水文地质在岩土工程勘察中的应用探究_游茂云.pdf

2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-07-15修回日期 2020-07-15 作者简介 游茂云 （1984-） ， 男 （汉族） ， 福建南靖人， 工程师， 现从事水文地质工程地质工作。 水文地质在岩土工程勘察中的应用探究 游茂云* （福建省水文地质工程地质勘察研究院， 福建 漳州 363000） 摘要 当前我国社会整体经济发展水平的不断提高， 相关的科学技术也在逐步的完善与创新。针 对于岩土工程而言其勘察体系的应用在不断的健全， 这对于工程的施工建设会起到很大的积极作 用。由于相关技术水平的研究， 其勘察的技术也在提高， 对于水文地质环境的了解也在逐渐的深 入。施工企业采取的水文地质勘察工作主要是确保工程的顺利施工， 并且保证了施工技术人员的生 命安全。同时还可以确保施工企业的施工成本得到合理的控制。在实施水文地质勘察的过程中需 要结合工程的实际情况， 采取针对性的勘察方法， 为岩土工程的顺利施工奠定良好的基础。 关键词 水文地质； 岩土工程勘察； 应用 中图分类号 P64 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202101-0010-05 目前我国科学技术水平的提高对于地质勘察技术 的应用也在不断的提高。对于岩土工程的施工而言， 水文地质属于重要的一项勘察项目， 其勘察的结果与 技术直接影响到整个工程的建设水平。在实施水文勘 察的过程中可以发现一些水文地质的不良问题， 从而 确保施工作业人员的生命安全以及企业的财产安全。 因此需要在进行岩石工程施工的时候提高对水文地质 的勘察技术分析， 为工程的顺利施工提供有力的帮助。 1区域水文地质概况 该区受地形地貌、 地层岩性、 地质构造等因素的控 制， 地下水主要为松散岩孔隙水、 风化带网状孔隙裂隙 水和基岩裂隙水。 （1） 松散岩类孔隙水。该含水岩组为第四系不同 时代形成的冲洪积、 冲海积、 海积、 坡洪积等成因的松 散堆积物， 分布于平原、 山间盆地、 河道两侧及山前地 带冲洪积堆积阶地。地下水主要赋存于第四系不同时 代形成的冲洪积、 冲海积、 海积、 风积之细砂、 中细砂、 中粗砂、 砾卵石、 泥质砂砾卵石等介质之中。地下水富 水性因含水介质之地层时代、 成因类型、 岩性组合以及 所处地貌位置等条件的不同， 具明显的差异， 其赋存条 件平面上具水平分带性， 一般由河道向两侧高阶地， 自 下游往上游， 富水性具逐渐减弱的趋势， 近河道的低阶 地区， 地下水一般较丰富， 远离河道的高阶地区， 富水 性则较弱； 垂向上具有二元或多元结构， 上部为中细 砂、 中粗砂层， 地下水多为潜水， 底部砾卵石、 泥质砂砾 卵石层， 地下水多承压或局部承压。水位埋深一般为 1～3m。主要接受大气降水渗透补给和河流补给， 并通 过蒸发、 侧向径流和人工开采等途径排出。 （2） 风化带网状孔隙裂隙水。区内广泛分布， 多分 布于残丘台地及山地丘陵之坡麓地带。含水岩组为各 类基岩风化层。全风化带透水性弱， 富水性差， 散体状 强风化带透水性较弱， 富水性较差； 地下水主要赋存在 碎块状强风化带的孔隙裂隙之中， 含水段厚度变化大， 基岩的风化带整体富水性相比于上部各带较好， 水量 贫乏。 （3） 基岩裂缝水。侵入岩类孔隙裂隙水广布全区， 组成含水层的岩性为燕山晚期侵入岩， 花岗岩的风化 深度一般为35～45m， 风化程度从上到下减弱。裂隙 水赋存于岩石的节理裂隙、 风化裂隙和层间裂隙中， 分布 极不均匀， 富水性受裂隙的性质控制， 一般水量贫乏极 贫乏， 在裂隙密集带相对富水。主要由大气降水的入 渗补给、 侧向径流和深部地下水顶托补给组成。 2水文地质在工程勘察中应用 2.1工程背景概况 文章主要是对某小区工程岩土工程的详细调查。 该工程位于市区道路北面， 交通方便。拟建6栋住宅 11～17层， 地下室1层， 最大单柱荷载为14000kN， 地 基埋深约1.5m， 本工程主要目的是为设计、 施工提供详 10 2021年第1期西部探矿工程 实可靠的土工勘察资料及有关参数。 2.2工程地质的重要性 在实际开展岩土工程勘察工作的过程中， 工程的 各方面信息获取是勘察工作的主要目标， 水文地质信 息则是这些信息当中至关重要的一个部分， 现场的水 文地质情况， 对于岩土工程施工效率与质量的影响是 直接明确的。因此必须要做好对于地质水文情况的勘 察， 为后续施工提供更多可靠的建议， 才能推动施工的 顺利完成。地下水的水位变化， 无论是过高或是过低， 都会产生危害， 即便是单纯的水位升高， 亦或是单纯的 水位下降， 已经足以产生不利影响， 而水位的频繁的升 降则更为危险， 很容易导致地底岩土不均匀的问题出 现， 结构整体的稳定性自然也会大幅度下降， 影响施工 质量。随着水位的频繁升降， 土壤当中的诸多成分， 包 括铝、 铁等等， 都会随之流失， 并且呈现出脆弱、 疲劳的 状态， 在这样的环境下， 工程施工是无法顺利开展的。 从建筑物的角度来看， 建筑周遭的地下水系统， 对于建 筑物周边岩石的寿命与耐久性必然会产生一定影响， 此外也会对建筑基础的稳定性产生很大影响。所以必 须要对水文地质的调查加以重视， 才能够保证勘察的 效果更加理想， 保证后续的实际施工与充分的理论依 据， 保证施工目标的达成。 2.3完成工作量 勘探钻井采用XY100型钻机， 采用单筒岩芯、 泥浆 护壁； 取土样采用开敞式厚壁取土器或薄壁取土器， 采 用重锤少击、 静力压入法采取土样； 对粉质粘土、 砂土 及风化层进行标准贯入试验。在本院的土工试验室进 行室内土工试验， 具体完成的工作量如下 共进尺6222.28m， 其中动力触探10.50m， 标贯963 次， 取原状样186件， 取扰动样79件， 岩样40组， 水质3件。 2.4勘察目的、 任务及要求 本次勘察的主要目的是为设计、 施工提供详细可 靠的岩土工程勘察资料及有关参数。依据委托书， 结 合现行规范有关规定， 确定本次岩土工程勘察的主要 任务及要求如下 （1） 确定场地范围内土层的种类、 深度、 分布及工 程特点， 并对其稳定性、 均匀性和承载能力进行分析和 评价； （2） 提供各层土的物理力学特性指标， 并提供地基 土的承载力特征值； （3） 找出不良地质作用的类型、 成因、 分布范围和 危害程度， 提出治理方案； （4） 确定地下水的埋藏条件， 确定地下水位和变化 幅度， 并确定其对建筑材料的腐蚀程度； （5） 场地和基础的地震影响评估； （6） 根据土工条件， 结合拟建建筑物的特点， 进行 地基基础方案的评价。 2.5岩土工程勘察阶段及等级 该项目的勘察阶段为详细勘察阶段。 该项目具有下列特点 （1） 由于岩土工程问题造成的工程破坏或影响正 常使用的后果， 本工程为一般工程， 工程重要性等级为 二级； （2） 场地抗震设防烈度7度， 场地等级二级复杂程 度中等； （3） 根据附近的地质资料 场地的岩土种类多、 不 均匀、 性质变化大； 地基等级为二级中等复杂程度。 按照相关规范的要求， 按工程重要度、 场地复杂 度、 地基复杂度三个等级的要求， 本工程的勘察等级为 乙级。 2.6场地岩土工程条件 首先是地形、 地貌及周围环境， 根据数据表明， 测 量现场地面平坦开阔。该区地形单元为单一的冲海积 平原。钻孔高程一般为5.59～7.71m。 根据本次勘察钻探取样鉴别、 原位测试及室内相 关试验结果， 将拟建场地勘察深度范围内地基岩土层 按时代、 成因等自上而下共划分为九个工程地质层。 具体分层情况为 人工填土层 （Qml） ， 即杂填土①； 全新 统冲海积土层 （Q4al-m） ， 即 粉质粘土②、 淤泥③、 中砂 ④； 残积土层 （Qel） ， 即残积粘性土⑤； 基岩风化层 （γ53） ， 即 全风化花岗岩⑥、 散体状强风化花岗岩⑦、 碎块状 强风化花岗岩⑧、 微风化花岗岩⑨ （各岩土层的分布情 况详见图1） 。 2.7水文地质 勘探区地下水主要赋存于中砂④层、 风化花岗岩 ⑥、 ⑦、 ⑧网状裂隙及微风化岩⑨裂隙中， 中砂④层地 下水孔隙水为承压性较强的强透水层， 富水性好； 风化 花岗岩⑥、 ⑦、 ⑧为网状风化裂隙水， 属于弱透水层含 水层， 富水、 承压差， 受周边地下水侧向补给， 含水层间 的水力联系较弱， 受大气降水和地下水侧向补给的作 用较大； 微风化岩⑨裂隙水从勘察时所揭露的裂隙情 况分析， 大多为压性闭合裂隙， 渗透性差， 水量不大， 该 层地下水与上部孔隙裂隙水具有水力联系， 裂隙大多 相互联通， 一般具有统一地下水位。依据钻孔内三处 地下水水质及ZK25、 ZK59土样分析结果， 临水条件为 A类的地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性， 对钢筋混 11 2021年第1期西部探矿工程 凝土结构中的钢筋 （在干湿交替段与长期浸水段） 具有 微腐蚀性， 对钢结构具有弱腐蚀性； 土壤对混凝土结构 具有微腐蚀作用， 对钢筋砼结构中钢筋具微腐蚀性。 场地内以强透水层为主， 水量丰富， 地不水对冲、 钻孔桩的泥浆及孔壁护层的稀释， 而引起孔壁塌孔， 同 时地下水对水下浇灌砼会产生离淅作用， 应控制好泥 浆浓度， 并使泥浆面高于地下水水位。预应力管桩在 施工时产生的超强孔隙水压力， 在含水层为强透水层 地带会较快扩散， 对周边影响较小， 但也应加强监测。 3滑坡勘察工程项目中运用水文地质的调查 3.1滑坡勘察工程概况 针对某滑坡项目为研究对象， 据勘探过程揭露岩性、 水位变化情况以及通过标贯击数变化、 重型圆锥动探等 原位测试资料， 综合判定滑动面处于残积粘性土中。 总体滑坡滑面倾向东， 倾角呈上陡中下缓， 倾角由 后部45～60， 至中部15～15过渡到前部的10～25左 右， 滑面形态总体呈中间高、 两侧略低的东倾凸面。滑 坡体形状及坡向见图2。 在钻井方法中， 滑床岩性主要为残积粘性土， 其土 体状态和分布特征明显。通过对松散堆积现象现状的 总结和对其成因的分析， 提出了具体的防治对策。 3.2造成滑坡的原因 根据实际钻孔情况， 对滑坡成因进行了统计分析， 并提出了具体的防治措施。 3.2.1地形地貌因素 滑坡所在区域属构造剥蚀丘陵地貌， 滑坡点位所在 山坡海拔最高点约177.9m， 坡脚海拔约7.6m， 最大高差 约170.30m， 坡面自然坡度15～35， 地形起伏较大， 局 部地段微地貌形成凹槽， 降雨后形成汇水， 通过裂隙迅 速入渗土体； 勘查区内人为改变坡体微地貌特征， 使坡 体由斜坡状变为缓倾台阶状， 增加了降水沿地表径流排 泄的时间， 相对增加了降水入渗； 坡面以杉木、 灌木及人 工种植杨梅等， 植被略为发育， 植被根系对坡面具加固 作用， 但植被覆盖减少了地下水通过地面蒸发， 且其根 系可储水， 使坡体土体赋水， 长期处于饱和状态。 3.2.2岩土体因素 场地内坡面表层以粘土、 残积层为主， 厚度约 17.10～22.50m； 其下为较厚的全风化岩散体状强风 化层， 天然状况下岩体的稳定平衡条件较差 （主滑动剖 面示意图详见图3） 。导致滑坡的不利因素如下 （1） 粘土， 成分以粘粉粒为主， 天然状态下， 物理力 学性能相对较好， 饱水状态下， 岩土体物理力学性能下 降明显， 易发生水土流失， 淘蚀， 形成滑塌。 （2） 残积土， 属特殊性土， 遇水易软化、 崩解， 极易 产生软弱滑动面， 易发生水土流失， 淘蚀， 形成滑塌。 （3） 该风化岩层遇水具有膨胀性， 水稳性较差， 孔 隙水压力消散较慢， 易饱和软化、 崩解， 导致力学强度 急剧降低， 岩土体力学稳定性能较差。 从坡体堆积的物质看， 其主要为粘性土局部含滚 石、 孤石， 土体结构相对较疏松， 裂隙较发育， 有利于 降雨和地表水下渗至土体， 其强度降低， 且多为特殊性 土， 具遇水易软化、 崩解， 极易产生软弱滑动面， 在适当 的外重力作用下易产生滑动。 3.2.3水文地质 从勘查区总体看， 地下水主要来源是大气降水入 渗补给和山区孔隙裂隙水侧向径流补给。测区属亚热 带季风气候， 受季风影响， 雨量充沛， 年平均降水量为 1796.1mm。上覆土层粘土、 残积粘性土， 属微透水层 或相对隔水层， 勘查区处于两种岩性接触带上， 岩体较 破碎， 富水性好， 地下水主要类型为风化层孔隙裂隙水 及基岩裂隙水， 具承压性。因连续降雨， 滑坡体上方坡 体基岩裸露处， 大气降水沿裂隙直接入渗补给基岩裂 隙水， 地下水剧增。据钻探揭露， 滑坡体内钻孔稳定水 位埋深 0.50～1.80m； 坡脚钻孔地下水稳定水位埋深 0.10～0.40m， 承压水头高度一般为11.9～20.7m， 对上 覆土层具浮拖作用， 且下部的土层， 具膨胀性， 遇水易 软化， 强度极低， 在适当的外重力作用下产生滑动。 3.2.4人类工程活动因素 不合理的人类工程活动亦是导致坡体失稳的主要 根源。居民切坡取地修建民房， 形成陡坎， 未进行支 图1典开型剖面图 12 2021年第1期西部探矿工程 护， 形成临空面， 破坏坡体的自然平衡条件， 在自重力作用下， 使上部残坡积土层沿软弱结构面产生应力松 图2滑坡体形状及坡向 图3主滑动剖面示意图 13 2021年第1期西部探矿工程 弛， 引发坡体的下滑。 3.3具体防治措施 根据以上对滑坡的分析， 建议采取 “排水系统抗 滑桩框架锚索骨架植草护坡” 的综合治理方案 （1）排水系统。应设置完善的滑坡地表和地下排 水系统 在斜坡后缘的稳定地层上设置环形截水沟， 并 于后缘适当位置设置深层排水孔排引地下水， 采用盲 沟引至截水沟排放； 在坡体设置仰斜式排水孔排引坡 内地下水， 坡脚设置排水沟。治理边坡时， 应首先进行 坡顶排水系统施工。 （2） 抗滑桩。根据钻探成果分析， 滑体主要为粘性 土， 厚度约17.10～22.50m、 推力不大， 建议选用钢筋混 凝土桩。抗滑桩埋入地层以下深度为设计桩长的二分 之一。抗滑桩的布置形式建议采用下部间隔、 顶部连 接的桩排。桩柱间距一般取桩径的3～5倍， 以保证滑 动土体不在桩间滑出为原则。 （3）框架锚索。削坡后， 坡体岩性为粘土、 残积土、 全强风化岩， 可采用框架锚索方式对坡面进行加固， 重点加固段落为滑坡体中下部， 锚索锚固段应穿过潜 在滑动面与不利结构面进入稳定地层。框架内进行植 草， 减少降水对坡面冲刷。 （4） 骨架植草护坡。近坡顶处， 坡度较缓， 稳定性 较好， 支护形式可采用骨架植草护坡方式对坡面进行 防护。 4结束语 结合上述的内容， 针对于我国的岩土工程的施工， 进行水文地质的勘察分析对于工程的整体施工建设非 常的重要。精准的水文地质勘察分析能够让施工企业 全面的掌握现场的实际水文环境与变化特点， 从而在 施工的过程中采取针对性的施工技术与管理方法， 避 免发生安全事故问题而对施工人员的安全以及工程的 质量带来不良的影响。所以需要制定科学的勘察制度 与方案， 保证对地质环境的全面分析， 确保勘察工作的 顺利实施。 参考文献 [1]谭信强.浅谈岩土工程勘察中的水文地质的作用[J].建材与 装饰， 2016 （1） 222-223. [2]祝凤春，杨晓飞.岩土工程勘察中水文地质的应用[J].中国高 新技术企业， 2019 （5） 166-167. [3]黄清龙.岩土工程勘察中的水文地质问题分析[J].门窗， 2019 （4） 307-308. [4]吴学林.岩土工程勘察中水文地质问题分析[J].广东科技， 2018 （20） 144， 116. Application of Hydrogeology in Geotechnical Engineering Investigation YOU Mao-yun Fujian Hydrogeological Engineering Geological Investigation and Research Institute, Zhangzhou Fujian 363000, China AbstractWith the continuous improvement of the overall econom- ic development level of our country, the relevant science and tech- nology are also gradually improved and innovated. For geotechni- cal engineering, the application of its survey system is constantly improving, which has played a great positive role in the construc- tion of geological engineering. Due to the continuous progress of relevant technical level, the survey technology is also gradually im- proved, which also promotes the understanding of hydrogeological environment. Hydrogeological investigation work is to ensure the smooth construction of the project and prevent the potential safety hazards in the construction of the project. At the same time, it can also make the construction cost of the construction enterprise under reasonable control. In the process of carrying out hydrogeological survey, it is necessary to take targeted survey s in combina- tion with the actual situation of the project, so as to lay a good foun- dation for the smooth construction of geotechnical engineering. Key words hydrogeology； geotechnical investigation； application （上接第9页） 2.5矿山废水、 废渣综合利用趋势研究 随着矿山企业和环保部门不断对矿山地质环境问 题重视程度的提高， 废水利用工程、 沉淀池、 废渣挡土 墙、 矸石综合利用等治理措施的不断投入应用， 废水、 废渣对水土环境的影响正在逐步减轻。 3结语 随着各级政府对矿山地质环境问题的重视， 矿山 地质环境保护法律、 法规的颁布实施， 矿山开发准入准 出制度的逐步建立和完善， 全市矿山地质环境保护总 体向好。同时， 绿色矿山建设标准的逐步推进， 将使得 矿山地质环境问题增量得到有效控制， 历史遗留矿山 地质环境问题明显减少。 14