水利工程地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析及對策

楊素平

（山西省運(yùn)城市水利勘察院，山西運(yùn)城 044000）

水利工程地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析及對策

楊素平

（山西省運(yùn)城市水利勘察院，山西運(yùn)城 044000）

水利工程地質(zhì)勘察作為水利建設(shè)的基礎(chǔ)和前提，對工程建設(shè)起著重要的作用。在水利工程勘察過程中，水文地質(zhì)是地質(zhì)勘察的重點(diǎn)，但也極容易被忽略。因巖土體內(nèi)地下水的存在，關(guān)系到巖土體工程特點(diǎn)，同時對水利工程建筑的耐久性與穩(wěn)定性有直接關(guān)聯(lián)。所以，水文地質(zhì)特征應(yīng)該是勘察環(huán)節(jié)分析與研究方向。文章就地質(zhì)勘察與巖土問題做了預(yù)測，并就問題提出解決意見。

水利工程；地質(zhì)勘查；巖土治理；對策分析

0 前 言

水利工程可有效確保旱季人們的生活用水以及實(shí)現(xiàn)旱澇保收，對于減輕洪澇發(fā)生頻率有突出貢獻(xiàn)。

目前，我國正在開展的南水北調(diào)工程以及建設(shè)完工的三峽工程都展現(xiàn)著巨大的貢獻(xiàn)力量。

地質(zhì)勘察是水利工程建設(shè)的前提，在地質(zhì)類型以及巖土治理上認(rèn)真研究分析，可提升工程質(zhì)量與確保地基穩(wěn)定。

1 巖土概述

1.1 勘察巖土?xí)r應(yīng)重視事項(xiàng)

工程地質(zhì)中地質(zhì)性質(zhì)、巖體類別是基本構(gòu)成要素，建筑物不可能離開巖體或土體單獨(dú)存在。學(xué)界對土的分類并無爭論，但就巖土工程地質(zhì)而言卻存在缺陷。

通常，勘察環(huán)節(jié)決定類別粗細(xì)，按成因劃分多在規(guī)劃階段，而以物理學(xué)性質(zhì)分類則是在后期的詳細(xì)勘察環(huán)節(jié)。

劃分水利工程細(xì)粒圖見圖1。

地基穩(wěn)定受巖體破碎、軟巖與軟土的影響，軟夾層可能產(chǎn)生洞室塌落、邊坡滑移，應(yīng)在勘察中重視［1］。

另外，特殊土（膨脹土、黃土）與破碎巖石也是重點(diǎn)的勘察注意對象。

破碎巖體、巖溶巖體、砂礫巖層等土層的滲漏機(jī)率大，也要重點(diǎn)關(guān)注。地質(zhì)勘察中要對巖土的厚度、分布做仔細(xì)勘探并實(shí)驗(yàn)，滿足工程建設(shè)對物理學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)的需要。

圖1 劃分水利工程細(xì)粒圖

1.2 巖土概述

巖土巖性因巖土類型差異而呈現(xiàn)不同，比如，碎石土，從風(fēng)化程度、母巖成分、粗顆粒物形狀、填充物性質(zhì)與成分、密實(shí)度、填充程度與層理特點(diǎn)等角度做劃分。

而砂類土可從礦物成分、顏色、濕度、層理特點(diǎn)等角度區(qū)分。

黏性土與粉土則從包含物、層理特點(diǎn)、稠度狀態(tài)、致密度等角度認(rèn)識。

對巖石的認(rèn)識從風(fēng)化程度、礦物成分、節(jié)理、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、裂隙特點(diǎn)與填充的間隙極其傾角、膠結(jié)狀態(tài)與間距等角度做細(xì)密分析。

若有必要，可素描巖心，這也關(guān)系到巖石質(zhì)量指標(biāo)、獲得巖心率與巖心的采取率。比如，巖心采取率指總的巖心取長和本回次進(jìn)尺比，碎粉物質(zhì)、碎屑、碎塊與完整巖心構(gòu)成總長。巖石完整與堅(jiān)硬程度可由這幾項(xiàng)因素反映。

2 水利工程地質(zhì)勘察環(huán)節(jié)

水利工程地質(zhì)勘察環(huán)節(jié)包括：水利工程地質(zhì)勘察構(gòu)成、控制性勘測和確定地下水位。

2.1 水利工程地質(zhì)勘察構(gòu)成

水利工程地質(zhì)勘察中，以室內(nèi)測試、土樣測試、地質(zhì)調(diào)查測繪與原位測試最為關(guān)鍵。在勘察環(huán)節(jié)，地質(zhì)測繪是勘察人員的首要工作，包括物探、鉆探、坑探等勘察項(xiàng)［2］。

勘察方法應(yīng)根據(jù)巖土性質(zhì)做決定，地質(zhì)應(yīng)力、滲透性參數(shù)、應(yīng)變時間參數(shù)、物性指標(biāo)、固結(jié)變形參數(shù)與強(qiáng)度參數(shù)是室內(nèi)測試與原位測試中明確幾點(diǎn)內(nèi)容。

研究評價環(huán)境影響、巖土荷載是現(xiàn)場檢測內(nèi)容，防止突發(fā)情況的發(fā)生。

2.2 控制性勘測

水利工程地基的穩(wěn)定與否與地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)優(yōu)劣有關(guān)。

勘察人員鉆孔時，應(yīng)依照巖土工程勘察相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，把控鉆孔比例?？刂菩钥睖y點(diǎn)不必在詳細(xì)勘察時明確，工作人員應(yīng)研究巖土的強(qiáng)度指標(biāo)與壓縮指標(biāo)，對地質(zhì)承載力、穩(wěn)定性做確定，并事先分析巖土變形。

2.3 確定地下水位

1）若工期緊迫，工程人員可就參考原有的地下水資料，對地下水位的變化有初步的掌握，方便采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?］。

2）確定地基滲透性也是不可忽略的項(xiàng)目，通常以現(xiàn)場試驗(yàn)或室內(nèi)試驗(yàn)做明確，現(xiàn)場試驗(yàn)具較高的準(zhǔn)確性。

3 水利工程地質(zhì)勘探受巖土的影響

地下水位是地質(zhì)勘察中巖土的主要影響表現(xiàn)，巖土工程安全受到地下水位上升與下降的影響，水利工程建筑也會因此受到波及。

具體有以下3個方面的影響：地質(zhì)勘察受水位上升的影響、地質(zhì)勘察受水位降低的影響和地質(zhì)勘察受到頻繁的地下水位升降的影響。

3.1 地質(zhì)勘察受水位上升的影響

潛水位上升是地質(zhì)勘察時應(yīng)注意的首要點(diǎn)。抬高潛水位的原因非常多，但重點(diǎn)在于地質(zhì)因素、水文氣象以及人為的施工與灌溉，比如含水層結(jié)構(gòu)、氣溫與降水量等，潛水位的抬升也有可能為綜合性的原因引起的［4］。

工程巖土很可能因潛水位的抬升而出現(xiàn)鹽漬化、沼澤化，降低土壤的結(jié)實(shí)度，對上層水利建筑造成腐蝕或下陷；以及增加在河岸與斜坡處的巖土出現(xiàn)崩塌、滑移等災(zāi)害的可能性。

另外，還有可能降低巖土強(qiáng)度、破壞土體結(jié)構(gòu)，巖土受到軟化而出現(xiàn)管涌、流砂、粉土以及粉細(xì)砂飽和液化等情況。所以，在地質(zhì)勘察中，治理巖土工程應(yīng)該著重重視地下水位上升影響。

3.2 地質(zhì)勘察受地位水位降低的影響

水是生命資源，是世間萬物生物的必需。人類在開采水資源時也無意地破壞著水資源的循環(huán)。例如，在建造水利工程時，下游水的補(bǔ)給的截留錯誤；在地質(zhì)勘察工作中進(jìn)行的上游筑壩、巖土疏桿等，以及人類的使用隨意化，都有可能降低地下水位。

地下水位出現(xiàn)過度的降低其對地面的災(zāi)害也十分的嚴(yán)重，比如地面塌陷、地面沉降、地裂等引起水質(zhì)的惡化、水源干枯等。

地面建筑物與巖土體受到影響，降低其穩(wěn)定性，同時，人類的日常生活也面臨威脅。

3.3 地質(zhì)勘察受到頻繁的地下水位升降的影響

巖土受到地下水位抬升或降低的影響而出現(xiàn)的巖土變形，進(jìn)而造成巖土工程面臨安全隱患。然而，在頻繁的地下水位升降情況下，巖土出現(xiàn)的收縮、膨脹將變得不均勻、無規(guī)律性，無形中加大了巖土的收縮膨脹次數(shù)，地裂幅度加大，對于輕型建筑物將受到更大的危害。

為此，水位值的準(zhǔn)確記錄是水利工程地質(zhì)勘察的前提，實(shí)際中的水位記錄值樣本參考見圖2。

這樣可方便的評估分析水位變化規(guī)律，研究巖土受到的影響幅度以及出現(xiàn)的問題，可提出更加安全、可靠的預(yù)防或治理手段。

圖2 實(shí)際中的水位記錄值樣本參考

4 巖土治理的要點(diǎn)分析

水利工程是兼具難度與復(fù)雜的工程項(xiàng)目。特別在非常復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下，分析與研究該處的水文地質(zhì)資料則非常關(guān)鍵。

否則，可能出現(xiàn)頻繁的巖土危害情況，危害工程項(xiàng)目，浪費(fèi)資金，后續(xù)工作很難進(jìn)行。

所以，巖土治理是水利地質(zhì)勘察的重點(diǎn)項(xiàng)目。

4.1 關(guān)于評價水文地質(zhì)

發(fā)現(xiàn)并處理不良地基，為工程提供承載力與穩(wěn)定性強(qiáng)的地基是水利工程地質(zhì)勘察工作的出發(fā)點(diǎn)。評價水文地質(zhì)是地質(zhì)勘察的首要任務(wù)，以防后來出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤或重大事故。

主要包括水質(zhì)的查明、水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的詳細(xì)制作、有效預(yù)測水利工程受到地下水的何種影響、周圍建筑以及工程受到地下水的何種影響等。

在工程施工環(huán)節(jié)，地質(zhì)勘察院也要準(zhǔn)確分析巖土體，確定巖土體有何危害，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證地下水的滲透性以及富水性等，防止工程因人工沉降而出現(xiàn)事故。

4.2 關(guān)注巖土水理性

巖土水理性質(zhì)以及巖土的物理性質(zhì)是巖土的主要工程性質(zhì)，巖土與地下水的作用關(guān)系即巖土的水理性。

巖土體中的地下水賦存形式多樣，比如上層滯水、承壓水、孔隙水、裂隙水、巖溶水、潛水等。巖土強(qiáng)度以及巖土變形度，以及工程使用期限與穩(wěn)定性能都受到水理性的制約。

在地質(zhì)勘察時，水體的崩解性、脹縮性、透水性、軟化性等是水體測試對象，另外還應(yīng)對巖土耐風(fēng)化強(qiáng)度與耐水浸強(qiáng)度做明確。溶水性、可塑性以及持水性也是勘察人員研究的對象。

4.3 測試巖土方式

室內(nèi)測試與原位測試是地質(zhì)勘察測試的主要方式，室內(nèi)測試主要針對普通的黏性土，而現(xiàn)場測試對象則是無黏性的沉積土與高飽和度的沉積土，測試內(nèi)容為密實(shí)度、強(qiáng)度、壓縮性等。測試的方式有研究波速控制、研究十字板剪切、研究圓錐動力、研究標(biāo)準(zhǔn)貫入等。

在土中置入圓錐的探頭，分層分析地基的方法為圓錐動力研究，該操作方法比較便捷、所需實(shí)驗(yàn)設(shè)施很少，但存在研究結(jié)果準(zhǔn)確性較低的現(xiàn)象。把套管清理干凈，通過套管的方式把十字板壓進(jìn)土里，并對地質(zhì)受力做測試的方式為十字板剪切分析法。

在分布較廣的土層，且為沙土或沙份的地質(zhì)中，標(biāo)準(zhǔn)貫入法比較適用，但具有很大的離散型。所以，選用何種方式做巖土性質(zhì)的研究要根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需結(jié)果準(zhǔn)確度以及現(xiàn)場地貌、地質(zhì)做決定。

5 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口的增多，能源資源的需求量也在大幅度增加。水利工程建設(shè)受多種因素影響，人為設(shè)計(jì)、自然地理等，都可能使得水利工程質(zhì)量大為削減。

地質(zhì)勘察是水利工程建設(shè)的首要任務(wù)，在于了解所在地區(qū)巖土性質(zhì)、水文地質(zhì)等情況，對將來工程是否可建以及建設(shè)效果有決定性影響，對治理巖土，提升項(xiàng)目質(zhì)量及地基起到穩(wěn)定性能。

［1］朱仁學(xué).淺談水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，32（10）：67－69.

［2］姚會，陳真.淺談水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題［J］.中國水運(yùn)：下半月，2013，13（04）：224－225.

［3］鄧康.勘探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用探析［J］.科技資訊，2013（04）：83，85.

［4］艾則孜江.山區(qū)水利工程地質(zhì)勘察中的斜坡勘察探析［J］.科技與企業(yè)，2012（10）：221.

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1007－7596（2014）08－0100－03

2014－01－04

楊素平（1974－），女，山西聞喜人，工程師。