淺談巖土工程勘察設計中水文地質問題

陳偉鵬

（中兵勘察設計研究院有限公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

我國巖土工程施工獲得進步十分顯著，在一定程度上促進了各類土木工程建設。但值得注意的是，從當前巖土工程勘察設計工作實際情況來看，仍然有一系列問題存在，特別是巖土工程勘察中水文地質方面存在的問題較為顯著，影響工程設計及具體施工的同時，也會在一定程度上阻礙工程建設，導致工程質量及施工效率、成本投入等預期管控目標難以實現(xiàn)。對此，必須要進一步探討巖土工程勘察設計中水文地質問題，為土木工程施工奠定堅實基礎。

1 巖土工程勘察中的水文地質問題

1.1 地表水和地下水的調查

隨著城市建設的發(fā)展范圍越來越大，建設場地周圍經常存在地表水，如大海、河流、排洪溝、池塘等等。地表水的范圍、流量、洪水位、腐蝕性往往對基礎設計有著極為重要的影響，勘察時應認真查明。地表水和地下水的補排關系及其對地下水位的影響，關系到抗浮設防水位的判定，巖土工程師必須進行分析。

東部沿海地區(qū)的臺風暴雨天氣及潮汐往往決定當?shù)氐臍v史最高水位。如福州城區(qū)的歷史最高水位基本受到2005 年的“龍王”臺風暴雨天氣、閩江的最高潮水位等因素控制。所以區(qū)域性氣候資料，如年降水量、蒸發(fā)量及其變化、極端天氣、周邊地表水的變動幅度對地下水的影響是不可忽略的，巖土工程師再進行巖土工程勘察時必須予以重視。

地下水的類型和賦存狀態(tài)無疑對巖土工程設計和施工起著重要的影響。勘察時的地下水位、歷史最高水位、近3～5 年最高水文、水文變化趨勢和主要影響因素的查明對抗浮設防水位這一重要參數(shù)的提出提供重要依據(jù)。

1.2 水的腐蝕性

由于地下水與基礎的緊密接觸，查明地下水的腐蝕性是巖土工程勘察工作中必須認真進行的重要一環(huán)，顯而易見的道理，建筑材料的腐蝕嚴重影響建筑質量的安全[1]。勘察時應嚴格按照《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001 及相關地方規(guī)范仔細評價水和土的腐蝕性，包括水和土對混凝土結構的腐蝕性、水和土對混凝土結構中的鋼筋的腐蝕性、水和土對鋼結構的腐蝕性。評價應特別注意表格下方的注解。取水樣時應注意不同水層的隔離，能更好地分別評價各層地下水的腐蝕性。

1.3 抗浮設防水位

毫無疑問，抗浮設防水位是勘察報告里最重要的參數(shù)之一。基礎設計中的抗浮設計必須由此計算浮力。2019 年，《建筑工程抗浮技術標準》JGJ476-2019 的發(fā)布為抗浮設防水位的確定提供了很重要的依據(jù)。巖土工程師應根據(jù)地方經驗及《建筑工程抗浮技術標準》JGJ476-2019 提出準確的抗浮設防水位。需要注意的是，場地及其周邊或場地豎向設計的分區(qū)標高差異較大時，宜按劃分抗浮設防分區(qū)采用不同的抗浮設防水位，如果采取同一設防水位標高，必然與實際存在偏差?？辈炱陂g實測的地下水水位只代表相當短的時間內的水位，施工期和使用期抗浮設防水位不應采用未經分析論證的勘察期間實測的地下水水位。

各地方水文地質調查工作的缺失、水文地質資料難以獲得、建設工程的大挖大填引起的水位變化、日益嚴重的惡劣氣候等因素對抗浮設防水位的準確提出造成了相當大的困難，相關建設方對擬采用的抗浮設防水位有異議時，宜組織專項論證進行確定。

2 巖土工程設計中的水文地質問題

2.1 設計水位的取值

由于地下水水位高往往引起側壓力的增加，在設計中視為不利因素，所以巖土設計一般取較高水位，如勘察報告中用抗浮設計水位作為設計水位。若為短期內回填的基坑，也可取近3～5 年最高水位作為設計水位。

2.2 地下水滲流引起的破壞

巖土工程師在設計中往往忽略地下水是動態(tài)的事實，地下水滲流引起支擋結構的荷載作用增加是很明顯的，滲透力是體積力，是土中的滲透水流在水頭差作用下，作用于單位體積土體內土粒上的拖曳力，滲透力與水力梯度成正比。因此，地下水的急劇上升和下降會造成滲透力急劇增大，流沙或基坑突涌等現(xiàn)象就極有可能因此引發(fā)，嚴重情況下，整個巖土工程安全性及穩(wěn)定性都會面臨巨大威脅[2]。因此，巖土工程勘察設計過程，必須要高度重視地下水滲流問題。

2.3 土、水壓力的分、合算

土、水壓力的分、合算方法是每個巖土工程必須掌握的技能。簡單概括，對于地下水位以下的弱透水層（如黏土、粉質黏土、淤泥等）采用水、土合算方法，對地下水位以下的強透水層（如粉土、沙土、碎石土等）采用水、土分算方法。值得一提的是，在抗震設計中，若飽和粉、砂土層可能發(fā)生液化，也應采用水、土合算方法，此時重度取液化時的最大飽和重度。

2.4 地下水控制

地下室基礎施工時應把地下水控制在基坑底以下，才能保證施工的順利進行。地下水控制應根據(jù)工程地質和水文地質條件、基坑周邊環(huán)境要求及支護結構形式選用截水、降水、集水明排方法或其組合，同時分析地下水水分情況和具體類型（如表1）。當降水會對基坑周邊建(構)筑物、地下管線、道路等造成危害或對環(huán)境造成長期不利影響時，應采用截水方法控制地下水[3]。采用懸掛式帷幕時，應同時采用坑內降水，并宜根據(jù)水文地質條件結合坑外回灌措施。基坑降水對周邊環(huán)境會造成一定的影響，如地面沉降和抽水引起的水土流失，降水前應評估對周邊環(huán)境影響的嚴重性。

表1 地下水水位情況和類型

此外，在基坑底隔水層下存在承壓水的情況下有可能造成基坑突涌破壞，巖土工程師設計時應分析突涌可能性。防止基坑突涌可采用：（1）降低地下水位、降低承壓水壓力的技術措施；（2）采用隔水帷幕,切斷坑內承壓水等方法解決。

3 解決巖土工程勘察設計中水文地質問題的策略分析

3.1 做好地下水性質檢測工作

水理性質研究內容具體有溶水性、透水性、持水性，以此為基礎來勘察水理性質，能為水文地質勘察工作質量提供保障，而在利用所收集巖土層水理性質特征的情況下，也能在一定程度上指導工程施工的調整和優(yōu)化，確保施工過程危險事故問題的發(fā)生得以有效避免。具體來說，相關工作人員應以過往調查經驗為依據(jù)，將可能會給水理性質造成影響的因素有效排除，如通過取樣隨機性的增加，使得以往在某一處集中取樣的情況有效避免，確保樣品分析結果能與該區(qū)域整體巖石水理性質更加接近。以往地下水檢測過程，是以人工方式為主，此時會導致工作效率大幅度降低，隨著信息技術的迅猛發(fā)展，使得水質檢測的新模式開始逐漸涌現(xiàn)，如通過信息技術設備的應用，能促進檢測效率和檢測質量的提高，而水質軟硬度也能得到良好檢測，之后以檢測數(shù)據(jù)參數(shù)變化為依據(jù)，可在預防方面加強力度，為工程施工安全提供保障。

3.2 完善評價內容

不同地質問題給工程施工造成的影響也存在差異化現(xiàn)象，而巖土工程勘察工作主要目的體現(xiàn)在：通過行之有效措施的應用，避免地質問題影響工程施工。所以，必須要為地質問題評價科學性、合理性提供保障?？辈斓刭|問題評價體系建立環(huán)節(jié)，應全面、詳細考慮各種地質參數(shù)，同時不同地質問題可能造成的危害、影響等也應充分考慮，并且注意地質問題對應等級的劃分，以此為依據(jù)來指導工程設計和施工[4]。評價、分析一些水文地質情況可能會給工程施工造成的影響，進而深化處理表層信息，是勘察工作重要任務所在，與此同時，在做好工作評價的過程中，也應深入評價自身勘察工作質量，明確勘察各環(huán)節(jié)是否以相關規(guī)范要求為依據(jù)，是否具備規(guī)范性等，借此避免因勘察中某些因素而影響到勘察結果準確性?？偠灾挥袨榭辈斓刭|問題評價體系的科學性、合理性提供保障，才能為工程設計可靠性奠定堅實基礎。

3.3 不斷發(fā)展地質勘探技術

在建筑工程領域迅猛發(fā)展的背景下，工程建設開始越來越嚴格要求巖土工程勘察結果全面性及精確性等，此時勘察工作開展的過程中，應通過高精度、高技術水平、先進儀器設備的應用，使工作人員壓力有效減輕，為勘察參數(shù)的精確性和細致化提供保障，以可靠參考依據(jù)支撐后續(xù)工程施工。如借助全液壓巖心鉆機的應用，開展巖石地層勘察檢測工作，此種機械設備可在堅硬巖石地層中使用，能為鉆孔及取樣提供巨大便利作用。除此之外，還有某些新設備不僅能進行土樣及水樣等的取樣工作，同時氣態(tài)樣取樣工作也能有效開展，使多方面勘察需求得以充分滿足。

3.4 加強勘察設計和任務研究

在巖土工程勘察過程，往往會面臨較多工作內容，同時也存在較強專業(yè)性，具體工作開展的前期，應注意勘察目標的充分明確，勘察設計環(huán)節(jié)要周全考慮各項勘察內容，以勘察設計為依據(jù)開展具體勘察工作，才能清晰認識勘察工作的目標所在[5]。設定勘察目標時，應與工程建設具體需求和相關地區(qū)基本地質情況充分結合，為勘察結果可靠性提供保障，以此為依據(jù)進行設計方案和施工方案的調整工作，才能為工程建設規(guī)劃與地質情況相符提供保障。值得注意的是，在巖土工程勘察工作強化分析的過程中，應注意不同勘察地區(qū)水文地質基本信息的著重研究，以基本信息情況為依據(jù)，為勘察工作落實和持續(xù)推進提供幫助。

3.5 加強巖土工程監(jiān)測

巖土工程監(jiān)測對邊坡穩(wěn)定狀態(tài)及時預報，確保坡下作業(yè)的人、機、物安全，確?；又苓吔ǎ嫞┲锇踩笇又ёo的加固、補強以及支護方法的選定，為基坑支護技術分析提供有效數(shù)據(jù)，以便總結經驗和教訓，為今后的工作作指導。水文地質問題引起的支擋結構破壞也會事先產生一定的位移和應力的變化，加強巖土工程監(jiān)測能讓我們提前預防事故的發(fā)生，監(jiān)測數(shù)據(jù)對技術的發(fā)展研究也是相當重要的。

4 結束語

綜合上述巖土工程勘察設計中水文地質問題中，立足深層方面進行分析，卻有較多問題隱藏其中，如頻繁出現(xiàn)的施工質量問題、層出不窮的安全事故等，而造成上述問題的主要原因就是地下水。應根據(jù)工程實際情況，分析巖土工程勘察設計中水文地質問題，準確做出解決策略，從而能夠提高巖土工程勘察設計技術。