孫瑞

安徽省交通勘察設(shè)計(jì)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(biāo)為巖土體，在基坑建設(shè)、邊坡建設(shè)、建筑施工、礦場(chǎng)施工和地下水相關(guān)施工中，常見(jiàn)巖土工程環(huán)節(jié)。巖土工程施工過(guò)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(jìn)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(shí)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(wèn)題，在建筑工程、礦產(chǎn)開(kāi)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(yīng)用。深入研究該技術(shù)應(yīng)用原理，明確技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，對(duì)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(jìn)巖土工程安全開(kāi)展。在國(guó)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(duì)其通常無(wú)顯著影響。巖土工程勘查中，地下水分布情況以及水體運(yùn)動(dòng)規(guī)律是重要勘查內(nèi)容。地下水情況將直接影響項(xiàng)目施工、使用過(guò)程。同時(shí)，地下水存在復(fù)雜變化，在執(zhí)行勘查操作時(shí)，勘查數(shù)據(jù)較易出現(xiàn)誤差，影響勘查結(jié)果科學(xué)性，降低數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值。必須縮小誤差，提高信息準(zhǔn)確性，促進(jìn)精準(zhǔn)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(yīng)用價(jià)值，可指導(dǎo)工程科學(xué)施工，降低施工風(fēng)險(xiǎn)[1]。

2 地下水勘查核心項(xiàng)目

2.1 水位勘查

在水文地質(zhì)勘查中，需要重點(diǎn)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(dòng)。水位降低也是水位常見(jiàn)變化。水位異常降低后導(dǎo)致原地層結(jié)構(gòu)變化，影響地層結(jié)構(gòu)質(zhì)量，還會(huì)引起地層沉降。當(dāng)水文降低較嚴(yán)重時(shí)，例如發(fā)生水資源枯竭，會(huì)對(duì)附近巖土環(huán)境產(chǎn)生消極影響，導(dǎo)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(jì)發(fā)展過(guò)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(guò)度開(kāi)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(jiàn)因素。

水位上升超過(guò)極值時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(jìn)行工程建設(shè)，會(huì)導(dǎo)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(huì)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(fēng)險(xiǎn)，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(duì)于粉狀細(xì)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(guò)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(jiàn)反復(fù)升降。頻繁升降過(guò)程導(dǎo)致巖土異常膨脹，在此過(guò)程中巖土不均勻變形，頻繁持續(xù)變化導(dǎo)致巖土膨脹加劇，最終產(chǎn)生地裂等巖土體問(wèn)題。水體重復(fù)交替運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將導(dǎo)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(dǎo)致其在工程中無(wú)法產(chǎn)生良好負(fù)荷作用，增加地基沉降風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 水理性質(zhì)勘查

水文地質(zhì)勘測(cè)時(shí)主要針對(duì)水位、水理性質(zhì)進(jìn)行勘查。所謂巖土體水理性質(zhì)，即水體接觸巖土體并對(duì)其產(chǎn)生相應(yīng)影響而導(dǎo)致巖土體表現(xiàn)出的特性，通常涉及水分運(yùn)移和貯存容納問(wèn)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?yàn)樗硇再|(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(jìn)而影響工程項(xiàng)目。通過(guò)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(xì)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(dòng)于土層結(jié)構(gòu)內(nèi)部，具有活躍的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，最易影響巖土工程結(jié)構(gòu)。強(qiáng)壓環(huán)境導(dǎo)致結(jié)合水形成，此種水體密度顯著超過(guò)常規(guī)水體，具有顯著黏稠性，因?yàn)榻Y(jié)合力作用不同而成為弱結(jié)合水與強(qiáng)結(jié)合水。結(jié)合水流動(dòng)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(xì)水通常可見(jiàn)于巖土體狹窄縫隙中，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(shí)受到毛細(xì)作用影響。當(dāng)毛細(xì)力數(shù)據(jù)顯著時(shí)，水位可見(jiàn)增長(zhǎng)，力作用降低時(shí)水位也隨之降低。毛細(xì)水將顯著影響巖土工程，形成毛細(xì)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(jiàn)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(guò)程中，因?yàn)橥杆畬泳哂酗@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(jìn)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(yīng)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(shí)，首先應(yīng)監(jiān)控地層穩(wěn)定性，然后應(yīng)采取有效降水措施，并且科學(xué)計(jì)算隔水層承載作用，基于實(shí)際情況予以加固防護(hù)處理，預(yù)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(diǎn)

在地質(zhì)勘查中首先應(yīng)進(jìn)行鉆孔定位，為確保獲取科學(xué)的勘查數(shù)據(jù)，應(yīng)合理選擇鉆探地點(diǎn)，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?xiàng)l件適應(yīng)性問(wèn)題，受此影響導(dǎo)致鉆孔標(biāo)高不準(zhǔn)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(zhǔn)確的勘查結(jié)果，應(yīng)有效控制上述因素影響。為此，在鉆孔過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，定位勘查坐標(biāo)與高程。在設(shè)置勘查控制點(diǎn)時(shí)，需要使用全站儀設(shè)備進(jìn)行定位放樣，并且開(kāi)展閉合檢查。在上述操作過(guò)程中，皆需要使用極坐標(biāo)。在此過(guò)程中，水平方向偏差要求控制在2m以內(nèi)，高程偏差應(yīng)不超過(guò)12cm?？碧近c(diǎn)位需要調(diào)整時(shí)，應(yīng)重新開(kāi)展高程測(cè)量操作與平面位置測(cè)量操作[3]。

在鉆探階段，操作人員應(yīng)具有專業(yè)資質(zhì)，并且具有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)行深基坑施工，同時(shí)基坑深度在地下水位之下時(shí)，應(yīng)進(jìn)行干鉆法勘查。應(yīng)科學(xué)選擇鉆進(jìn)管，促進(jìn)準(zhǔn)確檢測(cè)土層含水量，同時(shí)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(jiàn)坍塌風(fēng)險(xiǎn)較高地層時(shí)，應(yīng)通過(guò)鉆孔施工有效保護(hù)側(cè)壁，并且動(dòng)態(tài)監(jiān)控超地下水水位基坑情況，當(dāng)填土松散度較高時(shí)，應(yīng)進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)方法可選擇套管護(hù)壁法。提取土樣為Ⅰ級(jí)或者Ⅱ級(jí)時(shí)，需要重點(diǎn)注意的問(wèn)題是下設(shè)管套深度，兩者間距應(yīng)不低于300%管徑參數(shù)。當(dāng)水位下層可見(jiàn)特殊土質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如粉土層等結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)實(shí)施泥漿護(hù)壁處理，重復(fù)測(cè)試孔內(nèi)水頭壓力情況，確保選取合適取值，然后實(shí)施后續(xù)操作，通過(guò)此種處理預(yù)防負(fù)壓情況或者管涌現(xiàn)象發(fā)生。碎石土層側(cè)壁防護(hù)適宜采用植物膠漿液。

3.2 原位檢測(cè)勘查技術(shù)要點(diǎn)

巖土工程施工時(shí)，建筑或基坑較易受到土層液化情況與土層密實(shí)度影響。在飽和砂土環(huán)境檢測(cè)中，可進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)。進(jìn)行此種試驗(yàn)操作時(shí)，通?？刂圃囼?yàn)深度為20m以內(nèi)。在實(shí)施此種試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試驗(yàn)檢測(cè)中需要進(jìn)行鉆孔操作，此種操作會(huì)破壞土層，因此進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆法鉆孔，監(jiān)控實(shí)際情況，使用泥漿防護(hù)側(cè)壁?；鶞?zhǔn)參數(shù)為試驗(yàn)深度時(shí)，要求套管護(hù)壁底端超出不低于70cm。在實(shí)施回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)操作時(shí)，較易出現(xiàn)沉渣，應(yīng)將沉渣總厚度控制為＜10cm。確保標(biāo)貫器皿入口無(wú)缺損，然后開(kāi)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(yīng)科學(xué)分析巖土體密實(shí)度，進(jìn)行重型動(dòng)探檢測(cè)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(duì)于此類巖土體，應(yīng)實(shí)施雙橋靜力觸探試驗(yàn)，提高參數(shù)計(jì)算可靠性。

3.3 科學(xué)選擇取樣定點(diǎn)和樣本

巖土體勘查過(guò)程中科學(xué)取樣是減少檢測(cè)結(jié)果誤差的重要因素。前期實(shí)施土層分析后，對(duì)勘查區(qū)域進(jìn)行劃分，優(yōu)先取樣無(wú)擾動(dòng)Ⅰ級(jí)土層。當(dāng)勘查環(huán)境比較特殊，無(wú)法取樣該類土層時(shí)，則應(yīng)選取輕微擾動(dòng)Ⅱ級(jí)土層。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行規(guī)范操作，促進(jìn)科學(xué)取樣，保證樣本具有代表性。應(yīng)實(shí)施圓直型孔洞取樣，加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用和控制，預(yù)防縮孔、塌孔情況。應(yīng)根據(jù)孔洞直徑選擇取土器型號(hào)，取土器型號(hào)應(yīng)低于孔洞直徑（1～2）級(jí)?？锥磧?nèi)部取土之前，必須先行清理孔洞，保證殘?jiān)穸仍谙薅ǚ秶鷥?nèi)[4]。

3.4 完善制作地質(zhì)編錄文書(shū)

所謂地質(zhì)編錄，即通過(guò)書(shū)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(xué)特性，在編錄內(nèi)容中應(yīng)包括鉆進(jìn)過(guò)程以及土層濕度變化信息。在編錄地質(zhì)信息時(shí)，應(yīng)進(jìn)行跟蹤記錄，實(shí)時(shí)填寫(xiě)勘查信息，保證數(shù)據(jù)具有良好準(zhǔn)確性。此外，地質(zhì)編錄內(nèi)容應(yīng)與巖土工程現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)分析相結(jié)合，在碎石土等堅(jiān)硬地層勘查中，應(yīng)選擇野外環(huán)境記錄作為編制重點(diǎn)信息，在描述屬性描述時(shí)，應(yīng)說(shuō)明排列模式與顆粒性狀，并且科學(xué)分析母巖成分，確定風(fēng)化度信息，全面提供地質(zhì)土層信息。針對(duì)碎石試驗(yàn)，應(yīng)側(cè)重于編著顆粒干強(qiáng)度、韌性數(shù)據(jù)。粉土、黏性土軟弱地層地質(zhì)信息編錄時(shí)，需要側(cè)重于室內(nèi)試驗(yàn)信息記錄。特殊土層勘查應(yīng)選擇科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎng)地下水總體情況。除此之外，應(yīng)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(duì)于酸堿度比較敏感，當(dāng)酸堿度指標(biāo)較高時(shí)，建設(shè)材料較易受到侵蝕，影響工程質(zhì)量。在進(jìn)行采集水樣操作時(shí)，應(yīng)控制科學(xué)的水樣暴露時(shí)間，應(yīng)采集2個(gè)以上樣本。當(dāng)勘查區(qū)域存在多層地下水時(shí)，應(yīng)選擇分層采樣方法進(jìn)行采樣操作。通過(guò)綜合調(diào)查，分析區(qū)域抗浮結(jié)構(gòu)要求，科學(xué)設(shè)計(jì)抗浮結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)實(shí)際需要建設(shè)隔水防滲設(shè)施，促進(jìn)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(yīng)以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，開(kāi)展原位取樣、原位測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)制作地質(zhì)編錄文書(shū)，并且全方位分析地下水水力屬性，明確含水層分布信息，動(dòng)態(tài)評(píng)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(yǔ)

綜上所述，在巖土工程施工中，因?yàn)樗牡刭|(zhì)通常具有復(fù)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(yīng)科學(xué)進(jìn)行水文地質(zhì)勘查分析，獲取準(zhǔn)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(yùn)動(dòng)對(duì)工程造成的威脅。在此類勘查中，應(yīng)實(shí)施準(zhǔn)確定位與鉆探，科學(xué)采樣和檢測(cè)，全方位分析水文地質(zhì)信息，促進(jìn)施工安全。