水文地质勘查技术在岩土工程中的应用

2022-06-01王雪

中国金属通报 2022年2期

王雪

在地质学科学研究工作中，地质勘查一直是十分关键的工作环节。随着社会经济与科技的发展，国家在地质勘查作业中也加强了支持力度，使得地质勘查的科研进度日益提高，同时对地质勘查工作的质量也有了更严格的规定。为了确保地质勘查作业能满足当下岩土工程的建设需求与标准，企业必须全面优化并创新水文地质勘查技术。在传统工程建设中，各施工企业未意识到水文地质条件的重要性，地方政府在地质勘查中投入的科研经费也有限，受到这些因素的影响，岩土工程的地质勘查工作面临极大的困难，这也导致岩土工程施工建设无法顺利的开展。

1 水文地质勘查在岩土工程中的作用

在水文地质勘查技术中，其勘查方向是以地质、自然变化为主要勘查目标，可以协调人与自然之间的关系，从而改善自然环境状态，为人们的生活提供安全保障。在建筑科学体系中，水文勘查起到了至关重要的作用，要想全面掌握各施工现场的状况与要求，企业就必须深入调查施工现场的地质水文状况，依据勘查到的结果再系统分析工程施工可能遇到的水文地质问题，这样便可针对可能出现的情况进行防范，同时也能最大限度的降低水文地质对工程施工产生的影响，而岩土工程施工的安全也能得到保障。在岩土工程中，水文地质勘查工作包含了对岩石与地质结构、性能的分析研究，在此基础上还要制定有效、可行的施工方案，以便发挥水文地质优势。所以勘查人员必须根据自己熟悉的地质学等知识，精准剖析施工现场的水文地质条件，并发现其中的工程隐患，再采用有效的方法针对性解决，这不但能确保工程施工顺利的进行，还可大大提高工程施工的质量与效益。

2 在岩土工程施工中，水文地质因素产生的影响

2.1 地下水上升

地下水位会受很多因素的影响而出现变化，不论是哪种原因导致的地下水位变化，施工企业都要进行高度重视。在岩土工程施工中，地下水位的变化对其有着极大的影响。地下水位之所以上升，主要是受气温改变或强降雨气候的影响，还会受到人为因素以及工程施工的影响。这些问题的出现都会干扰岩石结构，再加上渗透作用出现软化效应，使得地下水分布出现变化，如短时间的强降雨会导致泥石流灾害，还会造成道路坍塌问题。岩土本身渗透性较强，水位上升会使地下水位升高，从而对岩土工程施工的安全性与施工进度产生影响。不仅如此，地下水位过高还会大幅度降低岩土强度，随之山体以及桥梁的承载力也会降低，严重还会导致桥梁断裂等工程事故。由此可见，地下水位升高对岩土工程施工有着极为不利的影响。除此之外，在实际岩土工程建设的过程中，地下水上升将会对岩土工程的施工与勘查造成阻碍。地下水上升时，岩土工程不能进行大面积的勘查工作，直接影响岩土工程的后续施工。无法进行有效地勘查，将会为施工质量留下隐患。为了岩土工程的施工安全性，部分施工队会使用垂直施工，此种方式虽然可以在一定程度上抑制地下水上升出现的隐患，但是，同时会造成岩土层的角度按压力，影响施工地基，从而造成岩土工程建设的更大隐患。

2.2 地下水下降

如若地下水位下降，也会为岩土工程的施工带来很大危害。通常情况下，地下水位在受到人为影响时会出现下降现象，例如人们大范围开采地下水与矿物，使得矿床疏干，亦或在地下水的上游建造水库等建筑，也会导致地下水供水不足。如若地下水的水位出现下降情况，很容易诱发各种地质灾害，同时岩土层也会出现地裂或沉降等问题，甚至还会出现地下水耗竭问题，使其水质急剧恶化，这些状况的发生在一定程度上都会危害到工程施工的安全与稳定。与地下水上升不同，地下水下降的危害更大。地下水下降的过程中，虽然可以进行工程的施工勘查，但是岩土层会存在不同的状态，地下矿物质也会出现相应的改变，从而影响施工勘查人员对此地的施工判断效果。如果在岩土工程施工的过程中，出现地下水下降的现象，将会影响岩土层的施工效果，轻者出现岩土层开裂，重新施工的情况；重者将会出现岩土层断裂，地面凹陷等危害施工人员安全的问题。此外，地下水下降还会引发水质的改变，可能出现S、Al 等物质，危害施工建筑，从而影响地面建筑的稳定施工。

2.3 地下水的升降频率改变

如若地下水的上升与下降频率过快，也会对岩土工程产生极大的损害。究其原因，地下水位在急速上升或下降时，岩土层无法稳定收缩或出现不均匀膨胀，若该情况反复发生会导致岩土层收缩幅度变大，随之会引发裂纹问题，严重还会破坏工程建筑。而且地下水的频繁升降也会导致地下水中的铁、铝等物质逐渐丧失，这不仅会使土壤越发贫瘠，还会减少土壤的水含量，对其承载力也会产生影响。如若岩土层的承载力降低，岩土工程建筑物的使用寿命也会骤减。相对于地下水上升或下降对岩土工程的影响，地下水的升降频率改变对岩土层的影响较大。一般情况下，地下水的上升与下降具有一个较为稳定的频率，在此频率范围内，可以保证岩土层的正常施工。如果频率被改变，岩土层将会出现不同程度的膨胀，从而在岩土层中形成较大的裂缝，无法进行下一步的施工。此外，地下水升降频率的改变也会出现地下水上升时间较长，或下降时间较长的现象。地下水持续上升将会出现岩土层强度下降；地下水持续下降将会改变水质，无法进行有效施工。也就是说，地下水的升降频率改变后，将会出现地下水上升与下降的同时影响，从而影响建筑的安全施工。

2.4 地下水的动水压力

在勘查岩土工程的过程中，地下水动水压力问题会对工程施工产生极大的影响。在开展混凝土施工作业期间，自然状态下的地下水不会对工程施工产生不利的影响，但在受到人们施工的影响后，地下水原有的自然条件被破坏，随之会出现一系列变化并导致水压力失衡。在此情况下，因地下水会形成动水圧，对岩土施工的勘查作业会产生不良的影响。而且如若地下水产生的动水水压过高，还会为岩土工程带来地质灾害，如管涌问题。在进行岩土层施工的过程中，地下水的压力会对建筑进行挤压，从而导致上层建筑出现不稳定的现象。地下水压力同样会影响岩土层的地基，动摇地基的根本，从而无法进行上层建筑的施工。就勘查角度上来看，地下水的压力将会影响到岩土工程施工前的勘查，地下水压力会对岩土层造成自然条件的变化，当出现大量的动水压时，会造成岩土层的土质变化，从而形成较为严重的地质灾害，影响地面的施工安全。

3 水文地质勘查技术在岩土工程中的应用

3.1 钻探勘查技术

通过上文中对水文地质勘查对岩土工程的影响分析后，本文认为，在岩土工程的施工前，地质勘查至关重要。岩土层作为施工的关键区域，其勘查效果将会影响最终的施工效果。岩土工程普遍是较为复杂的工程建设环境，普通的勘查技术不能适应岩土层的多样变化。因此，本文首先使用水文地质勘查中的钻探技术。钻探勘查技术是水文地质勘查技术中应用最广的一种技术，采用钻探勘查技术不但可以精确检测出勘查区域的地质条件以及地下水岩土等状况，还可以用作数据参考协助施工企业系统分析数据内容。在施工过程中往往会出现较多的岩层变化，地下水的上升或下降均会成为影响水质勘查的关键因素。地下管线的问题也是成为影响勘查的关键性因素。钻探技术可以通过其独特的勘查能力，在不同的地形，变换不同的勘查手段，由此提高地质勘查效果。例如，在地下水上升的过程中，可以将地下环境资料进行分析与提取，最终将可以施工的区域进行标定，减少其他物质对勘查的影响，从而实现精准勘查。为了进一步提高地质勘查技术的精度，钻探技术会对水文地质单元进行划分，如下图1 所示。

图1 水文地质单元划分图

如图1 所示，即是水文地质单元划分。在采用钻探勘查技术时，其对勘查设备具有较高的要求。在施工阶段如若只是采用金刚石制作的钻探设备，是无法顺利完成勘查作业，施工企业还需配套使用根管钻进施工技术。

首先，勘查人员要严格控制测量误差。勘查人员在考察完施工现场后，会根据工程的施工需要依据不同层次深化测量内容，以此保证数据的准确值并有效控制测量误差。如若测量的偏差较大，极易致使勘查结果出现更大的偏差。通常情况下，勘查人员需将分层测量得到的数据误差限制在5 厘米内。其次勘查人员还要全面排查施工风险。勘查人员需严格把控下钻的速度，确保下探速度均匀，同时在钻探期间如若出现钻不进去问题，勘查人员还要排查风险，采取措施，还要防止设备被损坏，这样也能降低事故出现的概率。

3.2 槽探勘查技术

该技术可适应很多岩土性质条件，不过会受到很大的局限。为了更深入了解岩土性质与水文地质条件，并保证地质数据的精准性，勘查人员需透彻分析内部勘探结构，通过采样、分析岩土条件也能更全面的掌握地质信息。如若遇到硬质地质层，勘查人员可使用机械钻探，这样勘查工作便可顺利的开展。不过这些工作需由专业的技术人员监督指导，只有这样，勘查结果的精准性才会提高，工作才会更加安全、有效。在岩土层中的土质环境与其他土质存在较大的差异，是在钻探技术的基础上设计的精准勘查技术。在大型工程施工过程中，钻探技术时间较长，范围较小，无法适应大型工程量的施工环境。因此，槽探勘查技术开始应用。槽探技术普遍可以对地质情况进行大范围的勘查，并对周围环境作出分析，针对不同的质地环境，可以进行不同的分析调查效果，综合现场环境，可以得出最佳的施工方案。此技术的成本较低，可以快速地进行勘查，更加适用于大型岩土工程的施工勘查。

3.3 电法勘探技术

在岩土勘查领域，电法勘探作为先进的勘查技术，对设备与勘查人员的操作水平都有着极高的要求，勘查数据的精准性也相对较高，应用效果较好。电法勘探技术主要是测量各种岩石土层的电化学性等特性开展勘查工作。在岩土工程中，勘查人员往往会采用性能高的勘探设备精准判断岩石层的结构信息，同时还会系统分析相关电阻率等数据。电法勘探技术是目前较为成熟的地质勘探技术，通过对电阻数据的分析，可以将岩土层的异常情况进行提取。一般情况下，地质土层的电阻均存在一个定值，在定值范围内即为正常地质；而所谓异常情况就是在勘查过程中，突然出现低电阻或高电阻的现象。但是此种方法的适用范围较小，不能在矿区等含矿物较多的区域进行勘查，容易影响电阻数据的真实性，从而导致勘查误差。但是，在岩土层中，电法勘查技术存在较高的勘查效果，可以快速地勘查到地下水质情况，从而提出更加精准的施工方案。本文认为，电法勘查技术的勘查精度与电阻数据有关，通过计算电阻的基础信息，可以保证勘查精度，进而提高地质勘查质量。

4 地质勘查技术要点

4.1 取样勘查技术

在勘查岩土的过程中，勘查人员可选择取样勘查技术，如钻探、坑探等，其中要数钻探技术的使用范围最广，勘查人员可根据施工要求与勘查地段的环境特征使用相应的勘查技术。至于物探技术，其不但作业简单，成本也相对较低，勘查的速度极快，可有效解决岩土工程地质勘查期间常见的一些问题。至于坑探技术，其种类相对丰富，能为勘查人员提供更多精准的地质信息。所以勘查人员在开展岩土工程勘查作业时，应全面了解勘查技术的使用条件，依据不同的地质类型与施工情况再合理采用勘查技术，这样岩土工程的施工作业也可顺利、稳定的完成。在实际勘查过程中，可以实用相关的分层设备，将勘查土质分为上、中、下三层，在地下水上升时，利用水位仪将上升的水位进行记录，通过分析岩层中存在的砂石情况，将岩土层水位上升时的状态分为，含水层、富水层、隔水层等三个方面。在不同的水层中利用取样勘查的方式，可以保证没个水层采样效果。在岩土勘查过程中，含水层普遍不超过33.267m，富水层在33.267m ～43.645m 范围内，隔水层在43.645m ～82.868m 范围内。通过不同层面的取样勘查结果，统一进行分析，可以最大限度地保证地质勘查精度。

4.2 原位测试、室内实验技术

原位测试、室内实验技术常被应用到岩土工程勘查作业中，该技术可为工程施工提供更精准的技术参数。基于此，勘查人员应以原位测试、室内实验技术来衡量工程建设的结构是否稳定。在原位测试中，勘查人员需结合原位应力对勘查地区的环境进行分析与数据测定，这样便可保证勘查到的结果符合实际情况。如下表所示，即常用的测定方法。

表1 水文地质测定方法

4.3 物理勘查技术

在经常出现滑坡地质灾害的地区，通过勘查得出了滑坡有存电性差异结论。针对此，在勘查作业中，勘查人员可运用高密度电阻法，再结合运用电探测法可实现电极在一条视察剖面疏散的效果。并且在该过程中勘查人员不需跑级测量，同样能大幅度提高勘查的效率。采用物理勘查技术进行工作，勘查人员可依据数据、电极的变化拟定PS 断面等值线图，这样便可为工程提供更为可靠的滑坡地质数据。在处理勘查数据期间，勘查人员在电阻模型构建时需综合平均电阻率。在构建完电阻模型后，勘查人员就可利用数据信息判定滑坡地质灾害带来的影响。因为滑动面下方有泥岩与粉质砂岩，再加上滑动面上方的土体受到大量水的作用，由此可得滑动面的介电常数相对较大这一论点。