浅谈济南泉水保护与工程建设的关系

2016-09-15宋恩武

西部探矿工程 2016年4期

关键词：风化层辉长岩场区

宋恩武

（山东省地矿工程勘察院，山东济南250014）

浅谈济南泉水保护与工程建设的关系

宋恩武*

（山东省地矿工程勘察院，山东济南250014）

济南市由于泉水而闻名天下，泉城由于泉水而蓬勃发展，然而随着工程建设的快速发展，土地资源紧张的矛盾日益突出，为了有效地利用土地资源，城市地下空间的开发和高层建筑的发展迅速，在泉域施工影响到了济南泉水的存在，结合工程实例，就建设发展与济南泉水的保护进行论述，以求做到两者的和谐统一。

济南泉水；工程建设；关系

1　济南泉水的形成

济南因泉水众多而驰名中外，素有“泉城”之称，有“家家泉水，户户垂杨”之景观。然而，随着城市规模扩大，工业迅速发展，人口增多，用水量剧增，对地下水的开发日益加大，使济南泉水多次出现断流。据了解，1976年济南市趵突泉等泉群首次出现停喷，此后经常喷停，1999年3月14日至2001年9月17日，趵突泉还曾创下停喷长达926d的纪录，趵突泉与黑虎泉复涌发生在2003年9月6日，此前停喷500多天。近年来，山东省及济南市各级政府高度重视泉水保护工作，制定相关保护规划，采取综合措施，形成了“封井限采、水源置换、综合节水、水源涵养、科学监控”综合保护体系，使济南泉水在2003年9月6日恢复喷涌，并保持了泉群持续喷涌，再现济南泉水往日风采，济南“泉城”之美称再次响彻大江南北，众人慕名前来观泉、赏泉，游人如织，使得济南经济效益和社会效益大大增加。因此，加大保泉力度，保护好泉水，是维护济南“泉城”品牌的关键，也是每个公民的义务与责任。

济南泉水的形成与地形、地层、地质构造和水文地质条件密切相关，济南泉域的地形总体是南高北低，南部山区除分水岭地带为古老变质岩外，以北为大面积分布的寒武系石灰岩夹页岩和奥陶纪灰岩，总体上地层产状与地形基本一致，由南向北呈单斜构造，至市区及东西郊山前地带，奥陶纪灰岩隐伏于第四纪地层之下。在市区的北部辉长岩体大范围分布于第四系之下，岩体西起玉符河东岸的位里庄、东到王舍人庄，岩体呈近东西向的椭圆状，东西长约30km，在黄河的南岸长约9km，面积268km2。根据泉域岩溶水系统水动力场分析，大气降水和地表水入渗补给岩溶水系统后，受地形、岩层产状、地层岩性、地质构造等因素控制，在市区泉域水流总体由南向北运动。在市区泉城路以北由于地下有大面积的岩浆岩体分布，又受到北西向千佛山断裂和文化桥断裂的切割，两断裂间地层相对上升，平面上看，普利门以东到文化桥以西灰岩地层向北突出，其岩浆岩在西、北、东三面将由南向北径流的岩溶水阻挡，在较高的水头压力下，岩溶水沿石灰岩裂隙岩溶通道和局部岩浆岩裂隙穿过不厚的松散层或被溶蚀的砾石层涌出地面，形成济南市区诸泉（见图1）。

2　济南泉水与工程建设的关系

随着我国国民经济和城市建设的快速发展，土地资源紧张的矛盾日益突出，为了有效地利用土地资源，城市地下空间的开发和高层建筑的发展迅速。相应地，基坑工程向大深度、大面积方向发展，在济南市特殊的地下水条件下，工程建设过程中的基坑工程应从基坑开挖深度、场地岩土工程条件、周围环境、施工与开挖方法等方面综合考虑。明确地基方案，如果采用天然地基时，什么基础形式，持力层位置，不能满足时建议的基础形式，如桩基形式，持力层位置。

济南的特殊水文地质条件下，在泉域施工，基坑工程的开挖深度、场地岩土工程条件对工程起着关键的作用，例如在泉域施工的开挖深度为题，如果一个工程在泉域施工，开挖的深度揭露了下伏岩层中的石灰岩，不仅仅破坏了局部泉域的水利条件，并且在施工过程中很可能造成基坑支护工程中的大面积的涌水、基坑坍塌，不仅影响工程的质量、进度、效益，还在很大程度上造成安全事故，并且后果不可估量。同时，在济南区域工程建设过程，受相关政府政策、法规、制度的约束，建设一旦影响到泉水，该工程原则是不批复。从济南市发展的角度说，一旦工程建设影响到了泉水，千古的罪人谁也担当不起。因此工程建设中，应该注意的问题有：

（1）工程建设过程中，基坑开挖时须加强对附近泉水的水位监测、对附近建筑物、基坑的监测，对场区降水对附近泉水、建筑物、基坑的影响密切观测。如遇异常，应立即采取相关措施、预案。

（2）场区地质条件如具有较厚的粘性土隔水层，建议工程建设时，注意对该层的保护，在未采取工程隔水措施前，严禁破坏粘性土隔水层。

（3）基坑开挖前，应对基坑支护相关方案进行研究，对基坑开挖步骤严格把控，建议采取分层、分步、分段的开挖方式进行开挖和施工。

（4）工程建设过程中，应预防因破碎带、闪长岩裂隙带、石灰岩隆起带等沟通下部强岩溶水，提前做好施工勘察工作及预防措施。

（5）基坑开挖和支护问题，勘察应对地下水的影响进行评价，可以建议一个降水方案，如条件可以可提供地下水的各种参数，如渗透系数等。

图1　济南泉水形成的剖面示意图

3　建设的工程实例分析

根据济南的特殊水文地质条件，结合建设要求，从以下实例的角度综合分析济南泉水与工程建设的相互关系。

3.1工程概况

根据勘察资料，某项目基底标高28.39m时，地层为第四系砾岩或粘土，场区内剩余砾岩与粘土总厚度较大。11、C6两孔附近砾岩被挖除，但两孔砾岩下伏有较厚的粘土，厚度均大于5.19m；而对于3、4、14、G1钻孔附近砾岩层下无粘土层分布，但这三孔剩余砾岩厚度均大于4.02m，且下伏残积土厚度均大于11.50m；C2、C7、G1号钻孔附近均有两层砾岩分布，虽然第二层砾岩层下无粘土层分布，但基坑开挖28.39m时C2孔附近为厚度1.84m的第一层砾岩，下伏有3m的粘土；C7孔附近基底下为厚度3.72m的粘土层；场区粘土下均匀分布5.60～13.40m的残积土，且除个别孔外，场地残积土下还分布较厚的辉长岩风化层，该层辉长岩风化层富水性差，对第四系孔隙裂隙水和奥陶系岩溶水之间起隔水层作用。

另外场区C2、C4、C8和9号孔中奥陶纪灰岩顶板稍突起，顶板埋深分别为24.0m、19.0m、25.0m和26.0m，相应顶板标高为12.55m、17.79m、11.82m和10.55m，而基底标高为28.39m，与灰岩顶板标高最大的C4号孔仍相差10.60m，所以基坑开挖对碳酸盐岩裂隙岩溶水产生的影响较小，即工程建设中的基坑开挖对泉水的影响较小。

根据钻探情况，场区基岩分为两类，即燕山期辉长岩与奥陶纪灰岩层。

根据勘察资料及钻探情况，燕山期侵入岩自碎石层以下辉长岩残积层算起，辉长岩顶板埋深20.00～27.00m，顶板标高9.17～16.70m，在部分钻孔如孔号8、9、C4孔缺失。奥陶纪灰岩顶板埋深19.00～42.00m，顶板标高-5.68～17.79m。场区基岩埋藏情况见表1。

表1　场区基岩埋藏情况表

3.2地质构造分析

根据钻探验证，推测拟建场区中部偏西存在一条北北西向断层，根据破碎带钻探情况分析，钻探过程中强风化段存在漏水现象，说明断层带裂隙发育。

从场区断层带抽水试验情况分析，该处水质矿化度（9号孔）大于附近区域岩溶水矿化度，说明场区内断层带导水性能一般。从场区断层带内水质与趵突泉水质比较，场区断层带矿化度明显大于趵突泉矿化度，说明即使场区断层通过北侧趵突泉，在闪长岩强风化以上地段，断层带横向径流极慢，从我院附近泉域相关失踪试验分析，场区及附近区域，岩溶水以垂向径流为主，认为场区工程建设对趵突泉影响较小。

从抽水试验情况分析，第四系含水层较厚，水量一般，30m深度以内破碎带沟通下部岩溶水的能力一般。该断层分布于主楼范围之内，对场区工程建设影响不大。

3.3论证区辉长岩的厚度变化及隔水性能分析

论证区第四纪地层覆盖于辉长岩之上，辉长岩厚度一般为2～17m，平均厚度6.85m。场区10号孔抽水试验降深5.90m，渗透系数0.28m/d，涌水量6.30m3/d，且从本场区3号、7号分层抽水试验分析，试验孔采用出水量4m3/h深井泵抽水，抽水2～5min吊泵。说明场区辉长岩裂隙水富水性差，具有一定的隔水性。

根据趵突泉北门抽水试验资料，裂隙岩溶水水位明显高于辉长岩风化裂隙水水位，从抽水试验情况看，试验孔采用出水量3m3/h自吸泵抽水，抽水8min，水位降深6.18m吊泵。从抽水试验结果分析，辉长岩具有一定隔水性能，若隔水性能差，抽水水量必定较大。

根据贵和保泉论证、地铁保泉结合场区抽水试验资料，辉长岩裂隙孔一抽就干，富水性差，渗透性低，具有一定的隔水性质。从以上分析：辉长岩体具有一定隔水作用。

4　含水层水力联系及流畅分析

4.1各含水层水力联系分析

4.1.1裂隙水与岩溶水水力联系

从地层结构分析，论证区裂隙水与岩溶水之间除8、9、C4钻孔外，均有较稳定的辉长岩阻隔，辉长岩富水性差，具有一定的隔水作用，裂隙水与岩溶水产生水力联系的可能性小；通过水质对比分析，总体上裂隙水中各种离子含量及矿化度与岩溶水有一定的差异；说明裂隙水与岩溶水分属不同的水化学场、分属不同的含水系统，说明裂隙水与岩溶水水力联系较弱。

从井组1抽水试验可知，11号钻孔揭露泥灰岩厚度为17.50m，水量4.96m3/d，说明钻孔揭露深度之内灰岩裂隙、岩溶不甚发育且与下部石灰岩裂隙发育带联系较弱。

4.1.2孔隙水与裂隙水水力联系

从地层结构得知，场区范围内第四系孔隙水与辉长岩风化裂隙水之间除个别孔外，其它均有粘土层阻隔。从场区3组抽水试验情况分析，第四系富水性差，粘土层隔水性好，第四系下伏的辉长岩风化层也具有一定的隔水作用，且辉长岩裂隙不发育，富水性差。孔隙水与裂隙水水力联系不密切。

4.1.3孔隙水与岩溶水水力联系

从地层结构分析，论证区第四系粘土富水性差，第四系孔隙水与奥陶系岩溶水之间有粘土或辉长岩风化层阻隔，两者之间水力联系不明显。

且根据场区抽水试验成果以及场区附近相关保泉论证结论，综合认为场区范围内，第四系孔隙水和奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶水为2个不同含水系统，两者之间水力联系不明显。

4.2地下水流向

孔隙水及裂隙水：场区孔隙水及裂隙水水位呈现东南高西北低的趋势，说明场区第四系孔隙水及辉长岩风化裂隙水流向自场区东南侧流向西北侧。

裂隙岩溶水：根据泉水的形成及总体径流，拟建场区属于径流区，对岩溶水的补给影响小，工程建设位于岩溶水含水层之上，且有较厚的渗透性较低的辉长岩风化层阻隔，工程建设不影响岩溶水的径流与排泄。

5　拟建建筑基础深度分析

拟建工程基底标高为28.39m。根据工程地质勘察

报告，场区开挖至28.39m时，以下为粘土层和较厚（最薄处2m）的辉长岩风化层，除个别钻孔位置（3、4、14、G1号钻孔处）无粘土层外，粘土层平均厚度3.30m，施工过程中应对个别钻孔位置进行适当抬高基底标高和加固处理，基底预留厚度0.50～1.00m粘土层或采取工程措施进行止水，认为此时在较厚的粘土的作用下，工程建设对下部含水层影响较小；工程建设过程中的基坑降水可能会对附近泉水造成暂时影响，建议采取工程措施进行止水、防水处理，此时工程建设对泉水影响小。另外，该工程施工过程中，保留基底以下一定厚度的辉长岩中风化层。

论证区位于“趵突泉泉群”主径流带与“黑虎泉泉群”主径流带之间，2大主径流带之间分布较厚的辉长岩岩体分布。场区粘土层或辉长岩风化层下伏奥陶纪灰岩埋深19.0～42.0m，奥陶系顶板距离基础底板剩余残积土或辉长岩风化层厚度大于10m，辉长岩风化层能起到有效隔水性。场区开挖深度范围之内，主要含水层为第四系孔隙水及辉长岩风化裂隙水，一般不涉及岩溶水含水层。因此基坑开挖至标高28.39m时对附近泉水影响小。在设计标高范围内可以开挖基坑进行施工。