水文地質(zhì)勘查技術(shù)在巖土工程中的應用分析

孫瑞

安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司 安徽 合肥 230000

引言

巖土工程是現(xiàn)代工程施工的重要組成部分，核心研究目標為巖土體，在基坑建設(shè)、邊坡建設(shè)、建筑施工、礦場施工和地下水相關(guān)施工中，常見巖土工程環(huán)節(jié)。巖土工程施工過程受到水文地質(zhì)情況的直接影響。巖土工程中涉及多種先進科技，其中水文地質(zhì)勘查是其常用技術(shù)內(nèi)容。

1 巖土工程中實施水文地質(zhì)勘查的必要性

巖土工程為現(xiàn)代新型技術(shù)體制，其涉及內(nèi)容主要為土體和巖體工程性問題，在建筑工程、礦產(chǎn)開發(fā)等領(lǐng)域具有重要性，地下工程、邊坡建設(shè)、地基等基礎(chǔ)建設(shè)工程同樣需要巖土工程技術(shù)應用。深入研究該技術(shù)應用原理，明確技術(shù)應用要點，對于提高勘查質(zhì)量、提高勘查結(jié)果可靠性有積極意義，可促進巖土工程安全開展。在國內(nèi)淡水資源構(gòu)成中，地下水是重要構(gòu)成部分。地下水與其他水體相比通常具有良好穩(wěn)定性，氣候因素對其通常無顯著影響。巖土工程勘查中，地下水分布情況以及水體運動規(guī)律是重要勘查內(nèi)容。地下水情況將直接影響項目施工、使用過程。同時，地下水存在復雜變化，在執(zhí)行勘查操作時，勘查數(shù)據(jù)較易出現(xiàn)誤差，影響勘查結(jié)果科學性，降低數(shù)據(jù)應用價值。必須縮小誤差，提高信息準確性，促進精準勘查，從而為巖土工程施工提供可靠參考依據(jù)。巖土工程中，水文地質(zhì)勘查信息具有重要應用價值，可指導工程科學施工，降低施工風險[1]。

2 地下水勘查核心項目

2.1 水位勘查

在水文地質(zhì)勘查中，需要重點勘查的信息之一是地下水水位信息。水位異常變化直接影響巖土工程安全性，其中水位異常主要表現(xiàn)為水位升高、水位降低以及水位波動。水位降低也是水位常見變化。水位異常降低后導致原地層結(jié)構(gòu)變化，影響地層結(jié)構(gòu)質(zhì)量，還會引起地層沉降。當水文降低較嚴重時，例如發(fā)生水資源枯竭，會對附近巖土環(huán)境產(chǎn)生消極影響，導致生態(tài)環(huán)境失衡，區(qū)域建筑較易受到腐蝕。人為因素影響是水位降低的主要誘因。例如，在經(jīng)濟發(fā)展過程中采礦破壞地下巖土結(jié)構(gòu)引起水位下降，以及地下水資源過度開發(fā)利用、上游水資源攔截使用造成下游水位降低等，均為引起水位降低的常見因素。

水位上升超過極值時，會導致工程區(qū)域地表發(fā)生鹽漬化，在此種地質(zhì)環(huán)境中進行工程建設(shè)，會導致地基更易受到腐蝕影響，以及降低區(qū)域土層穩(wěn)定性。地下水水位異常升高會侵蝕破壞原有巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，區(qū)域土體受到地下水侵入而發(fā)生軟化。此外，此種變化增加巖土體豎向滑移風險，影響工程建設(shè)安全。水位上升的消極影響在不同巖土環(huán)境中具有不同表現(xiàn)，對于粉狀細沙含量較高的土層，其危害性高耗能高，較易引起流沙，致使地基發(fā)生上浮，直接影響工程質(zhì)量和安全性。地下水水位上升誘因分為自然因素和人為因素，人為因素包括灌溉施工等，自然因素主要為水層結(jié)構(gòu)變化或者自然過度降水等[2]。

部分地下水水體具有水位不穩(wěn)定表現(xiàn)，常見反復升降。頻繁升降過程導致巖土異常膨脹，在此過程中巖土不均勻變形，頻繁持續(xù)變化導致巖土膨脹加劇，最終產(chǎn)生地裂等巖土體問題。水體重復交替運動過程中將導致巖土體鐵類膠結(jié)物流失，造成巖土體膠結(jié)作用減弱，巖土體孔隙增多、含水量提升，質(zhì)地疏松軟塌，導致其在工程中無法產(chǎn)生良好負荷作用，增加地基沉降風險。

2.2 水理性質(zhì)勘查

水文地質(zhì)勘測時主要針對水位、水理性質(zhì)進行勘查。所謂巖土體水理性質(zhì)，即水體接觸巖土體并對其產(chǎn)生相應影響而導致巖土體表現(xiàn)出的特性，通常涉及水分運移和貯存容納問題。在此種勘查中，需要分析巖土體透水性質(zhì)、持水性質(zhì)、給水性質(zhì)以及溶水性質(zhì)。巖土結(jié)構(gòu)因為水理性質(zhì)差異具有不同表現(xiàn)，受到地下水的影響作用也存在顯著差異，進而影響工程項目。通過勘查研究，可知其通常存在三種水理作用，分別為重力水、毛細水和結(jié)合水。

重力影響在重力水中表現(xiàn)最顯著，此種水自由流動于土層結(jié)構(gòu)內(nèi)部，具有活躍的運動表現(xiàn)，最易影響巖土工程結(jié)構(gòu)。強壓環(huán)境導致結(jié)合水形成，此種水體密度顯著超過常規(guī)水體，具有顯著黏稠性，因為結(jié)合力作用不同而成為弱結(jié)合水與強結(jié)合水。結(jié)合水流動作用較小，巖土工程較少受到此種水體顯著影響。黏性土體結(jié)構(gòu)中較易出現(xiàn)結(jié)合水，受到分子吸附作用影響，附近土體外側(cè)因此出現(xiàn)薄水膜，此種水膜密度顯著高于正常水體，正常水體密度僅為其1/3左右。毛細水通?？梢娪趲r土體狹窄縫隙中，常規(guī)水體主要受到重力作用影響，但是此種水體在重力影響外同時受到毛細作用影響。當毛細力數(shù)據(jù)顯著時，水位可見增長，力作用降低時水位也隨之降低。毛細水將顯著影響巖土工程，形成毛細水流后將軟化巖土層結(jié)構(gòu)，侵蝕地下建筑材料。

2.3 地下水分布勘查

巖土工程所在區(qū)域環(huán)境不同，地下水分布也具有顯著不同。常見地下水分布包括潛水層、滯水層、承壓水層等，其劃分依據(jù)主要為地下水賦存位置。大氣降水過程中，因為透水層具有顯著孔隙，地表水從此結(jié)構(gòu)滲入，受到重力影響，地表水穿越潛水層，在潛水含水層貯容，部分水體被透水層結(jié)構(gòu)攔截，成為上層滯水。部分水體順利進入潛水含水層，該部分屬于潛水。隔水層、潛水含水層較易影響巖土工程，在巖土工程中應避免挖斷含水層，以防發(fā)生地下水大量滲透，影響地層穩(wěn)定和施工安全。在此類水文地質(zhì)環(huán)境中施工時，首先應監(jiān)控地層穩(wěn)定性，然后應采取有效降水措施，并且科學計算隔水層承載作用，基于實際情況予以加固防護處理，預防巖土體沉降，避免在巖土工程中發(fā)生坍塌事故。

3 水文地質(zhì)勘查關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鉆探作業(yè)技術(shù)要點

在地質(zhì)勘查中首先應進行鉆孔定位，為確保獲取科學的勘查數(shù)據(jù)，應合理選擇鉆探地點，從而保證鉆探勘查數(shù)據(jù)符合巖土工程需要，獲取可靠數(shù)據(jù)。影響鉆探定位質(zhì)量的主要因素包括未規(guī)范放樣以及地理條件適應性問題，受此影響導致鉆孔標高不準確，影響分析地下水埋深和地下水水體流向勘查結(jié)果。想要獲得準確的勘查結(jié)果，應有效控制上述因素影響。為此，在鉆孔過程中應進行精準定位，以設(shè)計圖紙為依據(jù)，定位勘查坐標與高程。在設(shè)置勘查控制點時，需要使用全站儀設(shè)備進行定位放樣，并且開展閉合檢查。在上述操作過程中，皆需要使用極坐標。在此過程中，水平方向偏差要求控制在2m以內(nèi)，高程偏差應不超過12cm?？碧近c位需要調(diào)整時，應重新開展高程測量操作與平面位置測量操作[3]。

在鉆探階段，操作人員應具有專業(yè)資質(zhì)，并且具有相關(guān)工作經(jīng)驗，當進行深基坑施工，同時基坑深度在地下水位之下時，應進行干鉆法勘查。應科學選擇鉆進管，促進準確檢測土層含水量，同時加水或者循環(huán)液，選用可隔離沖洗液的工具類型。工程所在區(qū)域可見坍塌風險較高地層時，應通過鉆孔施工有效保護側(cè)壁，并且動態(tài)監(jiān)控超地下水水位基坑情況，當填土松散度較高時，應進行防護，防護方法可選擇套管護壁法。提取土樣為Ⅰ級或者Ⅱ級時，需要重點注意的問題是下設(shè)管套深度，兩者間距應不低于300%管徑參數(shù)。當水位下層可見特殊土質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如粉土層等結(jié)構(gòu)時，應實施泥漿護壁處理，重復測試孔內(nèi)水頭壓力情況，確保選取合適取值，然后實施后續(xù)操作，通過此種處理預防負壓情況或者管涌現(xiàn)象發(fā)生。碎石土層側(cè)壁防護適宜采用植物膠漿液。

3.2 原位檢測勘查技術(shù)要點

巖土工程施工時，建筑或基坑較易受到土層液化情況與土層密實度影響。在飽和砂土環(huán)境檢測中，可進行標貫試驗。進行此種試驗操作時，通?？刂圃囼炆疃葹?0m以內(nèi)。在實施此種試驗時，應依據(jù)相關(guān)標準進行。試驗檢測中需要進行鉆孔操作，此種操作會破壞土層，因此進行回轉(zhuǎn)鉆法鉆孔，監(jiān)控實際情況，使用泥漿防護側(cè)壁?；鶞蕝?shù)為試驗深度時，要求套管護壁底端超出不低于70cm。在實施回轉(zhuǎn)鉆進操作時，較易出現(xiàn)沉渣，應將沉渣總厚度控制為＜10cm。確保標貫器皿入口無缺損，然后開展后續(xù)步驟，從而降低數(shù)據(jù)誤差。碎石土質(zhì)巖土環(huán)境中，應科學分析巖土體密實度，進行重型動探檢測勘查，連續(xù)擊入取樣，從而保證有效采集巖心。部分巖土工程中，區(qū)域巖土體土質(zhì)緊湊，以軟土結(jié)構(gòu)或者黏性土結(jié)構(gòu)為主，對于此類巖土體，應實施雙橋靜力觸探試驗，提高參數(shù)計算可靠性。

3.3 科學選擇取樣定點和樣本

巖土體勘查過程中科學取樣是減少檢測結(jié)果誤差的重要因素。前期實施土層分析后，對勘查區(qū)域進行劃分，優(yōu)先取樣無擾動Ⅰ級土層。當勘查環(huán)境比較特殊，無法取樣該類土層時，則應選取輕微擾動Ⅱ級土層。應嚴格執(zhí)行相關(guān)標準，執(zhí)行規(guī)范操作，促進科學取樣，保證樣本具有代表性。應實施圓直型孔洞取樣，加強技術(shù)應用和控制，預防縮孔、塌孔情況。應根據(jù)孔洞直徑選擇取土器型號，取土器型號應低于孔洞直徑（1～2）級?？锥磧?nèi)部取土之前，必須先行清理孔洞，保證殘渣厚度在限定范圍內(nèi)[4]。

3.4 完善制作地質(zhì)編錄文書

所謂地質(zhì)編錄，即通過書面反饋形式呈現(xiàn)勘查結(jié)果。地質(zhì)編錄可客觀顯示巖土物理力學特性，在編錄內(nèi)容中應包括鉆進過程以及土層濕度變化信息。在編錄地質(zhì)信息時，應進行跟蹤記錄，實時填寫勘查信息，保證數(shù)據(jù)具有良好準確性。此外，地質(zhì)編錄內(nèi)容應與巖土工程現(xiàn)場土質(zhì)分析相結(jié)合，在碎石土等堅硬地層勘查中，應選擇野外環(huán)境記錄作為編制重點信息，在描述屬性描述時，應說明排列模式與顆粒性狀，并且科學分析母巖成分，確定風化度信息，全面提供地質(zhì)土層信息。針對碎石試驗，應側(cè)重于編著顆粒干強度、韌性數(shù)據(jù)。粉土、黏性土軟弱地層地質(zhì)信息編錄時，需要側(cè)重于室內(nèi)試驗信息記錄。特殊土層勘查應選擇科學標準，闡述堆積年代等重要特征信息。

3.5 全面采集地下水信息

巖土工程是否具有良好穩(wěn)定性是影響施工的關(guān)鍵因素，而其穩(wěn)定性主要受到地下水作用影響，分析地質(zhì)情況后，全方位采集地下水水位信息、區(qū)域水利屬性信息，然后綜合分析區(qū)域降水情況，得出勘查現(xiàn)場地下水總體情況。除此之外，應有效分析水質(zhì)信息，了解水質(zhì)酸堿度。巖土工程中，許多的工程需要使用鋼筋材料，此種材料對于酸堿度比較敏感，當酸堿度指標較高時，建設(shè)材料較易受到侵蝕，影響工程質(zhì)量。在進行采集水樣操作時，應控制科學的水樣暴露時間，應采集2個以上樣本。當勘查區(qū)域存在多層地下水時，應選擇分層采樣方法進行采樣操作。通過綜合調(diào)查，分析區(qū)域抗浮結(jié)構(gòu)要求，科學設(shè)計抗浮結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)實際需要建設(shè)隔水防滲設(shè)施，促進巖土工程順利施工，以此提高施工安全性。在水文地質(zhì)勘查中，應以國家標準為依據(jù)，開展原位取樣、原位測試，標準制作地質(zhì)編錄文書，并且全方位分析地下水水力屬性，明確含水層分布信息，動態(tài)評估地下水水位，為優(yōu)質(zhì)施工和安全施工提供良好保障。

4 結(jié)束語

綜上所述，在巖土工程施工中，因為水文地質(zhì)通常具有復雜規(guī)律和特質(zhì)，所以較易影響巖土工程安全施工。為此，應科學進行水文地質(zhì)勘查分析，獲取準確水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合勘查結(jié)果制定合理施工方案，降低水文地質(zhì)運動對工程造成的威脅。在此類勘查中，應實施準確定位與鉆探，科學采樣和檢測，全方位分析水文地質(zhì)信息，促進施工安全。