【摘要】在工程地質勘察和設計施工過程中,水文地質的問題一直是至關重要的環節。由于地下水是巖土體的組成部分,它直接影響著巖土體的工程特性,也是基礎工程的地質環境,因此,在一定程度上影響著整個建筑物的耐久性和穩定性。
【關鍵詞】工程地質;水文地質;勘察;措施
1 巖土水理性質在工程勘察中的重要性
巖土水理性質指的是, 巖土與地下水互相作用時所顯示出來的相關性質, 其結果并不單一。巖土水理性質與巖土物理性質兩者都是巖土重要的工程地質性質,這些資料在工程地質勘察中有著不可或缺的重要性。巖土水理性質不僅會對巖土的強度和變形起到影響作用, 而且有一些性質還可能直接對建筑物的穩定性產生影響。在過去的勘察中, 對巖土物理力學性質的測試相對重視, 而對巖土水理性質卻存在忽視,因此在這種情況下,對巖土工程地質性質的評價是沒有達到最佳效果的。首先我們應當了解地下水的賦存形式以及對巖土水理性質的相關影響, 因為巖土的水理性質是巖土和地下水兩者互相作用所顯示出來的性質, 地下水按照其在巖土中的賦存形式可以分為:結合水、毛細管水、重力水這三種形式,其中的結合水又可細分為弱結合水與強結合水兩種。巖土所存在的主要水理性質以及測試它們的方法有以下幾種: 軟化性、透水性、給水性、崩解性、脹縮性等。
2 地下水的分類
地下水分類的方法有很多種, 但歸納起來主要有兩種,其一是根據地下水的某一因素或某一特征進行分類; 其二是根據地下水的若干特征綜合考慮進行分類。如按照地下水的來源、水溫、化學成分等特征分類屬于前一種分類方法。這種分類方法有很大的局限性, 不能反映各特征間的內在聯系。后一種分類方法即綜合分類, 它是根據地下水的某一主要特征, 同時也考慮到其他特征來進行分類的。它能夠比較全面的反映出不同類型地下水的規律和特征。綜合分類主要考慮地下水的埋藏條件和含水介質( 空隙) 類型。地下水按照埋藏條件分為上層滯水、潛水和承壓水; 按含水介質( 空隙) 類型分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。
3 認識地下水引起的巖土工程危害
地下水引起的巖土工程危害,主要是由于地下水位升降變化和地下水的動水壓力作用兩個方面的原因造成的。
3.1 地下水升降變化引起的巖土工程危害
地下水位變化可由天然因素或人為因素引起,但不管什么原因,當地下水位的變化達到一定程度時,都會對巖土工程造成危害,地下水位變化引起的危害又可分為三種方式:水位上升引起的巖土工程危害。潛水位上升的原因是多種多樣的,主要有人類活動因素如工程建筑施工、工業廢水和生活污水的滲透等影響;水文氣象因素如降雨量、氣溫等;地質因素如含水層顆粒大小、總體巖性水平變化等。有時往往是幾種因素的綜合結果。
①土壤沼澤化、鹽漬化,巖土及地下水對建筑物腐蝕性增強。
②斜坡、河岸等巖土產生滑移、崩塌等不良地質現象。
③一些具特殊性的巖土體結構破壞、強度降低、軟化。
④引起粉細砂及粉土飽和液化、出現流砂、管涌等現象。
⑤地下洞室充水淹沒,基礎上浮、建筑物失穩。
⑥引起堅硬巖土軟化,水解、膨脹、抗剪強度降低。
3.2 地下水位下降引起的巖土工程危害。
地下水位的降低多是由于人為因素造成的,如集中大量抽取地下水、采礦活動中的礦床疏干以及上游筑壩、修建水庫截奪下游地下水的補給等。地下水的過大下降可能引起巖土工程的危害主要體現在以下幾個方面:
①常常誘發地裂、地表塌陷、地面塌陷等地質災害,對巖土體、建筑物的穩定性產生重大影響并直接威脅人類生命財產安全。
②地下水源枯竭、水質惡化等環境問題,對人類自身的居住環境造成很大威脅。
③施工降水等活動中產生水頭差導致動水壓力的產生,使粉細砂、粉土層中的土顆粒受到沖刷,將細顆粒沖走,使土的結構遭到破壞。
3.3地下水動力作用引起巖土工程危害
地下水在天然狀態下動水壓力作用比較微弱,一般不會造成什么危害,但在人為工程活動中由于改變了地下水天然動力平衡條件,在移動的水壓力作用下,往往會引起一些嚴重的巖土工程危害,如流砂、管涌、基坑突涌等,造成安全隱患及影響工程質量。
3.4 地下水頻繁升降對巖土工程造成的危害
地下水的升降變化能引起膨脹性巖土產生不均勻的脹縮變形,當地下水升降頻繁時,不僅使巖土的膨脹收縮變形往復發生,而且會導致巖土的膨脹收縮幅度不斷加大,進而形成地裂引起建筑物特別是輕型建筑物的破壞。地下水升降變動帶內由于地下水的積極交替,會將土層中膠結物鐵、鋁成分淋失,使土層失去膠結物而變得松軟,孔隙比增大,含水量增多,壓縮性增大,強度降低,給巖土工程基礎選擇、處理帶來較大的麻煩。
3.5 基坑地下水對工程的影響
基坑工程一般位于地下水位以下, 地下水問題突出, 地下水對基坑工程的主要影響有以下幾點:
(1)惡化基坑開挖施工的條件。地下水滲入基坑, 淹沒工作面,將嚴重影響開挖施工的質量和效率,同時坑內排水會造成基坑周圍地面沉降、變形, 導致周圍建(構)筑物下沉、變形、開裂、傾斜等破壞;
(2)造成流沙、管涌等不良現象。在顆粒細小的非粘性土中開挖基坑, 由于坑內外產生水頭差, 導致地下水向坑內滲流, 甚至產生流沙、管涌等破壞作用, 嚴重影響基坑工程及周圍建( 構) 筑物的安全;
(3)軟化基坑周圍的土質, 降低坑壁、坑低巖土體的強度,產生側壁變形、底鼓等。
(4)增大支護結構上的壓力。由于地下水的存在, 設計擋土止水結構上的水土壓力增大, 相應地增加基坑支護的費用和施工困難。
4地下水控制采取的措施
地下水對工程的影響主要表現在以下兩個方面: 地下水與巖土相互作用, 使巖土的強度和穩定性降低、性能變差, 從而產生各種不良的后果, 諸如滑坡、流沙、地基沉陷、隧道涌水、壩基滲漏等, 給各種土木工程的施工和運用造成不良的后果, 甚至帶來災難性的后果; 地下水中的有害化學成分,例如CO2、SO4- 2、CI-等, 對水位下的混凝土結構和鋼結構產生侵蝕、破壞作用, 縮減建(構)筑物的使用壽命?;庸こ痰牡叵滤刂品椒ㄖ饕忻鳒吓潘?、降水和隔滲等幾種類型。
(1)明溝排水。明溝排水時在基坑內設置排( 截) 水溝和集水井, 用抽水設備將地下水從集水井內排出, 達到坑內無地下水的目的。明溝排水適用于潛挖基坑, 地下水位高出坑底不多, 且坑壁土層不易產生流沙、管涌或坍塌。
(2)井點降水。井點降水是利用井( 孔) 在基坑周圍同時抽水, 把地下水降低到基坑底面以下的降水方式。常用的井點降水方式主要有: 電滲法、輕型井點、噴射井點和深井井點。
(3)隔滲?;痈魸B方法包括側向隔滲和封底隔滲。側向隔滲方法非為截水墻、截水帷幕和凍結法等?;觽认蚋魸B設施應穿過透水層底且應進入下臥隔水層一定深度。當透水層埋藏深、厚度大, 側向隔滲設施穿過透水層難度大或不經濟時, 也可采用懸掛式側向隔滲( 未穿透透水層) 與基坑封底隔滲相結合的方法。
5.結束語
隨著工程勘察技術的不斷發展和人們對水文地質勘測重要性認識的不斷提高,如何采取合適的方法對水文地質參數進行準確的測量,充分利用水文地質條件已經成為我們共同關注的問題。切實做好水文地質勘察,有效消除水文地質條件對建筑的危害,是不容忽視的重大問題,明確工程勘察中水文地質問題分析研究的內容及采用的方法,以消除或減少地下水對巖土工程的危害。