地下水對巖土工程勘察的影響及控制措施

周 默

（北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100101）

在巖土工程勘察工作中，部分工作人員忽視了對水文地質(zhì)問題的勘察，將之當(dāng)作一項象征性工作，在勘察報告中僅做簡單的一般性評價。但在實際工程中，部分地區(qū)的水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，會對重要工程或高層建筑產(chǎn)生巨大影響，如果巖土工程勘察缺乏對水文地質(zhì)問題的深入探究，就可能導(dǎo)致工程建設(shè)因地下水而引發(fā)管涌、流沙、基坑突涌等地質(zhì)危害，進而對工程施工安全、施工進度和工程質(zhì)量造成嚴重影響[1]。因此，研究和探討地下水對巖土勘察工作的影響，并制定有效的控制措施具有非常重要的意義。下面，筆者將先介紹巖土的水理性質(zhì)。

1 巖土的水理性質(zhì)

1.1 透水性

透水性主要指重力作用下，巖土允許水穿透的性能。巖土越松散，顆粒越不均勻、越細，其透水性就會越弱。巖溶越發(fā)育或堅硬巖石的裂隙，其透水性會越強。通常情況下，可用滲透系數(shù)表示巖土的透水性，可利用抽水試驗的方法求取巖土體的滲透系數(shù)。

1.2 軟化性

軟化性主要指浸水后的巖土體力學(xué)強度減弱的特性，可用來判斷巖石的耐水浸水、耐風(fēng)化能力，通常用軟化系數(shù)來表示。各種成因的泥巖、黏性土層、泥質(zhì)砂巖、頁巖等都會存在軟化特性，尤其是泥頁巖軟化特性尤為突出。

1.3 給水性

給水性主要指飽水巖土在重力作用下可從裂隙、孔隙中流出一定水量的特性，通常用給水度來表示。給水度通常運用實驗室方法來測定，其可對場地的疏干時間造成一定影響，是含水層一項較為重要的地質(zhì)水文參數(shù)。

1.4 崩解性

崩解性主要指浸水濕化后的巖土，因土粒連接被破壞、削弱，而導(dǎo)致的土體解體、崩散特性。巖土崩解性與土的礦物成分、顆粒成分、結(jié)構(gòu)具有密切的關(guān)系。

1.5 漲縮性

漲縮性主要指吸水后巖土體積變大，失水后巖土體積變小的性質(zhì)，因為巖土表面顆粒結(jié)合水膜會在吸水后增厚，失水后會變薄，因此巖土具有脹縮性。巖土的脹縮性常常會造成基坑隆起、地裂縫，會造成地基變形，對土坡表層穩(wěn)定性造成不良影響。巖土脹縮性主要表現(xiàn)為體縮率、自由膨脹率、收縮系數(shù)等幾個方面。

2 地下水對巖土工程的影響

2.1 水位升降的影響

2.1.1 地下水位上升對巖土工程的影響

地下水位上升，會增加土壤中的含水量，增加土壤的重量，部分河岸和斜坡地區(qū)較易發(fā)生不良地質(zhì)問題，如崩塌、滑坡等，會增加地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率；地下水位上升會造成對土壤的浸泡，久而久之土壤會被鹽漬化或形成沼澤，同時由于地下水對建筑物的腐蝕，建筑物的耐久性也會受到影響；地下水位上升會增加粉細砂中的水含量，檔粉土中含水量高于飽和狀態(tài)時，會導(dǎo)致土壤中顆粒被帶走，形成流沙和管涌現(xiàn)象；地下水位上升會造成巖體因被水浸泡、侵蝕而軟化，降低建筑物的抗剪力[2]。

2.1.2 地下水位下降對巖土工程的影響

過度抽取地下水或浪費水資源，會造成水質(zhì)嚴重惡化，水資源枯竭，嚴重影響人類的居住環(huán)境和生態(tài)環(huán)境；地下水位下降會改變地下水浮力對地表的影響，導(dǎo)致各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，如地面裂縫、地面塌陷等，還會對建筑物的穩(wěn)定性造成一定影響，嚴重的還會威脅居住者的生命安全和財產(chǎn)安全[3]。

2.2 水腐蝕性的影響

一是潮濕的土或地下水中含有某些鹽類物質(zhì)，它們透過毛隙孔上升，滲透到混凝土毛細孔中，在干濕作用之下，浸入毛細孔中的鹽溶液過渡到飽和狀態(tài)，當(dāng)溫度下降時，會結(jié)晶出鹽晶體，鹽晶體在溫度影響下體積膨脹會對混凝土產(chǎn)生腐蝕破壞作用。在水汽加大、溫度上升時，鹽晶體又會發(fā)生潮解作用，在溫度降低時，又會再次形成結(jié)晶，進一步增加腐蝕的力度。在溫濕度不斷變化的情況下，混凝土的腐蝕速度會加快，進而大大減少建筑物使用壽命[4]。

二是如果地下水中含有某些過高的化學(xué)成分，將會對可溶性石材、混凝土、鋼鐵構(gòu)件、管道以及器材等產(chǎn)生腐蝕作用，如地下水中含有過高的SO42、CI-時，混凝土鋼筋的表面會生成一層鈍化保護層，水泥在發(fā)生水化反應(yīng)時會自行產(chǎn)生這一保護層，而氯離子可破壞該保護層，鋼筋在氧和水的共同作用下會遭到腐蝕。鋼筋在發(fā)生銹蝕后會出現(xiàn)兩種情況：一種情況是銹蝕物體積會增大幾倍，從而造成混凝土剝落、破裂和分層，導(dǎo)致腐蝕劑很快侵入鋼筋表面，加快鋼筋銹蝕速度；另一種情況是銹蝕會縮小鋼筋橫截面面積，從而使鋼筋的荷載能力減弱。氯鹽是造成鋼筋銹蝕的主要原因。

三是地下水中含有過高的SO42-，會對建筑物造成巨大危害，同時地下水位太高，建筑物的地基長期浸泡在腐蝕性較強的環(huán)境中，會出現(xiàn)嚴重侵蝕，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性，會給居住者的人身、財產(chǎn)安全造成威脅[5]。

2.3 水壓的影響

在自然情況下，地下水水壓的作用很小，一般不會產(chǎn)生什么危害。但是人工施工會破壞地下水的天然動力平衡，當(dāng)?shù)叵滤畨哼^高時，會造成管涌、流沙等嚴重工程危害?；油挥客ǔＪ怯沙袎汉畬有再|(zhì)決定的，假如承壓含水層為孔隙水、裂縫水或溶洞水，在基底頂破裂之后，地下水就會通過裂縫噴涌而出，造成基坑積水。如果承壓含水層是細小的顆粒沙層，基底則會發(fā)生噴水冒砂的情況。

3 巖土工程勘察對地下水的要求

3.1 巖土工程勘察對地下水的要求

3.1.1 水文地質(zhì)條件

一是該地區(qū)的氣候材料，主要包括降水量、歷史水位、蒸發(fā)量和水位變化趨勢等方面的材料，以及該地區(qū)的地下水與地表水補排關(guān)系、地下水補給排泄條件可能對其造成的影響等。二是主要含水層如何分布，隔水層和含水層埋藏環(huán)境、地下水相關(guān)情況；利用現(xiàn)場試驗等方式取得該地區(qū)地層滲透系統(tǒng)等水位地質(zhì)數(shù)值，包括地下水位可能對建筑物造成的腐蝕和具體位置；著重加大對軟基巖土建筑工程水文地質(zhì)條件的勘察力度。三是地表水或地下水是否遭到污染，受污染情況。四是該地區(qū)地質(zhì)條件可能對地下水產(chǎn)生的影響，如滲流狀態(tài)或賦存狀態(tài)等。

3.1.2 水文地質(zhì)參數(shù)

在實施地質(zhì)工程勘察時，如果發(fā)現(xiàn)有含水層，就應(yīng)測定地下水的水位。測量靜止水位需要一定的穩(wěn)定時間，含水層滲透性不同，靜止水位的穩(wěn)定時間也不相同，因此在勘察工作完成后要對靜止水位進行統(tǒng)一測量。如果工程需要泥漿鉆進，應(yīng)先洗孔后測量水位，或者把測水管深入含水層20 cm處再測量水位。如果需要測量多層含水層，必要時可通過止水措施把需要測量的含水層與其他含水層進行隔離，再進行分別測量[6]。

可利用幾何測定地下水的流向，并對各個孔中的水位進行測量；通常采用充電法或批示劑法測量地下水的流速。

如果地下水滲透條件滿足抽水試驗要求，可采用抽水試驗。具體操作步驟為：首先，抽水試驗一般采取三次降深，同時降深要滿足工程設(shè)計對地下水位降深的要求；其次，利用同樣的儀器和方式對水位進行測量，觀測孔以毫米為單位，抽水孔以厘米為單位；再次，動水位與時間關(guān)系曲線、涌水量與時間關(guān)系曲線在一定范圍內(nèi)小幅波動，未出現(xiàn)持續(xù)下降或上升情況，就可認定其為穩(wěn)定；最后，完成抽水工作以后，要對水位恢復(fù)情況進行測量。

3.1.3 地理條件與巖土水理性質(zhì)

在巖土工程勘察中，工作人員應(yīng)高度重視巖土水理情況，加強對氣象環(huán)境、地理環(huán)境、地質(zhì)條件、水文條件和巖土水理情況的研究，重點對水理性質(zhì)進行分析。水理性質(zhì)主要指土層在地下水作用下呈現(xiàn)出來的性質(zhì)，主要包括巖土的給水性、透水性、崩解性、軟化性和脹縮性等。在對巖層水理進行分析時，可通過采樣檢測進行分析，取得巖土水理性質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)后，根據(jù)工程地基的具體要求，合理改善地基設(shè)計方案，增強工程設(shè)計方案的可操作性，盡可能地減少地下水對工程地基的破壞程度。

地下水會對工程建筑造成很大影響，因此勘察工作務(wù)必要快速且準確。人們應(yīng)深入了解地下水潛水層、含水層的具體分布，結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)進一步調(diào)整工程建筑設(shè)計方案，同時制定行之有效的預(yù)防方案。實施巖土工程勘察時，應(yīng)嚴格按照工程施工和地基環(huán)境要求，對區(qū)域水文情況進行勘察，同時結(jié)合勘察結(jié)果制定防治措施和方案。工程地基會對含水層的水壓產(chǎn)生一定影響，所以在設(shè)計巖土工程時要對該因素進行周密考慮。在選擇施工材料時，最好選擇防腐性能強的混凝土，以增強工程底板的抗腐蝕性，延長底板使用壽命。在勘察工作中，應(yīng)高度重視地下水巖層性質(zhì)分析，并采取措施預(yù)防流沙、噴涌等情況。

3.2 巖土工程勘察對地下水作用的評價

一是對埋藏于地下水位之下的建筑物混凝土以及其內(nèi)部鋼筋的腐蝕性進行評價；二是地基壓縮層存在飽和、松散的細砂土?xí)r，應(yīng)對出現(xiàn)流沙、潛蝕管涌可能性進行預(yù)測；三是對以強風(fēng)化巖、軟質(zhì)巖石、殘積土、膨脹土等作為建筑基礎(chǔ)持力層的場地，要對地下水可能對巖土體產(chǎn)生的崩解、軟化、漲縮作用進行重點評價；四是基坑開挖到地下水位以下后，要開展富水性和滲透性試驗，同時對因人工降水造成的邊坡失穩(wěn)、土體沉降造成的建筑物失穩(wěn)進行評價。

4 巖土工程地下水的控制措施

4.1 基坑突涌的控制

首先要對發(fā)生的基坑突涌情況進行判斷?？辈鞎r，要對基坑內(nèi)隔水層巖性、厚度、重量、含水層類型巖性進行勘察。結(jié)合基坑的深度，對突涌產(chǎn)生的可能性、突涌形式和危害進行預(yù)測。假如有產(chǎn)生突涌的可能性，則應(yīng)制定防治措施，可通過兩種方案防治突涌發(fā)生：一是在基坑周圍開鑿排水孔，以減弱承壓水頭壓力，降低承壓水位；二是減小基坑的開挖深度，使基底水層厚度保持在不致出現(xiàn)突涌的范圍之內(nèi)。

4.2 地下水腐蝕的控制

一是最大限度地減少工業(yè)廢料污染，提高污水凈化的工藝，加大對日常生活和工業(yè)廢料的環(huán)保無公害利用。二是提高混凝土耐久性，在對混凝土腐蝕強的地段，使用礦渣水泥或抗硫酸鹽水泥。在腐蝕特別嚴重的區(qū)域建造樁基礎(chǔ)時，要對樁身進行防腐處理，例如對樁身采取高分子樹脂、瀝青等涂膜防護，并可采用排水換土、場地降水等防治方法。

4.3 其他方面

首先，在巖土工程施工中，地下水控制的效果不僅取決于控制方案，也取決于管理水平和施工質(zhì)量。在具體施工中，必須重點考慮降水井的結(jié)構(gòu)，洗井效果，抽水泵抽水能力與出水能力是否適應(yīng)。在降水期間，應(yīng)加強對設(shè)備的維護，切勿隨意停抽。

其次，降水會引起地下水的變化，在降水時施工也會面臨一些意外因素，施工區(qū)域附近的河流、湖泊等在豐水期、枯水期對地下水有不同的影響，也會給施工帶來影響。如果周邊區(qū)域流截河流施工，在地下室底板完全封底前河流水位發(fā)生變化，也會導(dǎo)致工程問題。大量降水會引起地下水上升，對邊坡等造成影響。

最后，部分人為因素導(dǎo)致的基坑邊地下水問題也應(yīng)引起注意。例如，有些項目部因場地限制，在基坑邊設(shè)置衛(wèi)生間、廚房等，如果這些場所的廢水排放不合理，就回沖刷周圍的土體，導(dǎo)致導(dǎo)致工程建設(shè)受到影響。

5 結(jié)語

在巖土工程勘察中，水文地質(zhì)勘察工作具有非常重要的意義。在今后的巖土工程勘察中，應(yīng)強化對水文地質(zhì)問題的研究分析，提高地下水對巖土工程影響的認識，科學(xué)評價地下水對建筑物和巖土體造成的影響和作用，制定有效的治理和預(yù)防措施，最大限度地減少和消除地下水對工程造成的不良影響。