關(guān)于水利工程中的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查工作

潘秋林

（貴州弘波質(zhì)量檢測(cè)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

目前，全國(guó)各地都在積極推進(jìn)水利工程建設(shè)，以滿足區(qū)域用水需求，保障用水安全。從水利建設(shè)實(shí)際分析，各個(gè)建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)條件與水文條件存在差異，面臨的施工挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)不同，組織開(kāi)展事前勘查，掌握完整的資料與數(shù)據(jù)，為水利工程施工方案設(shè)計(jì)與工程管理提供支持，并為工程建造效益目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供保障，具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程勘查的流程

根據(jù)勘查工作實(shí)踐分析，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘查工作的流程如下：①規(guī)劃階段。此環(huán)節(jié)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)地點(diǎn)與周?chē)牡貏?shì)地貌、河流等開(kāi)展全面勘查，結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)勘查資料，分析區(qū)域地震情況，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。②可行性研究。利用獲得的地質(zhì)與水文勘查資料，組織開(kāi)展結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，判斷地質(zhì)與水文環(huán)境可能對(duì)工程造成的影響，分析水利工程建造的可行性。③初步設(shè)計(jì)。按照工程設(shè)計(jì)與工程管理的需求，組織開(kāi)展全面調(diào)查，掌握工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，為管理工作的開(kāi)展提供保障。④技術(shù)設(shè)施設(shè)計(jì)階段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，完善初步設(shè)計(jì)方案，合理選擇作業(yè)的設(shè)備。

2 基于實(shí)例分析工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查的要點(diǎn)

2.1 案例概述

以某水利工程為例，工程建成后每年將向紫云縣城及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水超過(guò)2800 萬(wàn)m3，可解決紫云縣13.8 萬(wàn)人、3 萬(wàn)頭大牲畜的飲水問(wèn)題；為周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)7.41 萬(wàn)畝農(nóng)田提供灌溉，年灌溉供水量達(dá)2265 萬(wàn)m3；建設(shè)了總裝機(jī)容量2.4 萬(wàn)kW 的水電站。從工程建設(shè)任務(wù)的推進(jìn)角度分析，事前組織開(kāi)展工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘查，整理所需的資料與信息，為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)管理提供依據(jù)，保障了工程建造的品質(zhì)。

2.2 地質(zhì)勘查技術(shù)

地質(zhì)勘查技術(shù)主要有以下4 種。

（1）地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)。水利工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘查作業(yè)中，采用GIS 技術(shù)，積極發(fā)揮信息化手段的優(yōu)勢(shì)，組織開(kāi)展地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)分析，利用系統(tǒng)自動(dòng)化繪制現(xiàn)場(chǎng)的平面圖，并且制作柱狀圖與等值線圖，同時(shí)對(duì)勘查數(shù)據(jù)加以解釋?zhuān)軌蛉娣答伒刭|(zhì)勘查的結(jié)果，為工程設(shè)計(jì)及決策提供依據(jù)。

（2）工程物探技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，水利工程勘查作業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的物探技術(shù)，主要包括電磁勘探技術(shù)和鉆孔色彩電視體系等。其中，電磁勘探技術(shù)可選擇的勘查方法很多，因此被廣泛應(yīng)用。而鉆孔色彩電視勘查技術(shù)的穩(wěn)定性與集成性優(yōu)勢(shì)突出，支持場(chǎng)景重現(xiàn)，能助力工作人員全面了解地質(zhì)情況。例如，使用高密度電法開(kāi)展勘探作業(yè)，技術(shù)應(yīng)用效果如表1所示，根據(jù)采集的電阻率數(shù)據(jù)信息變化趨勢(shì)，能夠探測(cè)出地下巖溶的具體分布情況。

表1 高密度電法

（3）全球定位技術(shù)。根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查的需求，采用GIS 技術(shù)，能夠有效應(yīng)對(duì)特殊情況下信息無(wú)法傳遞的問(wèn)題，保障勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且實(shí)現(xiàn)勘查對(duì)象的準(zhǔn)確定位。當(dāng)前使用的全球定位技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中定位精度可以達(dá)到8~12 m，若條件較好則可以達(dá)到1~2 m，能夠達(dá)到工程定位的需求，每次定位時(shí)間在20 s~1 min。

（4）遙感技術(shù)。水利工程建造場(chǎng)地地形復(fù)雜，極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，給工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘查工作的開(kāi)展帶來(lái)挑戰(zhàn)。采用遙感技術(shù)，能夠滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下的地質(zhì)勘查需求。基于遙感技術(shù)可替代人員實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)區(qū)內(nèi)泥石流和滑坡等災(zāi)害的勘查，保障勘查工作的安全高效開(kāi)展。除此之外，還可用于巖溶調(diào)查，準(zhǔn)確分析巖溶特性。采用遙感紅外技術(shù)，能夠準(zhǔn)確判斷地下水的情況，為水利工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.3 工程測(cè)繪技術(shù)

（1）壩基工程。組織開(kāi)展工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查，主要目的是為工程設(shè)計(jì)和方案編制提供依據(jù)與參考。壩基工程測(cè)繪與分析，主要是明確壩基巖體情況，若未開(kāi)展巖體勘查，則難以推進(jìn)后續(xù)的施工作業(yè)，甚至給水利工程留下安全隱患。

（2）邊坡工程。從施工作業(yè)的角度分析，水利工程邊坡是否穩(wěn)定，關(guān)系到工程作業(yè)的安全。組織開(kāi)展工程地質(zhì)勘查與測(cè)繪，獲得完整的資料與信息，預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性，合理布置邊坡，防范邊坡失穩(wěn)造成工程問(wèn)題，影響建造的效益與安全。根據(jù)勘查資料與信息，設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)方案，防范邊坡滲漏的發(fā)生。綜合分析巖石特性和地質(zhì)構(gòu)造等各類(lèi)因素，采取有效的防范措施，避免出現(xiàn)邊坡滑坡和坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

（3）地下工程。水利工程施工內(nèi)容繁雜，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查工作的開(kāi)展，必須要關(guān)注地下洞室圍巖的穩(wěn)定性，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪獲得的結(jié)果，判斷巖層堅(jiān)硬度與穩(wěn)定性，結(jié)合分析地下水因素的影響，制定完善的水利工程施工方案，事前做好有效防護(hù)，最大限度保障水利工程建造的質(zhì)量與效益[1]。

（4）軟土基坑。工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查作業(yè)中，常需要進(jìn)行軟土基坑的分析，為基坑防護(hù)提供依據(jù)與支持。從實(shí)踐的角度分析，需采集完整的地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)信息，編制完善的方案，為工程施工設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支持[2]。

2.4 工程勘查結(jié)果與防護(hù)方案

從水利工程的實(shí)際情況分析，工程建設(shè)的建筑物包括大壩、溢洪道以及發(fā)電廠房等。發(fā)電廠房所在的位置在大壩右岸下游臺(tái)地上，距離壩軸線大約250 m，距大壩下游壩腳20~125 m，發(fā)電廠房開(kāi)挖邊坡為斜向坡，上游側(cè)開(kāi)挖邊坡最大高度約為15.0 m，西北側(cè)開(kāi)挖邊坡最大高度約為35.0 m，由覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化巖體構(gòu)成，整體的穩(wěn)定性很差，變形破壞的形式主要為土體滑坡、坍塌以及崩塌等。

蠕滑變形的原因如下：①第四系殘坡積物和業(yè)主營(yíng)地一帶存在雜填土，使得整體蠕動(dòng)存在可能性。從廠房后邊坡區(qū)域內(nèi)的情況分析，第四系殘坡積物厚度為0~10.3 m；雜填土厚度為0~6 m，以褐黃色與黃色砂質(zhì)黏土、黏土夾碎塊石等為主。②因?yàn)橄路鶐r是砂泥巖，具有較好的隔水性，從坡體下滲的水只能夠沿著巖土接觸面向著坡腳低洼地段排泄。長(zhǎng)時(shí)間下來(lái)，巖土接觸面會(huì)成為軟弱結(jié)構(gòu)面，進(jìn)而增加了滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。③邊坡前緣一帶發(fā)電廠房邊坡的開(kāi)挖切腳，揭露軟弱夾層，使得發(fā)電廠房后邊坡產(chǎn)生臨空面，加之處在地下水位線周?chē)?，增加了開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

結(jié)合相關(guān)勘察資料分析與計(jì)算，廠房邊坡及建筑物（包括廠房與營(yíng)地建筑以及營(yíng)地人員）若產(chǎn)生邊坡蠕滑情況，則會(huì)威脅廠房的正常運(yùn)行，甚至威脅營(yíng)地人員和建筑物的安全。按照《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386—2007）規(guī)定，邊坡的級(jí)別為 4 級(jí)，邊坡對(duì)應(yīng)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：①正常運(yùn)行工況邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.10~1.15。②非正常運(yùn)行工況I 邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05~1.10。巖土物理力學(xué)參數(shù)如表2 所示。

表2 巖土物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，邊坡蠕滑體穩(wěn)定安全系數(shù)＜1.05，部分坡體安全系數(shù)不足1.00，可以判斷邊坡蠕滑體處于不穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，因此需要進(jìn)行防護(hù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況，選擇上壩公路內(nèi)側(cè)設(shè)置抗滑樁，保證營(yíng)地安全。與此同時(shí)，對(duì)上壩公路外側(cè)到軟弱夾層剪出口高程之間的壩體采取削坡減載的措施，通過(guò)減少坡體下滑力達(dá)到防護(hù)；對(duì)坡面實(shí)施錨桿格構(gòu)梁防護(hù)措施，同時(shí)在軟弱夾層進(jìn)出口高程位置設(shè)置第二排抗滑樁。除此之外，對(duì)邊坡體上排水溝加以修復(fù)，同時(shí)設(shè)置排水溝與截水溝[4]。

3 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查的策略

3.1 做好勘查技術(shù)的應(yīng)用控制

（1）合理選擇技術(shù)手段。從工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘查工作的開(kāi)展角度分析，必須要做好全面規(guī)劃與控制，保障勘查結(jié)果的真實(shí)性與完整性，為工程設(shè)計(jì)與管理提供支持。實(shí)踐中要圍繞要點(diǎn)做好控制?？辈楣ぷ髦锌蛇x擇的技術(shù)方法很多，需結(jié)合勘查的內(nèi)容和要求來(lái)選擇，切實(shí)保障勘查結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，獲得完整的數(shù)據(jù)信息，保障勘查工作的高質(zhì)量開(kāi)展[5]。積極推廣采用地理信息技術(shù)手段，基于信息化手段開(kāi)展地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的分析，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化繪制平面圖和等值線圖等，并且對(duì)勘查數(shù)據(jù)信息展開(kāi)細(xì)致分析，全面反饋地質(zhì)勘查結(jié)果。不同的勘查技術(shù)的“亮點(diǎn)”不同，合理選擇和利用信息化技術(shù)，發(fā)揮其在穩(wěn)定性及集成性方面的優(yōu)勢(shì)，重現(xiàn)場(chǎng)景，助力勘查人員更好地了解水利工程地質(zhì)情況。工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查實(shí)踐中，需掌握的內(nèi)容很多，單純依靠“鉆探”手段難以達(dá)到實(shí)際需求，還需要利用“空中”技術(shù)，如遙感技術(shù)和無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)等，結(jié)合其他技術(shù)手段，滿足應(yīng)用的需求。優(yōu)選適宜的技術(shù)，編制完善的勘查技術(shù)應(yīng)用方案，指導(dǎo)作業(yè)的開(kāi)展和落實(shí)，保障地質(zhì)勘查工作的高質(zhì)量推進(jìn)。

（2）做好技術(shù)應(yīng)用的管理。為保證地質(zhì)勘查技術(shù)的發(fā)揮，要采取嚴(yán)格的技術(shù)管控措施，切實(shí)保障勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性。首先，將重點(diǎn)放到對(duì)巖石、土壤和建筑物的作用、影響評(píng)估上，根據(jù)勘查得到的資料，預(yù)測(cè)潛在的巖土工程危害，掌握潛在的風(fēng)險(xiǎn)及特點(diǎn)，制定有效的防范和應(yīng)對(duì)措施，落實(shí)到水利工程管理實(shí)踐中。其次，要結(jié)合水利工程地基的類(lèi)型，做好水文地質(zhì)問(wèn)題勘查的需求分析，高質(zhì)量推進(jìn)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查工作，為工程設(shè)計(jì)提供水文地質(zhì)資料。帶著需求去勘查，保證工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查結(jié)果得到有效利用。再次，對(duì)地下水的狀態(tài)進(jìn)行全面勘查，包括天然狀態(tài)與自然狀態(tài)。與此同時(shí)，還需要了解人類(lèi)工程活動(dòng)可能會(huì)給地下水帶來(lái)的影響，分析地下水對(duì)巖石、土壤等的反作用，明晰地下水的影響和作用，制定科學(xué)合理的水利工程施工方案，高效防范施工中的風(fēng)險(xiǎn)。最后，從工程的角度分析問(wèn)題，結(jié)合地下水因素的影響，準(zhǔn)確評(píng)估地質(zhì)問(wèn)題。對(duì)軟巖、風(fēng)化巖及膨脹土等，進(jìn)行具體分析，評(píng)估在此類(lèi)土地條件上開(kāi)展建筑施工會(huì)面臨的挑戰(zhàn)，同時(shí)評(píng)估地下水的影響。

3.2 做好勘查隊(duì)伍的培訓(xùn)

組織開(kāi)展勘查作業(yè)前，結(jié)合工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘查任務(wù)的劃分與要求，結(jié)合采用的技術(shù)與儀器設(shè)備等，對(duì)參與勘查作業(yè)的人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其掌握工作流程和要點(diǎn)，做好全面嚴(yán)格控制，切實(shí)保障勘查結(jié)果的可利用價(jià)值[6]。作為工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查的參與者，必須具備一定的素養(yǎng)，包括勘查技能、責(zé)任心及野外生存能力等。根據(jù)水利工程項(xiàng)目的要求和具體安排，前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查，按照勘查的規(guī)范和流程全面推進(jìn)各項(xiàng)工作，收集地質(zhì)資料，為工程風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對(duì)提供依據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查工作需要做到“人機(jī)結(jié)合”，工作人員充分利用現(xiàn)代化勘查設(shè)備和儀器等，完成探測(cè)工作，獲得資料數(shù)據(jù)。整個(gè)操作過(guò)程中既要做好勘查質(zhì)量的控制，也要保護(hù)好自身的安全，高效地完成工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查任務(wù)。

3.3 充分利用勘查結(jié)果

組織開(kāi)展工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查的目的是發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，制定完善的水利工程施工方案，避免發(fā)生滑坡或坍塌等事故。這需要做好整個(gè)勘查過(guò)程的控制，獲得準(zhǔn)確且完整的資料數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)勘查的目的。根據(jù)勘查獲得的結(jié)果，分析工程施工潛在的風(fēng)險(xiǎn)與隱患，如邊坡風(fēng)險(xiǎn)等，提出防護(hù)的措施，保障工程施工安全有序推進(jìn)[7]。不同地質(zhì)條件下開(kāi)展水利工程建設(shè)，所面臨的挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)存在差異，必須堅(jiān)持具體問(wèn)題具體分析的原則，充分利用勘查結(jié)果，實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的有效防范。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水利工程中的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘查實(shí)踐中，合理采用地質(zhì)勘查技術(shù)與工程測(cè)繪技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)建設(shè)場(chǎng)地的全面勘查，最大限度采集工程管理所需的數(shù)據(jù)信息，為工程設(shè)計(jì)提供支持，促使水利工程完成高質(zhì)量建設(shè)。