岩土工程勘察中的水文地质危害及预防措施

郑坚持

（福建省闽东南地质大队，福建 泉州 362000）

0 引言

水文地质是岩土工程勘察工作的内容之一，主要研究与地下水活动有关的岩土工程问题和不良地质现象，判定水文地质是否会对建筑地基的开挖造成影响，威胁建筑物的质量安全。

1 岩土工程勘察概述

1.1 X工程案例概况

X工程为公路隧道塌陷修复案例。隧道长度为698 m，最大埋深112 m；隧道断面呈马蹄形，高6 m，宽11.5 m；地处贵州高原与广西盆地过渡的斜坡地带岩溶化山原地貌区，地面高度在1 320～1 560 m左右，最高点高度为1 567.9 m，最低点高度为1 308.4 m；地面平均坡度沿轴方向为29～36°，其他方向最大达到42～50°；地质岩组的分类组成为泥岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩、泥灰岩夹灰岩、灰岩夹泥灰岩。

在隧道发生塌陷事故后，施工团队应立即对隧道开展岩土工程勘察。参照《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中的等级划分，该工程为重要工程；工程场地地处高原和盆地之间的山原地貌区，场地为一级场地（即复杂场地）；地基岩土种类多、分布不均、性质变化大，需要施工单位的特殊处理，即为一级地基。结合工程重要性、场地信息、地基信息等因素，明确该工程岩土勘察等级为甲级工程。

1.2 勘察目的

地质条件和水文情况直接影响工程建筑的质量。该工程岩土工程勘察目的分为以下七点：

（1）查明该工程建筑地区周围的建筑环境。如地形、地貌、气象、水文等自然条件。

（2）研究该工程发生塌陷的主要原因，分析建筑地质，判别不良地质对建筑场地的危害影响。

（3）明确该工程地基岩土层的构造、形成年代、成因、土质类型与岩土分布情况。

（4）测定该工程的地基土层的物理性质，预测该工程在投入使用中可能发生的物理变化。

（5）判别地下水类型、水质情况、水位变化范围以及地下水分布。

（6）按照施工标准评判该工程场地岩石地基是否能再次投入正常使用中。

（7）针对场地中的岩石土层、水文地质危害等给予针对性的处理方案。

岩土工程勘察的主要目的是利用多种测试方法和测试手段，调查工程周围的地质条件、水文情况与自然环境，研究工程地基地质类型，给予施工中所需相关勘察资料与处理方案[1]。

2 岩土工程勘察中水文地质的危害

从目前X工程岩土工程勘察过程中看，水文地质对工程造成的危害主要从以下几方面出发。

2.1 地下水水位变化对岩土地质与工程质量的影响

（1）地下水水位上升的影响

影响该工程地下水水位上升的因素主要分为自然因素与人为因素。自然因素包括地质因素（如地质中含水层的颗粒大小、地基内部水位变化等）和气象因素（降水量、气温等）。人为因素主要指在人类生活生产活动中所造成的工业废水、生活污水等废水的排放。一方面，地下水水位上升会影响工程土地质量。第一，地下水位上升可导致工程中坚硬的岩土膨胀、水解，使其抗剪强度降低。因为岩土中具有较多的吸水空隙，所以当地下水位上升时，岩土空隙被大量的水颗粒填充，最终导致岩土软化，影响工程建筑质量。第二，地下水位上升会导致工程地质中粉土、粉细砂等发生饱和液化现象，从而在施工过程中出现管涌、流沙等现象，影响施工进度。第三，地下水位上升会引起河岸、斜坡的岩体结构发生软化、破坏，导致塌陷现象的发生。第四，地下水位上升会引起土壤盐渍化、沼泽化，增强了土质的含酸度，加快了地下水对岩土的腐蚀速度。另一方面，地下水水位上升会间接影响工程的建筑质量。在X工程地区，地下水位上升会增加水的浮力，不利于工程防潮、防湿工作的开展，降低了建筑物的稳定性能。在含岩溶地区的土层中，地下水水位上升会使工程建筑地基逐渐薄弱，地基下方会有承压水的存在，若施工人员继续进行开挖地基工作，则减少了地基底部隔水层的厚度，伴随着地下水位上升，承压水压力值逐渐变大，最终突破了地基底部的隔水层，造成突涌现象的发生，破坏了建筑地基，影响工程的建筑质量。

（2）地下水水位下降的影响

在X工程水文地质危害勘察中，地下水水位下降也是影响工程建筑质量的主要因素。相较于地下水水位上升，影响地下水水位下降的主要因素也包含自然因素和人为因素两种。自然因素包括该地区自然灾害造成的地势抬高、地下河道下沉，如地震、泥石流滑坡等自然灾害；气候变化导致该地区河流改道，如X工程所处地区在2021年5～8月之间，长期气候干旱、未大范围降雨，造成地下水水位下降。人为因素包括该地区人们的过量开采和不合理使用地下水，农业灌溉和工业用水量剧增，形成地下水下降漏斗，导致地下水位严重下降。一方面，地下水水位下降会引起岩土工程出现地表塌陷、地面沉降、地线裂缝等问题的出现。第一，当地下水水位下降时，改变了岩溶发育地区的水动力条件，使其在断裂带、河床两侧等一些土层较薄、土颗粒较粗的地段易发生地表塌陷，这也是造成X工程发生塌陷的主要原因。第二，当地下水水位下降时，降低了岩土土质中土缝隙中的孔隙水压力，从而导致土颗粒之间的效应力上升，增强了土颗粒之间的压缩性，最终造成岩土工程地面沉降。第三，当浅层地区地下水水位下降时，岩土地质表层水分流失严重，导致地面形成干缩性的地线裂缝。当遇到大规模降雨时，雨水不断冲刷地线裂缝，造成裂缝缝隙加宽延长，严重时则会漏出地表，危害工程建筑的地基安全。第四，该地区的地下含水层与海水相连，在地下水水位正常的情况下，岩土地质的地下水向海洋排出，地下水能最大限度阻止海水侵害岩土地质，双方处于动态平衡的状态。而当地下水水位下降时，地下水和海水的动态平衡被打破，大面积海水向岩土地质入侵，造成土壤含盐量升高，岩土地质损坏。另一方面，地下水下降破坏了建筑物原地层的受力平衡。当建筑物一直向原地层施加荷载压力时，地下水含水量较少的地下含水层受到压力收缩，造成地面下沉、建筑物倾斜等严重后果。

通过汇总近几年工程塌陷的数据，国内将近有60%建筑物发生质量事故的原因是地下水水位变化造成的。因此，在岩土工程勘察中，明确地下水水位变化对建筑工程地质质量与建筑物质量的危害，对保障工程质量、提高施工效率有着重要意义。

2.2 地下水腐蚀的影响

在X工程岩土工程勘察工作中，水文地质的危害还包括地下水对岩土地质与建筑物的腐蚀作用。在判定该地区地下水腐蚀作用时要参照《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB/T50046—2018）与《工程建设岩土工程勘察规范》（DB33∕T1065—2019）。

该地区地下水的腐蚀情况与岩土工程的地质结构和建筑用料有着密切的关系。首先，该地区地下水中含有较多的矿物质元素，如SO42-、Mg2+、NH4+等，导致地下水的PH值呈弱碱性状态，如若地下水矿物质元素含量持续增多，会加速对岩土、建筑物钢筋等的腐蚀速率，影响岩土工程地基的结构安全，缩短建筑物的寿命。其次，建筑混凝土中的Ca(OH)2成分会被地下水中含有侵蚀性CO2溶解，造成溶出侵蚀，影响建筑物的整体结构，也是造成X工程发生塌陷的主要原因之一。

3 岩土工程勘察中水文地质危害的预防措施

3.1 规范水文地质勘探制度与工作流程

通过X工程中水文地质危害分析，在岩土工程勘察工作中，施工团队要从根源入手，预防水文地质危害的发生。首先要做到规范水文地质勘探制度，明确勘探工作流程。第一，施工团队水文地质勘探期间，要严格遵循我国现行的执行规范与标准，如《供水水文地质勘察规范》（GB50027—2016）《地热资源地质勘察规范》（GBT11615—2016）等，制定《水文地质工作手册》，针对不同工程地区的水文地质勘察要采用对应的规范标准。第二，在现场水文地质勘探过程中，施工团队要涵盖收集建筑工程当地的区域类型、地貌、水文等资料，了解工程地基地质结构与构造特征，收集最新的地质资料。第三，施工团队要对勘探的工作量、孔深、孔径等都规定明确的数据要求，并给予阶段记录。第四，在收据收集阶段，施工团队要严格按照工程进度核定工程质量，确保水文地质评价报告吻合工程的实际情况。因此，在水文地质勘察过程中，施工团队要严格遵循以上四点，规范水文地质勘探制度与工作流程，若在水文地质勘察中，出现数据与实际工程不符合的情况，则要对勘察结果重新评定分析[2]。

3.2 利用先进技术确保勘探数据的准确性

水文地质勘察数据的准确性直接影响岩土工程的勘察效果。基于传统的水位地质勘察手段，现阶段施工团队应利用先进技术勘察水文地质，以此确保勘察数据的准确性，保证工程质量[3]。首先，施工团队可利用遥感技术（RS），了解工程周围水文地质要素。遥感技术具有动态性，能够以天为周期阶段获取地表信息，主要针对大面积的工程地质，如矿山岩土工程等。遥感技术能够形成不同比例尺所需要的遥感图像，可对工程不同开发阶段的水文地质要素阶段性回收。其次，卫星定位系统（GPS）也可助力岩土工程水文地质的数据采集工作。卫星定位系统常用于岩土工程勘察的现场采集阶段，利用导航卫星之间的实时数据传输，获取工程的地质信息，具有全天候、覆盖高、性能强的特点，针对岩土工程勘察中野外水文地质调查有着有效助力。最后，地理信息系统技术（GIS）能够帮助施工团队做好岩土工程勘察中水文地质的动态模拟。由于在岩土工程勘察中有许多问题是由自然因素和人为因素共同协同而成，导致影响水文地质勘探数据因素较多。GIS具有强大的空间分析操作能力和多元信息采集叠加技术，通过数据链模块的子专题层的空间分析操作，能够搭建出水文地质危害的动态模型，帮助施工团队明确影响水文地质危害的数据因素，提前规避水文地质危害所造成的负面影响，从而保证工程施工的整体质量。

4 结语

综上所述，在岩土工程勘察中，水文地质调查是其重要的组成部分之一。文章通过对X工程举例说明，明确了岩土工程勘察的根本目的和勘察流程，分析了地下水位变化、腐蚀性等水文地质危害对岩土地质和建筑质量造成的影响，从规范水文地质调查工作、积极利用先进技术两方面出发，给予预防岩土工程勘察中水文地质危害的有效措施，为后期岩土工程建设夯实了数据基础。