巖土工程勘察地下水問(wèn)題分析

商明剛 常季青

摘 要：地下水既是巖土體的組成部分，直接影響巖土體工程特性，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。在一些水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)，由于工程勘察中對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題研究不深入，設(shè)計(jì)中又忽視了水文地質(zhì)問(wèn)題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問(wèn)題，令勘察和設(shè)計(jì)處于難堪的境地。為提高工程勘察質(zhì)量，在工程勘察中不僅要求查明與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土工程的作用及其影響。

關(guān)鍵詞：巖土工程；地下水；問(wèn)題分析

1 地下水位對(duì)巖土工程的危害

地下水位的天然變化是區(qū)域性、季節(jié)性漸變的而且變化幅度較小。但是，人為因素引起局部的地下水位升降變化的幅度和速度往往大于天然變化，它所引起的巖土工程危害更為嚴(yán)重為了正確評(píng)價(jià)地下水位升降變化對(duì)巖土工程的影響，在工程勘察中首先要準(zhǔn)確地測(cè)定靜水位。靜水位是指天然狀態(tài)下地下水穩(wěn)定水位，在測(cè)定靜水位時(shí)應(yīng)符合下列要求：1、在上部為潛水、下部為承壓水或多層含水層地區(qū)，均應(yīng)分層測(cè)定水位。2、靜水位的測(cè)定應(yīng)有一定的穩(wěn)定時(shí)間，鉆進(jìn)過(guò)程中的初見(jiàn)水位不一定是靜水位。一般地區(qū)每小時(shí)測(cè)定一次，三次所測(cè)水位值相同或孔內(nèi)水位差不超過(guò)2～3 mm 者，可作為靜水位。3、工程勘察應(yīng)在勘察結(jié)束后，統(tǒng)一測(cè)量一次靜水位。因?yàn)殪o水位是相對(duì)的，它也隨著地下水補(bǔ)給或排泄條件的變化而變化。4、當(dāng)采用泥漿鉆進(jìn)時(shí)，為了避免孔內(nèi)泥漿對(duì)含水層的封閉影響，測(cè)定靜水位前應(yīng)將測(cè)水管打入含水層20 cm或鉆孔洗清后，再測(cè)量靜水位。由于潛水位升高引起的主要危害：（1）土壤沼澤化、鹽漬化，主要發(fā)生于海積平原低洼地帶。（2）斜坡巖土體產(chǎn)生滑移、崩塌等，主要發(fā)生于風(fēng)化作用強(qiáng)烈的丘陵臺(tái)地區(qū)。（3）崩解性巖土軟化、崩解，巖體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，壓縮性增大。主要發(fā)生于風(fēng)化殘積土及強(qiáng)風(fēng)化巖地區(qū)。（4）導(dǎo)致粉細(xì)砂及粉土被水飽和呈松散狀態(tài)，可能產(chǎn)生流砂、砂土液化等。主要發(fā)生于第四系全新統(tǒng)沖積、海積松散粉細(xì)砂層中。（5）可能造成地下洞室內(nèi)充水淹沒(méi)，基礎(chǔ)上浮，使建筑物失穩(wěn)。第一，地下水位過(guò)大下降引起的危害。地下水位局部集中過(guò)量的抽取地下水，使地下水的開(kāi)采量大于補(bǔ)給量，導(dǎo)致地下水位過(guò)大而持續(xù)下降，降落漏斗亦相應(yīng)的不斷擴(kuò)大；另外，礦床疏干、降水工程、施工排水等也能造成局部地下水位過(guò)大下降。地下水位局部過(guò)大下降造成地面塌陷、地面沉降、地裂，巖土體的不穩(wěn)定性.危害建筑物的穩(wěn)定性。第二，地下水位升降變化引起的危害。地下水位升降變化能引起膨脹性巖土產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，嚴(yán)重者形成地裂，引起建筑物特別是低層或輕型建筑物的破壞。當(dāng)?shù)叵滤蛔兓l繁或變化幅度大時(shí)，不僅巖土的膨脹收縮變形反復(fù)，而且脹縮幅度也大。在建筑工程的地基內(nèi)，當(dāng)?shù)叵滤辉诨A(chǔ)底面以下壓縮層范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，就能直接影響建筑物的穩(wěn)定性。若水位在壓縮層范圍內(nèi)上升時(shí)，軟化地基土，使其強(qiáng)度降低、壓縮性增大，建筑物可能產(chǎn)生較大的沉降變形；若水位在壓縮層范圍下降時(shí)，巖土的自重應(yīng)力增加，可能引起地基基礎(chǔ)的附加沉降，如果土質(zhì)不均勻或地下水位的突然下降也可能使建筑物發(fā)生變形破壞。

2 地下水腐蝕問(wèn)題

因?yàn)樯钍軆?nèi)外因素、自然與社會(huì)因素等的干擾，多種復(fù)雜因素交織在一起使得地下水體中可能出現(xiàn)多種成分，這些復(fù)雜的成分很可能對(duì)巖土工程地基帶來(lái)不良威脅和影響。

2.1 氣候因素引發(fā)的混凝土腐蝕問(wèn)題

當(dāng)?shù)叵滤w內(nèi)含有腐蝕性成分時(shí)，巖土地基混凝土中則可能融入腐蝕性物質(zhì)，會(huì)加劇對(duì)混凝土的腐蝕與破壞，特別是鹽分、堿性等物質(zhì)滲透到砼細(xì)密紋理中時(shí)，混凝土?xí)艿綐O大破壞。當(dāng)外界環(huán)境中水分不均、干濕不均時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鹽分聚集、集中，鹽溶液逐漸走向飽和，遇到低溫條件，飽和的鹽溶液甚至出現(xiàn)固態(tài)鹽分、晶狀成分，具有膨脹作用，可能破壞混凝土內(nèi)部構(gòu)造。相反，溫度上升后，鹽分溶解于水體后則可能出現(xiàn)潮解問(wèn)題，混凝土反復(fù)性的潮解、膨脹則必將影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可能更快腐蝕、變質(zhì)，無(wú)疑將對(duì)巖土工程地基的穩(wěn)定性、牢固度帶來(lái)破壞性影響。

2.2 地下水中腐蝕劑的不良影響

眾所周知，地下水因?yàn)樘幱谙鄬?duì)特殊的地理環(huán)境中，其內(nèi)部自然融入了多種化學(xué)物質(zhì)成分，各類化學(xué)成分之間容易發(fā)生反應(yīng)以及化學(xué)物質(zhì)本身等都可能對(duì)巖土工程地基帶來(lái)腐蝕性影響，具體的影響包括化學(xué)物質(zhì)作用于混凝土、石料、石材、鋼材等，對(duì)巖土建材表面形成腐蝕作用，特別是地下水體內(nèi)部的Cl-、NO3-、SO42-等同水體中的氫離子結(jié)合，可能生成HCl，酸性成分很容易對(duì)砼外部的氧化膜帶來(lái)腐蝕作用，氧化膜本身是一層保護(hù)膜，一旦受損，其內(nèi)部鋼筋將會(huì)遭到破壞，鋼筋受腐蝕后會(huì)出現(xiàn)變形、膨脹、銹蝕等現(xiàn)象，鋼筋作為巖土工程地基支撐性框架結(jié)構(gòu)，遭到腐蝕后，地基混凝土也將受到威脅和破壞，從而導(dǎo)致巖土地基無(wú)法長(zhǎng)期、永久地發(fā)揮支撐功效，進(jìn)而影響建筑工程的使用周期。

3 巖土工程勘察地下水問(wèn)題的防范與處理

通過(guò)以上分析可以看出，地下水問(wèn)題會(huì)對(duì)巖土工程帶來(lái)不良影響，特別是地質(zhì)條件復(fù)雜的環(huán)境，要想確保巖土工程施工質(zhì)量，就要結(jié)合常見(jiàn)的地下水問(wèn)題來(lái)進(jìn)行針對(duì)性勘察，從整體上保護(hù)巖土工程安全，實(shí)際勘察過(guò)程中要重點(diǎn)做好以下工作：

3.1 重點(diǎn)測(cè)量地下水位情況

根據(jù)地下水位變化規(guī)律，水體有枯水期、豐水期兩大關(guān)鍵時(shí)期，在實(shí)際的巖土工程勘察工作過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)季節(jié)時(shí)段、水期特征等有目的、有針對(duì)性地開(kāi)展勘察工作，要盡量確?？茖W(xué)、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)地掌握地下水位情況，通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析等來(lái)掌握地下水位變化幅度，再對(duì)巖土工程施工采取對(duì)策和措施，控制其對(duì)巖土勘察帶來(lái)負(fù)面影響。

例如：枯水期，由于地下水位下降，水體遠(yuǎn)離地面，巖土工程勘測(cè)難以精準(zhǔn)地測(cè)量、測(cè)算出地下水位高度、變化幅度等，也就無(wú)法對(duì)工程施工提供科學(xué)的指導(dǎo)，此時(shí)可以重點(diǎn)鎖定關(guān)鍵因素，地下水變化幅度對(duì)地基帶來(lái)的不良威脅程度，再對(duì)應(yīng)采取科學(xué)、合理、針對(duì)性解決對(duì)策。因此應(yīng)該在豐水期來(lái)勘測(cè)地下水位、水體變化等，以便為巖土工程勘察提供更為精準(zhǔn)、有效的數(shù)據(jù)，要通過(guò)科學(xué)的防范對(duì)策、措施等來(lái)提升巖土工程結(jié)構(gòu)的牢固度、穩(wěn)定性，盡可能預(yù)防地基開(kāi)裂。

3.2 地下水體腐蝕性測(cè)定

地下水體腐蝕性能是威脅巖土工程安全的一大因素，必須強(qiáng)化地下水體腐蝕性檢測(cè)與測(cè)量。根據(jù)地質(zhì)科學(xué)規(guī)律，通常下層地下水的腐蝕性更強(qiáng)，將對(duì)巖土工程地基帶來(lái)腐蝕性危害，對(duì)此，實(shí)際工程施工中就必須選擇抗腐蝕性強(qiáng)的材料來(lái)充當(dāng)工程地基或者通過(guò)科學(xué)地把握、掌握水灰比來(lái)逐漸提升工程地基的耐腐蝕性能，實(shí)際巖土工程勘察中，可以對(duì)地下水腐蝕性檢測(cè)設(shè)定等級(jí)，根據(jù)腐蝕性等級(jí)來(lái)對(duì)巖土地基進(jìn)行科學(xué)處理，提高地基牢固度、穩(wěn)定性，從而確保建筑工程被長(zhǎng)期使用。

3.3 巖土層滲透系數(shù)的檢測(cè)

巖土層滲透系數(shù)是巖土工程勘察過(guò)程中必須測(cè)定的對(duì)象，也是用來(lái)分析降水法的一項(xiàng)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該得到勘察工作的重視。整體來(lái)看，巖土工程的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及布局等都與巖土層的滲透系數(shù)密切相關(guān)，最典型的地基挖掘施工中，通常要參照巖土層的滲透系數(shù)來(lái)對(duì)挖掘深度等做出取舍，因此必須對(duì)巖土層滲透系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)、客觀的測(cè)定與求值。

傳統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)注水等檢測(cè)方法所得出的數(shù)據(jù)一般與巖土工程實(shí)際數(shù)據(jù)存在差異，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，對(duì)此就要改變檢測(cè)方法，選擇野外抽水試驗(yàn)檢測(cè)方法，以此來(lái)確保所獲得數(shù)據(jù)更加靠近實(shí)際數(shù)值，然而這一方法也存在某種弊端，例如耗時(shí)、耗費(fèi)精力且成本較高等，至今尚未得到深入的運(yùn)用。因此，實(shí)際的巖土層滲透系數(shù)檢測(cè)就要注重方法的選擇與對(duì)比，可以采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、室外抽水檢測(cè)等相結(jié)合的方法，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)、檢查與測(cè)算，最終得出精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，再對(duì)應(yīng)獲得一個(gè)更為精準(zhǔn)的巖土層滲透系數(shù)，將其作為地基挖掘、巖土工程勘測(cè)等的一項(xiàng)科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在巖土工程勘察中，地下水占有相當(dāng)重要的地位和作用。在勘測(cè)實(shí)踐中，需要對(duì)地下水進(jìn)行全面的了解和分析，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，將地下水?duì)建筑物的影響降到最低。提高巖土工程的勘察質(zhì)量，查明地下水的基本情況，避免地下水問(wèn)題對(duì)巖土工程造成的危害，從而為巖土工程的安全性和穩(wěn)定性提供有力的保障。

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（作者單位：青島市勘察測(cè)繪研究院）