地下水初見水位與穩(wěn)定水位探討

朱軍

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司地質(zhì)路基處，陜西西安710043)

地下水初見水位與穩(wěn)定水位探討

朱軍

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司地質(zhì)路基處，陜西西安710043)

目前在巖土工程勘察中對地下水初見水位和穩(wěn)定水位的認識還不統(tǒng)一，實際勘察中難免存在一些不正確的做法。本文首先梳理了現(xiàn)行規(guī)范對地下水初見水位和穩(wěn)定水位的定義及測量方法，其次以太原軌道交通2號線勘察中遇到的實際問題為基礎(chǔ)，對鉆探過程中地下水初見水位和穩(wěn)定水位的測量作了一些探索和總結(jié)，提出了可行性強的測量地下水初見水位和穩(wěn)定水位的方法，對現(xiàn)階段軌道交通勘察具有一定的借鑒作用。

地下水 初見水位 穩(wěn)定水位 勘察

1 地下水初見水位、穩(wěn)定水位的定義

地下水對軌道交通工程的影響極大，基礎(chǔ)設(shè)計中的抗浮水位、防水水位及設(shè)防水位等參數(shù)均與地下水初見水位和穩(wěn)定水位有關(guān)聯(lián)，準(zhǔn)確量測地下水水位意義重大。

《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB 10049—2004)對初見水位的定義為當(dāng)鉆孔揭露含水層時，初次發(fā)現(xiàn)的地下水面高程［1］。《地下鐵路輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50307—1999)8.3.2條文說明有不同的表述:初見水位的量測，一般在工程勘察中從鉆具帶上土樣觀測，土樣由濕到很濕帶水時的標(biāo)高，即為初見水位。由濕到很濕的表述概念不是很清楚。目前新的《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50307—2012)已經(jīng)取消了該條，而是規(guī)定勘察時遇地下水應(yīng)量測水位，當(dāng)場地存在對工程有影響的多層含水層時，應(yīng)分層量測(10.3.2)［2］。

關(guān)于穩(wěn)定水位的認識比較統(tǒng)一，《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2009版)7.2.2和7.2.3條文說明規(guī)定，穩(wěn)定水位是指鉆探時的水位經(jīng)過一定時間恢復(fù)到天然狀態(tài)后的水位［3］。由于地下水位恢復(fù)到天然狀態(tài)的時間長短受含水層滲透性影響顯著，《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50307—2012)同時規(guī)定，穩(wěn)定水位從停鉆到量測的時間:砂土和碎石類土不宜少于0.5 h，粉土和黏性土不宜少于8 h。

從各類規(guī)范中可以看出，對于初見水位和穩(wěn)定水位的定義已經(jīng)比較清晰，對穩(wěn)定水位的測量規(guī)范中有明確的規(guī)定。實際鉆探過程中如何正確測量初見水位有不同的認識，尤蘇南［4］探討了關(guān)于初見水位的不同觀點及測量方法，并認為鉆進過程中遇到地下水位時立即停鉆測得的地下水位是初見水位，這與文獻［1］初見水位的定義亦是一致的。

本文依據(jù)規(guī)范規(guī)定，結(jié)合太原市軌道交通2號線勘察情況，進一步探討了地下水初見水文和穩(wěn)定水位在鉆探過程中的測量方法，避免了實際工作中錯誤的做法，提高了勘察質(zhì)量，加深了對該問題的認識。

2 太原市軌道交通2 號線勘察概況

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

工程涉及的主要地層為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)地層。第四系全新統(tǒng)廣泛分布于地表，主要有填土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土及細砂、中砂、卵石土等，一級階地該組地層總厚度約15～30 m，河漫灘該組地層總厚度約15～25 m。第四系上更新統(tǒng)主要有粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、粉細砂、中粗砂、礫砂、卵石土等，一級階地該組地層總厚度約30～40 m，河漫灘該組地層總厚度約25～40 m。

沿線地下水可分為第四系松散層孔隙潛水和微承壓水。孔隙潛水含水層為第四系全新統(tǒng)沖積粉土及砂、礫石層。漫灘區(qū)潛水埋深一般2～5 m，一級階地埋深3～7 m，其中澗河以北潛水埋深5～10 m。與線路關(guān)系密切的微承壓水主要為第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)沖積成因的粉土及砂礫石，零星分布，承壓性微弱，底板埋深約30～60 m，總厚度約20～40 m，厚度由北向南、從西向東逐漸變薄，富水性由強變?nèi)?。代表性剖面位置及剖面地質(zhì)圖分別見圖1、圖2。

圖1 W1A-W1B剖面位置

圖2 W1A-W1B剖面(單位:m)

2.2 勘察中地下水初見水位和穩(wěn)定水位存在的問題

地下水的初見水位和穩(wěn)定水位應(yīng)反映勘察期間的即時水位。而一些勘察單位對此卻有下述幾點不正確的認識與做法。

1)開孔前不采用泥漿鉆進，鉆進中發(fā)現(xiàn)地下水即判定為初見水位。

2)由于開孔至發(fā)現(xiàn)地下水前不采用泥漿鉆進，孔壁易坍塌，無法達到量測地下水初見水位的目的，于是采用跟管(濾水管)鉆進，鉆進中發(fā)現(xiàn)地下水即判定為初見水位;鉆孔達到設(shè)計孔深后終孔，回填，封孔。資料整理中將初見水位視為穩(wěn)定水位或以初見水位為基點，視正負偏差很小數(shù)值為穩(wěn)定水位。

3)泥漿鉆進終孔后，要采用提水筒將孔內(nèi)泥漿提出，待穩(wěn)定一定時間后所量測的水位為穩(wěn)定水位。但提漿工序占有一定的時間，勘察工作中有人提出鉆進過程中采用清水鉆進，鉆孔完畢后可不必提漿，所測得的水位為穩(wěn)定水位。

2.3 初見水位和穩(wěn)定水位測量的正確做法［5-8］

上述2.2種的觀點和做法都是不正確的，同時也違反現(xiàn)行各類《規(guī)范》的要求。在太原軌道交通2號線勘探實施過程中，對不正確的認識和做法進行了糾正，并提出以下見解。

首先初見水位要考慮砂類土透鏡體中的上層滯水，即包氣帶水和細粒土毛細管水的爬升高度，細粒土滲透性能較小，毛細管水的作用使初見水位高于穩(wěn)定水位的差值較大;同時毛細水對工程也存在影響，如鹽漬土、凍脹土(在太原城市軌道交通工程中，局部地段分布著鹽漬土)。毛細水的爬升高度是伴隨著土的滲透性能高低而定，需要現(xiàn)場及時量測，可見初見水位同等重要。

其次施鉆機組必須配備水位觀測專用設(shè)備，測繩、測鐘和提水筒。鉆進過程中注意觀察沖洗液變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿稀釋或孔口回水增加時結(jié)合巖芯心部含水量判別初見水位。

終孔后應(yīng)將孔內(nèi)泥漿提凈、沖孔，根據(jù)不同含水層滲透性，待靜止一定時間后用測鐘測定水位，當(dāng)測定水位波動＜2 cm時，此時水位即為穩(wěn)定水位。

為了減少工序，提高鉆進效率，有人提出采用清水鉆進，以規(guī)避鉆孔終孔后，用提筒將孔內(nèi)泥漿提盡這一道工序。

清水鉆進引起孔內(nèi)漏水，極易造成孔壁不穩(wěn)定，坍塌、掉塊，形成孔內(nèi)事故的機率大幅上升，無法完成孔內(nèi)鉆進。再則，清水在鉆孔中的作用為冷卻鉆頭，潤滑鉆具，地下有水已失去清水在鉆進中的作用，加之由于水分子的作用，砂層極易坍塌，形成不了沖洗液的循環(huán)，易造成孔內(nèi)事故、環(huán)境水污染等且達不到目的而告終。

3 地下水量測操作的可行性建議

現(xiàn)行《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》對地下水水位的量測要求為分層量測，而每個鉆孔均采用分層量測，工作量大，且耗費時間較長，工作可行性難度十分大。以下建議可以解決這一棘手問題。

1)首先可以肯定的是每個鉆孔采用泥漿鉆進是正確的。太原軌道交通2號線沿線地層孔壁易坍塌，往往產(chǎn)生埋鉆等孔內(nèi)事故;而泥漿具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具、攜帶巖粉和保護孔壁的作用，致使鉆進可以順利進行從而達到終孔的目的。終孔后采用提水筒提出孔內(nèi)泥漿，待靜止一定時間后所量測的水位即為穩(wěn)定水位。

2)鉆孔深度范圍內(nèi)有2個或2個以上的含水地層，應(yīng)進行分層量測地下水位。在鉆穿第一層含水層并進行水位觀測后，應(yīng)采用泥球等材料止水，套管隔水，抽干孔內(nèi)存水，再對下一含水層進行水位觀測。穩(wěn)定水位的量測要求每個工點選擇2～4個鉆孔，將鉆孔中的泥漿提凈，待72 h后量測地下水的穩(wěn)定水位。

上述操作即能滿足規(guī)范分層量測的要求，實際工作中可操作性強，符合各階段勘察的精度要求。在太原地鐵2號線勘察中得到了很好的應(yīng)用。該項目在初勘及詳勘階段實測地下水初見水位和穩(wěn)定水位數(shù)據(jù)見表1及表2。

表1 潛水初見水位及穩(wěn)定水位

表2 微承壓水初見水位及穩(wěn)定水位

4 結(jié)語

地下水位的量測準(zhǔn)確與否，決定著工程質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響工程病害和使用功能或工程造價;并對飽和粉土和砂類土的液化范圍、等級判定，對各地層土的物理力學(xué)指標(biāo)等均有著很大的影響，故在勘察期間應(yīng)高度重視。本文針對太原軌道交通2號線地質(zhì)勘察工作中各勘察單位對地下水初見水位及穩(wěn)定水位的不正確認識及測量方法進行了討論及糾正，并提出了可行性強的操縱方法。根據(jù)實測結(jié)果，第四系孔隙潛水中，初見水位高于或等于穩(wěn)定水位，而在承壓水中，初見水位低于穩(wěn)定水位。此外，準(zhǔn)確判定地下水位是鑒別勘察質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10049—2004鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50307—2012城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2012.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］尤蘇南.關(guān)于地下水初見水位的討論［J］.價值工程，2012 (26):66-67.

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［6］中鐵第一勘測設(shè)計院集團有限公司.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.2版.北京:中國鐵道出版社，2005.

［7］中鐵第一勘測設(shè)計院集團有限公司.太原軌道交通2號線初勘巖土工程勘察報告［R］.西安:中鐵第一勘測設(shè)計院集團有限公司，2013.

［8］中華人民共和國鐵道部.TB 10014—2012鐵路工程地質(zhì)鉆探規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

(責(zé)任審編孟慶伶)

U212.2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.17

1003-1995(2015)05-0065-03

2014-12-16;

2015-02-10

朱軍(1962—)，男，河南沁陽人，工程師。