巖土工程勘察設(shè)計(jì)與施工中水文地質(zhì)問題研究

王興樹

(中建材西南勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610000)

0 前 言

在自然界內(nèi)地下水變化情況和運(yùn)動(dòng)情況被稱之為水文地質(zhì)，當(dāng)前我國(guó)經(jīng)常出現(xiàn)各種地質(zhì)災(zāi)害，其主要原因在于水文地質(zhì)條件變化，例如地面沉降或者沙土液化等。在巖土工程中主要對(duì)巖土和土體進(jìn)行處理，具體的施工內(nèi)容包括對(duì)地基、基礎(chǔ)、邊坡以及地下工程實(shí)施有效的處理措施。這些問題的出現(xiàn)和地下水有著緊密的聯(lián)系，因此必須重視對(duì)水文地質(zhì)條件實(shí)施分析和研究，才能夠規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保證巖土工程的有序推進(jìn)。當(dāng)前在巖土勘察工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種水文地質(zhì)問題，這需要勘察人員提高對(duì)工作內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，及時(shí)對(duì)獲取的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

1 水文地質(zhì)巖土勘察設(shè)計(jì)工作內(nèi)容及其重要性

通過各種手段對(duì)地下水的形成原因、地下水的分布進(jìn)行分析，這是水文地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容[1]?？辈旃ぷ鞯哪康脑谟趯?duì)地下水運(yùn)動(dòng)情況實(shí)施科學(xué)評(píng)價(jià)，包括對(duì)地下水總量以及性質(zhì)實(shí)施評(píng)價(jià)。要想確保巖土工程的穩(wěn)定開展，需要在勘察時(shí)從施工方的角度進(jìn)行分析，對(duì)存在的問題隱患進(jìn)行歸納，根據(jù)隱患嚴(yán)重程度采取預(yù)先處理措施。當(dāng)前較多建筑物的地基處于地下水位的下方部位，因此建筑結(jié)構(gòu)容易受到地下水的侵蝕和影響，使其出現(xiàn)腐蝕的問題，從而影響到建筑物的整體穩(wěn)定性。如果在地基基礎(chǔ)壓縮層內(nèi)存在粉細(xì)沙或者粉土，容易出現(xiàn)液化以及流沙的問題，需要對(duì)該種問題出現(xiàn)的可能性實(shí)施有效研究。如果地基下方有承壓含水層，這就需要對(duì)基坑底板進(jìn)行分析，觀察承壓水是否會(huì)對(duì)其造成不良影響。在對(duì)土壤覆水性和土壤滲透性實(shí)施檢測(cè)后，才能夠進(jìn)行地下水位開挖，就能夠滿足巖土工程建設(shè)需求。從技術(shù)層面來講，巖土工程勘察的內(nèi)容較多，技術(shù)應(yīng)用也具備較強(qiáng)的專業(yè)性，需要技術(shù)人員不斷提升自身的能力，對(duì)水文地質(zhì)信息實(shí)施精準(zhǔn)分析。

2 巖土工程勘察設(shè)計(jì)與施工中水文地質(zhì)問題

2.1 地下水水位上升

地下水位上升的原因較多，其中降水是最為主要的影響因素。地下水在水循環(huán)系統(tǒng)中占有重要地位，當(dāng)降水量突然增加，地表徑流也會(huì)有所增加，這也會(huì)使得地下水位出現(xiàn)升高的問題。人為因素也會(huì)引起水位上升，在施工時(shí)對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境帶來了一定影響，使土體出現(xiàn)變化，所以水位會(huì)有所上升[2]。當(dāng)水位上升會(huì)影響到建筑工程地基的承重能力，威脅到建筑地基的質(zhì)量，增加地面沉降和建筑物傾斜出現(xiàn)的概率，降低建筑物穩(wěn)定性。地下水位上升之后，還會(huì)出現(xiàn)地下水資源污染的問題，給地下水系的水源質(zhì)量造成影響，影響到日常生產(chǎn)、生活用水。部分工程作業(yè)范圍和灌溉區(qū)的距離較小，如果出現(xiàn)不合理灌溉的現(xiàn)象也會(huì)使個(gè)別區(qū)域地下水位出現(xiàn)上升的問題。

2.2 地下水水位下降

從自然角度看，出現(xiàn)水位下降的問題主要在于降水總量有所降低，地表徑流沒有過多的水分滲入到地下，沒有為地下水提供及時(shí)補(bǔ)充[3]。從人為角度看，人們?nèi)粘Ｓ盟坎粩嘣黾樱瑢?duì)于水資源的需求也有所提高，為了能夠滿足用水需求，往往會(huì)選擇大量抽取地下水。水資源的浪費(fèi)和短缺不僅會(huì)使地下水位下降，而且會(huì)給自然環(huán)境造成破壞，打破原有生態(tài)系統(tǒng)的平衡性，破壞植被系統(tǒng)。水位下降后水循環(huán)系統(tǒng)也會(huì)受到影響，使得海洋水出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)化的問題，導(dǎo)致湖泊面積大幅度縮小，則地面降水會(huì)呈現(xiàn)為持續(xù)減少的現(xiàn)象。地下水水位持續(xù)下降會(huì)造成地基下沉的問題，這主要是由于工程順序沒有按照施工流程進(jìn)行。例如在埋設(shè)井管之前沒有抽水，在埋設(shè)完畢后才開始抽水作業(yè)，會(huì)使水位出現(xiàn)持續(xù)下降的現(xiàn)象。

2.3 地下水水位反復(fù)上升和下降

地下水頻繁上升和下降會(huì)使其出現(xiàn)波動(dòng)的問題，無法保證建筑工程的穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致地面塌陷問題的出現(xiàn)。這一現(xiàn)象會(huì)對(duì)巖土結(jié)構(gòu)造成破壞，最終會(huì)由于多次膨脹和收縮而使巖土層出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。巖土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)厚薄差異會(huì)直接影響其承載能力，穩(wěn)定性能也會(huì)有所降低，并且在土層內(nèi)部所包含的大量元素也會(huì)隨著變化和波動(dòng)不斷流失，使土體出現(xiàn)解體或者松動(dòng)的問題。

2.4 動(dòng)水壓

當(dāng)?shù)叵滤幱谄胶馇闆r時(shí)，其不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，如果周圍附近的環(huán)境條件沒有出現(xiàn)劇烈的波動(dòng)，巖土工程建設(shè)也不會(huì)受到嚴(yán)重的影響。要想使地下水處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，必須重視對(duì)地下水壓進(jìn)行控制。地下水壓會(huì)受到各種不同因素的影響，主要因素為地表壓力波動(dòng)和降水量變化。地表壓力之所以會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，是由于在施工過程中地表會(huì)出現(xiàn)一定變化[4]。降水量會(huì)影響到地下水的水位情況，如果在較短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量降雨的現(xiàn)象，會(huì)給地下水壓造成最為直接的影響。如果沒有對(duì)地下水壓進(jìn)行合理分析，在施工過程中會(huì)增加基坑突涌的出現(xiàn)幾率，在施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)不透水層厚度不足的問題，從而使承壓水將地基底板沖開，出現(xiàn)基坑突涌。

3 巖土工程勘察設(shè)計(jì)與施工中水文地質(zhì)問題處理措施

3.1 明確勘察目標(biāo)和勘察任務(wù)

巖土勘察的內(nèi)容較多，在進(jìn)行勘查之前必須要明確勘察目標(biāo)，這樣才能夠保證勘察數(shù)據(jù)的全面性，為工程設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)支持。通過勘察目標(biāo)的制定，工作人員也能夠認(rèn)識(shí)到自身的工作內(nèi)容和職責(zé)。在制定目標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到工程施工目標(biāo)以及地質(zhì)條件基本情況，確保勘察目標(biāo)能夠引導(dǎo)巖土工程施工工作的有序進(jìn)行。還應(yīng)對(duì)勘察任務(wù)進(jìn)行明確，否則工作人員在勘查過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺漏的問題。通過目標(biāo)和任務(wù)的明確可以保證勘察數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，避免在巖土工程設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，從而為之后工程建設(shè)活動(dòng)的開展打下重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5]。

3.2 加強(qiáng)對(duì)任務(wù)的分析

巖土工程勘察作業(yè)區(qū)域較為復(fù)雜，并且不同地區(qū)的地質(zhì)條件有所差異，需要采取不同的勘察方式，因此必須對(duì)勘察任務(wù)實(shí)施重點(diǎn)分析，才能夠更加合理地選擇科學(xué)的勘察方法。在進(jìn)行勘察作業(yè)之前，需要組織工作人員對(duì)勘察任務(wù)進(jìn)行分析，明確水文地質(zhì)問題的出現(xiàn)原因以及嚴(yán)重性。除此之外還應(yīng)重視對(duì)歷史條件下地下水的變化情況進(jìn)行收集，明確地下含水層的具體分布信息，在充分了解地下水情況之后展開勘察作業(yè)。當(dāng)前現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，在對(duì)勘察任務(wù)進(jìn)行分析時(shí)可以積極引用各種可視化技術(shù)，將地下水的變化情況直觀展示出來，確保能夠充分掌握水文地質(zhì)的數(shù)據(jù)以及信息。

3.3 提高工作評(píng)價(jià)效果

巖土工程勘察的目的在于了解地質(zhì)水文數(shù)據(jù)，要想保證勘察質(zhì)量需要合理應(yīng)用數(shù)據(jù)信息，才能夠充分發(fā)揮勘察數(shù)據(jù)的作用[6]。因此需要相關(guān)工作人員能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)歸納分析，其對(duì)巖土工程建設(shè)所帶來的影響，深化表層信息的處理效果，是勘察作業(yè)的基礎(chǔ)任務(wù)。因此需要對(duì)巖土工程勘查實(shí)施準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，為了保證評(píng)價(jià)的效率和精準(zhǔn)度，相關(guān)人員可以積極引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)，及時(shí)對(duì)勘查的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，歸納出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，打造更加完善的勘察工作評(píng)價(jià)體系，為巖土工程施工活動(dòng)開展提供重要技術(shù)支持。

3.4 積極使用新型勘察技術(shù)

巖土工程施工過程中需要使用到較多的勘察技術(shù)才能夠獲得更加精準(zhǔn)的工程數(shù)據(jù)。隨著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展速度的不斷加快，科技水平有所提高，勘察技術(shù)也開始向智能化和現(xiàn)代化的方向發(fā)展，勘察時(shí)使用的設(shè)備類型也變得更為先進(jìn)，提高了勘察工作的精準(zhǔn)度。因此，在后續(xù)的勘察工作中，應(yīng)當(dāng)積極使用新型設(shè)備和技術(shù)，常用的勘察技術(shù)包括以下三種：①鉆探,鉆探是使用鉆機(jī)進(jìn)行探查的技術(shù)類型，可以對(duì)地底的自然資源分布情況進(jìn)行分析，獲取地層剖面的具體情況，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)提供實(shí)體樣本[7],鉆探的精度和深度都較高，能夠?qū)Ω鼮閺V泛的范圍實(shí)施勘察,常用的鉆探設(shè)備為全液壓巖心鉆機(jī),這一類鉆機(jī)能夠鉆透堅(jiān)硬的地層，取樣更為方便，可以獲取巖石地層的具體參數(shù),除此之外來選擇設(shè)備時(shí)也需要考慮所取樣品的形態(tài)，如土壤樣品、氣態(tài)樣品或者水樣等，都需要使用不同的設(shè)備進(jìn)行勘察;②坑探,勘探技術(shù)在行業(yè)內(nèi)也被稱為掘進(jìn)或者井巷工作在巖土工程勘察過程中起著重要的作用，和鉆探工作進(jìn)行比較該種方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以更加直接地對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和觀察，所獲取的結(jié)果更加準(zhǔn)確，方便相關(guān)人員進(jìn)行素描,并且該方式不會(huì)受到其他因素的限制，能夠直接獲取原狀的巖土樣品，在大型原位測(cè)試工作中發(fā)揮著重要的作用,巖土工程施工過程中需要面臨較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，巖土層可能存在著斷層破碎帶、軟弱泥化夾層以及滑動(dòng)面,但是該種方式也存在缺陷，需要使用的資金過多，時(shí)間過長(zhǎng);③物探,物探工作的全稱是地球物理勘探，對(duì)地球物理場(chǎng)的變化進(jìn)行研究，通過變化情況分析地層巖土的性質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造[8],巖層在各個(gè)方面均存在不同程度差異，包括巖層密度、巖層彈性、巖層磁性以及導(dǎo)熱性能等，這會(huì)導(dǎo)致地球物理場(chǎng)出現(xiàn)一定的變化，通過對(duì)這些變化特征和原有地質(zhì)資料實(shí)施綜合分析，可以推斷出地質(zhì)的具體性狀，此勘探方式和鉆探相比較更加輕便，常用的方式為電法以及彈性波法。

3.5 重點(diǎn)對(duì)水文地質(zhì)問題采取預(yù)防措施

在施工前需要對(duì)基坑開挖范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，包括巖層性質(zhì)、含水層以及隔水層各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的歸納結(jié)果，制定合理的預(yù)防計(jì)劃。第一，對(duì)基坑深度和基坑厚度采取有效的管理控制措施，防止因基坑底部隔水層較薄而導(dǎo)致建筑物受到水流的侵蝕作用，保證建筑地基的整體穩(wěn)定性；第二，降低水頭壓力，在基坑附近安裝相應(yīng)的排水設(shè)備，對(duì)地下水位進(jìn)行有效控制；第三，加強(qiáng)地面加固硬化處理效果，保證排水要求能夠被有效落實(shí)，讓基坑和基坑附近保持合理的落差。為了提高排水效率、減少下滲問題，應(yīng)當(dāng)將基坑附近的地下水位進(jìn)行抬升處理，能夠有效防止因下陷而引起的土質(zhì)疏松問題[9]；第四，針對(duì)建筑物周邊做好排水補(bǔ)水。如果地下水被大量抽取，會(huì)導(dǎo)致其水位出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，下降幅度過大會(huì)導(dǎo)致地面出現(xiàn)沉降問題，嚴(yán)重時(shí)地面甚至?xí)?，給工程施工帶來了嚴(yán)重安全隱患和質(zhì)量隱患。

3.6 采取風(fēng)險(xiǎn)管理模式

在進(jìn)行巖土工程勘察設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)選擇合理的管理手段，這樣才能夠保證勘察工作和施工活動(dòng)的有序進(jìn)行。根據(jù)巖土工程施工時(shí)水文地質(zhì)問題的具體情況來看應(yīng)當(dāng)選擇風(fēng)險(xiǎn)管理模式，可以準(zhǔn)確預(yù)估出水文地質(zhì)問題所帶來的危害以及風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)管理是項(xiàng)目管理過程中的重點(diǎn)方式之一，能夠針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)管理措施的制定提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。風(fēng)險(xiǎn)管理在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了良好的效果，有效降低了風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生幾率，規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)因素。風(fēng)險(xiǎn)管理包括三個(gè)要點(diǎn)，分別為識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)控制和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)管理人員需要正確認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)管理的應(yīng)用要點(diǎn)，合理應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)控制措施，充分發(fā)揮風(fēng)險(xiǎn)管理的優(yōu)勢(shì)和作用。風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別也極其重要，是制定風(fēng)險(xiǎn)控制策略的關(guān)鍵方式，相關(guān)人員需要結(jié)合內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行明確[10]。根據(jù)巖土工程勘察設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行分析，主要的風(fēng)險(xiǎn)因素為地下水，對(duì)地下水產(chǎn)生的影響進(jìn)行歸納，按照嚴(yán)重程度大小排序，之后采取針對(duì)性的預(yù)防措施。

4 結(jié)束語

針對(duì)工程項(xiàng)目而言，水文地質(zhì)巖土工程勘察設(shè)計(jì)以及施工具有系統(tǒng)性和綜合性的特點(diǎn)，是工程設(shè)計(jì)之前的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。工程建設(shè)規(guī)模較大，工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度會(huì)受到較多因素的影響，其中地形條件、水文條件以及地質(zhì)條件是影響工程建設(shè)的基礎(chǔ)因素。相關(guān)人員需要認(rèn)識(shí)到水文地質(zhì)巖土勘察設(shè)計(jì)工作和施工的重要性，并分析地下水水位上升、地下水水位下降、地下水水位反復(fù)上升下降以及動(dòng)水壓所帶來的問題。要想保證巖土工程施工的有序性，應(yīng)當(dāng)明確勘察目標(biāo)和勘察任務(wù)，加強(qiáng)對(duì)任務(wù)的分析，提高工作評(píng)價(jià)效果，積極使用新型勘察技術(shù)。在今后的工作中，施工企業(yè)也要加強(qiáng)對(duì)勘察人員的管理，打造高素質(zhì)的勘察工作隊(duì)伍，以此為水文地質(zhì)巖土勘察設(shè)計(jì)與施工活動(dòng)的開展提供重要的人力支持。

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