础持力层，尤其适宜作为桩基础的桩基持力层，但由于其在沉积时亦有相变，或由于沉积环境的局部改变，其间或夹粘性土透镜体或相变为级配差、强度低的粗砾砂土或圆砾层。

5 降水工程对地质环境的影响

目前高层建筑的开发建设大都需配合降水工程，多用多孔布井，大降深，持续时间一般在6个月～10个月，且高层建筑现多为高层建筑群。同时有十几栋楼同时开工，这样就造成该地圆砾卵石层以 1万吨/h～2万吨/h的开采量抽取地下水，使局部卵石层处于疏干状态，形成较大的降落漏斗。对含水层造成破坏。这样每建设一部分高层楼群，就将形成一个较大的降落漏斗，其对地质环境将产生如下影响。

(1)大量抽取地下水，导致形成区域降落漏斗，使区域地下水位持续下降，继而导致地面沉降。

(2)降落漏斗扩展，导致地下水污染区扩散加剧，如在化工厂区内和排污管线附近已形成污染，大量抽水使降落漏斗扩展，而使各种污染向外扩散，如在1990年某化工厂其通向污水处理厂的管线改造时，为其施工服务的降水井抽取地下水其具有强腐蚀性，(经半个月的抽水井中水泵保护罩被腐蚀掉)，而吉林市大部分地下水在这类指标上多呈弱腐蚀，然而随着污染源对地下水污染加之降落漏斗扩散的推波助澜，将导致更大面积的地下水污染。

6 结 论

由于城市土地资源宝贵，大中城市住宅高层化是大势所趋，随之而来的是地下室越来越多而且层数增多，因此需要降水工程开展得更加普遍；由于卵石层本身结构不同及降低水位的要求差异，降水工程的难度将日益增加，且因降水破坏含水层而引起次生地质灾害都是应引起有关方面的高度重视，真正做到防患于未然。

建议在建设项目的岩土工程勘察工作中，加强对地下水特征有关参数的观测评价，加强对主要含水层——圆砾卵石层均匀性的测试与分析评价，尤其注意检验圆砾卵石层重型动力触探连续测试所反映出的小锤击数(如N63.5＝3击－8击)层位的土性特征，使降水工程设计依据的相关参数和考虑的影响因素更符合实际，达到比较理想的降水效果。建议对降深较大的大型降水工程采取地面沉降变形观测手段及地下水污染监测措施，及时发现问题，及时采取适宜的防治措施，避免地质环境遭受破坏。

The Water Enrichment Characteristics of Quaternary Gravel Layer and the Problems of Precipitation Projects in City Proper of Jilin City

Shi GuoQiang
(Jilin City Survey and Design Institute，Jilin 132011，China)

This paper briefly firstly indicated the water enrichment characteristics of quaternary gravel in city proper of Jilin City，and summarized current situation of the precipitation projects in city construction projects.Furthermore，analyzed the main influence factors of the precipitation projects，and discussed the effect which the precipitation projects had on the geological environment of the city.Finally，the author proposed related suggestion according to the results.

water enrichment characteristics of gravel layer；precipitation projects；geological environment impact

1672－8262(2010)05－167－02

P641.6

B

2010—06—07

史国强(1956—)，男，高级工程师，注册土木工程师(岩土)，从事岩土工程勘察技术管理工作。