吉林市城區(qū)第四系卵石層的賦水特征及降水工程存在的問(wèn)題

史國(guó)強(qiáng)

(吉林市勘測(cè)設(shè)計(jì)院，吉林吉林 132011)

吉林市城區(qū)第四系卵石層的賦水特征及降水工程存在的問(wèn)題

史國(guó)強(qiáng)?

(吉林市勘測(cè)設(shè)計(jì)院，吉林吉林 132011)

簡(jiǎn)要說(shuō)明吉林市城區(qū)第四系卵石層的賦水特征，概略介紹城市建設(shè)項(xiàng)目降水工程現(xiàn)狀，分析了降水工程效果的主要影響因素，分析論述了降水工程對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境的影響，提出相關(guān)建議。

卵石層賦水特征；降水工程；地質(zhì)環(huán)境影響

1 前 言

吉林市城區(qū)位于第二松花江上游的河谷階地上，第二松花江呈反S形流經(jīng)市區(qū)，市區(qū)建筑物多分布于第二松花江Ⅰ級(jí)階地之上，該階地屬基座階地，基底為黑吉地槽系吉林復(fù)向斜的二疊系凝灰質(zhì)巖石及華力西期和燕山期花崗質(zhì)巖石等，松散堆積物為第四系粘性土、砂、礫、卵石層。其中卵石層是本市大多數(shù)建設(shè)工程的主要地基持力層，特別是樁基礎(chǔ)良好的樁端持力層，同時(shí)卵石層也是主要含水層。因此重點(diǎn)探討和研究城區(qū)第四系卵石層的賦水特征、分析降水工程效果的主要影響因素、論述降水工程對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境的影響等內(nèi)容對(duì)城市工程建設(shè)和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)有重要意義。下面就以下問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明和探討。

2 卵石層的結(jié)構(gòu)組成及賦水特征

通過(guò)參與吉林市眾多建設(shè)工程的巖土工程勘察以及水文地質(zhì)勘察和降水工程工作，初步總結(jié)吉林市城區(qū)卵石層的結(jié)構(gòu)組成及賦水特征為:松花江Ⅰ級(jí)階地卵石層埋深4 m～15 m左右，厚度 5 m～15 m左右；密實(shí)度多呈中密狀態(tài)，有些地段、有些層位呈稍密狀態(tài)或密實(shí)狀態(tài)；其作為含水層的賦存形式為潛水，局部為微承壓水；地下水主要由大氣降水補(bǔ)給，向松花江徑流排泄；地下水位深度1 m～10 m不等，靠近松花江地帶的Ⅰ級(jí)階地前緣水位深度多為6 m～8 m，靠近山前的Ⅰ級(jí)階地后緣地帶水位深度多為 1 m～3 m。其單井涌水量為 10 T/h～80 T/h；含水層滲透系數(shù)為 25 m/d～80 m/d；影響半徑R＝80 m～200 m；水位隨季節(jié)(枯水期，豐水期)有一定變化，變幅在 0.5 m～1.5 m。卵石層是本地區(qū)表層潛水的主要含水層和建設(shè)工程的主要地基持力層?？梢?jiàn)吉林市城區(qū)地下水賦存與分布的基本特征與松花江河谷階地的形成與分布直接相關(guān)。

3 本市建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)展降水工程的現(xiàn)狀

吉林市的降水工程是始于1984年。筆者有幸參與吉林大街841地下商場(chǎng)降水工程的方案設(shè)計(jì)、降水施工的全過(guò)程。之后隨著高層建筑的興起，先后有降水工程的出現(xiàn)，由于當(dāng)時(shí)多為一層地下室，故基坑底水位降低1 m～2 m左右，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)做抽水試驗(yàn)(單孔，或多孔)測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)后設(shè)計(jì)井?dāng)?shù)和井深，當(dāng)時(shí)井間距多在20 m～30 m左右。后來(lái)人工挖孔樁興起，幾乎所有人工挖孔樁均配合降水工程。加之近年來(lái)高層建筑地下室由1層增加到2層～3層，降水井間距漸加密至8 m～10 m左右。盡管這樣仍有降水不成功或效果較差的案例。

4 影響降水工程效果的主要因素分析

井點(diǎn)降水的原理是依據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定流理論，它的實(shí)施是在許多假設(shè)條件前提下，同時(shí)在運(yùn)用時(shí)應(yīng)充分考慮到邊界條件。地下水類(lèi)型、含水層厚度、含水層滲透性、穩(wěn)定水位、地下水降深等因素是地下水賦水性及降水工程的重要的直接影響因素，在降水工程的方案設(shè)計(jì)、降水施工過(guò)程中已受到重視，在此不多加分析。在降水工程的實(shí)際操作中還常遇到一些不確定或未被發(fā)現(xiàn)的影響因素，進(jìn)而造成工程降水的不理想或不成功。通過(guò)近幾年的工程實(shí)踐對(duì)如下一些影響因素給以初步分析。

地表水體的影響:吉林市城區(qū)松花江水與地下水具有較好的水力聯(lián)系，在大江沿岸進(jìn)行基坑降水工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)水頭邊界的考慮應(yīng)結(jié)合江水水位數(shù)據(jù)。如前幾年江邊某工地，其開(kāi)挖時(shí)正值汛期，江水位大幅上漲3 m～4 m，由于地表水位大幅增高，而地表水與地下水之間密切的水力聯(lián)系，故而在降水過(guò)程中，隨降水井中地下水抽出，同時(shí)地表水在高水頭的作用下，源源不斷的補(bǔ)給，使之無(wú)法達(dá)到預(yù)期目的。

卵石層局部氧化殼的影響:吉林市城區(qū)圓礫卵石層中的地下水富含F(xiàn)e離子成分，部分井中抽得水經(jīng)5 min～10 min沉淀在10升塑料桶中，就有2 cm～3 cm絮狀褐色物產(chǎn)生，同理在季節(jié)變幅情況下附在卵石孔隙中的Fe離子沉淀物和粘性土、粉細(xì)砂混合對(duì)砂、礫卵石起膠結(jié)作用。使卵石層頂部形成一個(gè)氧化殼，使其呈密實(shí)狀態(tài)，透水性明顯降低。

卵石層中局部薄層粉質(zhì)粘土夾層或透鏡體的影響:在巖土工程勘察和降水工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，吉林市城區(qū)圓礫卵石土雖廣泛分布，但其不均勻性不但反映在顆粒組成特征及密實(shí)度特征的變化上，還反映出局部有薄層粉質(zhì)粘土夾層或透鏡體分布。如翠江錦苑項(xiàng)目降水時(shí)，由于卵石層中粉質(zhì)粘土夾層的存在，使得粉質(zhì)粘土其上的卵石層的水，下滲遇到阻礙。由于降深過(guò)大，隔水層(粘性土)其上含水層處于疏干狀態(tài)。雖然井多，使井壁之水位和井內(nèi)之水位有很大差距(井損過(guò)大)，水泵上方壓力水柱小，故使井中只有少量水可抽，基坑水位卻難以下降，另外從財(cái)富廣場(chǎng)項(xiàng)目等降水工程來(lái)看，降水地段中心開(kāi)挖超過(guò)含水層1/2～2/3厚度，效果均不佳，含水層不是水位降低而是處于疏干狀態(tài)。這種情況在江南商廈改造工程人工挖孔樁(1991年)、新東商場(chǎng)工程人工挖孔樁(1998年)、吉林世貿(mào)中心廣場(chǎng)基坑開(kāi)挖(2008年)、中冶江山如畫(huà)小區(qū)基坑開(kāi)挖(2010年)等項(xiàng)目中均有出現(xiàn)，其粘性土夾層(透鏡體)厚度0.2 m～1.0 m不等，其重型重力觸探N63.5＝(4擊－8擊)10 cm?？梢?jiàn)分布在圓礫卵石層中的粘性土夾層或透鏡體給基礎(chǔ)工程帶來(lái)不小的麻煩。一是其成為主要持力層的卵石層中軟弱夾層。二是在井點(diǎn)降水時(shí)，導(dǎo)致降水效果不佳，影響工程的如期完成。

綜合可知，吉林市城區(qū)Ⅰ級(jí)階地圓礫卵石層雖然在宏觀上有其分布范圍大，強(qiáng)度高，適宜作為基礎(chǔ)持力層，尤其適宜作為樁基礎(chǔ)的樁基持力層，但由于其在沉積時(shí)亦有相變，或由于沉積環(huán)境的局部改變，其間或夾粘性土透鏡體或相變?yōu)榧?jí)配差、強(qiáng)度低的粗礫砂土或圓礫層。

5 降水工程對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響

目前高層建筑的開(kāi)發(fā)建設(shè)大都需配合降水工程，多用多孔布井，大降深，持續(xù)時(shí)間一般在6個(gè)月～10個(gè)月，且高層建筑現(xiàn)多為高層建筑群。同時(shí)有十幾棟樓同時(shí)開(kāi)工，這樣就造成該地圓礫卵石層以 1萬(wàn)噸/h～2萬(wàn)噸/h的開(kāi)采量抽取地下水，使局部卵石層處于疏干狀態(tài)，形成較大的降落漏斗。對(duì)含水層造成破壞。這樣每建設(shè)一部分高層樓群，就將形成一個(gè)較大的降落漏斗，其對(duì)地質(zhì)環(huán)境將產(chǎn)生如下影響。

(1)大量抽取地下水，導(dǎo)致形成區(qū)域降落漏斗，使區(qū)域地下水位持續(xù)下降，繼而導(dǎo)致地面沉降。

(2)降落漏斗擴(kuò)展，導(dǎo)致地下水污染區(qū)擴(kuò)散加劇，如在化工廠區(qū)內(nèi)和排污管線附近已形成污染，大量抽水使降落漏斗擴(kuò)展，而使各種污染向外擴(kuò)散，如在1990年某化工廠其通向污水處理廠的管線改造時(shí)，為其施工服務(wù)的降水井抽取地下水其具有強(qiáng)腐蝕性，(經(jīng)半個(gè)月的抽水井中水泵保護(hù)罩被腐蝕掉)，而吉林市大部分地下水在這類(lèi)指標(biāo)上多呈弱腐蝕，然而隨著污染源對(duì)地下水污染加之降落漏斗擴(kuò)散的推波助瀾，將導(dǎo)致更大面積的地下水污染。

6 結(jié) 論

由于城市土地資源寶貴，大中城市住宅高層化是大勢(shì)所趨，隨之而來(lái)的是地下室越來(lái)越多而且層數(shù)增多，因此需要降水工程開(kāi)展得更加普遍；由于卵石層本身結(jié)構(gòu)不同及降低水位的要求差異，降水工程的難度將日益增加，且因降水破壞含水層而引起次生地質(zhì)災(zāi)害都是應(yīng)引起有關(guān)方面的高度重視，真正做到防患于未然。

建議在建設(shè)項(xiàng)目的巖土工程勘察工作中，加強(qiáng)對(duì)地下水特征有關(guān)參數(shù)的觀測(cè)評(píng)價(jià)，加強(qiáng)對(duì)主要含水層——圓礫卵石層均勻性的測(cè)試與分析評(píng)價(jià)，尤其注意檢驗(yàn)圓礫卵石層重型動(dòng)力觸探連續(xù)測(cè)試所反映出的小錘擊數(shù)(如N63.5＝3擊－8擊)層位的土性特征，使降水工程設(shè)計(jì)依據(jù)的相關(guān)參數(shù)和考慮的影響因素更符合實(shí)際，達(dá)到比較理想的降水效果。建議對(duì)降深較大的大型降水工程采取地面沉降變形觀測(cè)手段及地下水污染監(jiān)測(cè)措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取適宜的防治措施，避免地質(zhì)環(huán)境遭受破壞。

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

史國(guó)強(qiáng)(1956—)，男，高級(jí)工程師，注冊(cè)土木工程師(巖土)，從事巖土工程勘察技術(shù)管理工作。