鄭 佳，紀(jì)貴和

(1.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080;2.鐵力市水務(wù)局雙豐灌溉站，黑龍江，鐵力152500)

在水利水電工程中，地下水的存在與工程的安全和穩(wěn)定有很大的影響。地下水在工程勘察、設(shè)計(jì)和施工過程中是一個(gè)極為重要的問題。地下水既作為巖土體的組成部分直接影響巖土性狀與力學(xué)性能，又作為工程建筑物的環(huán)境，影響工程建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。由于地下水會(huì)對(duì)巖土體及建筑物(或構(gòu)筑物)產(chǎn)生作用以及對(duì)工程施工帶來各種問題，所以在工程地質(zhì)勘察時(shí)，應(yīng)著眼于設(shè)計(jì)和施工需要，提供地下水的完整資料，評(píng)價(jià)地下水的作用和影響，預(yù)測(cè)地下水可能帶來的后果并提出工程措施?，F(xiàn)分析如下:

1 地下水對(duì)水利工程的不良作用

1.1 流土與管涌

《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范GB50287－99》關(guān)于滲透破壞類型判定原則及公式如下，以此為根據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)滲透變形類型及各層砂性土允許比降。

2)臨界水力比降Jcr的確定公式為:

式中:Pc為土的細(xì)粒顆粒含量，以質(zhì)量百分率計(jì)，%(其中:級(jí)配不連續(xù)的土，粗細(xì)粒區(qū)分粒徑df以平緩段粒徑級(jí)的平均粒徑區(qū)分或以最小粒徑為區(qū)分粒徑;級(jí)配連續(xù)的土，界限粒徑df按計(jì)算);d5、d20分別為小于該粒徑的含量占總土重5%、20%的顆粒粒徑，mm;d70、d10為分別為小于該粒徑的含量占總土重70%、10%的顆粒粒徑，mm;Gs為土粒比重;n為土的孔隙率。

3)允許水力比降的確定方法以計(jì)算值除以安全系數(shù)給出3級(jí)配不良中砂取系數(shù)3.0，4級(jí)配不良粗砂取系數(shù)2.0，級(jí)配良好細(xì)礫取系數(shù)1.5)。

1.2 基坑突涌

當(dāng)基坑下部有承壓水層時(shí)，應(yīng)評(píng)價(jià)基坑開挖所引起的承壓水頭壓力，沖毀基坑底板造成突涌的可能性，通常是按壓力平衡進(jìn)行驗(yàn)算的，如圖1所示，若黏土層底面土壓力小于浮托力，則槽底的黏土層可能被承壓水拱起而破壞。因此，在確定基礎(chǔ)埋深或進(jìn)行基坑開挖時(shí)，槽底的黏土層厚度必須滿足上式，否則應(yīng)當(dāng)采取人工降低地下水位措施，以保證槽底的安全。具體判定公式為:

式中:h0為基坑開挖后不透水層厚度，m;h為承壓水頭高于含水層頂板的高度，m;γ0為水的重度，kN/m3;γ為巖土的重度，kN/m3。當(dāng)時(shí)，基坑不發(fā)生突涌時(shí)，可能發(fā)生突涌。

圖1 承壓水對(duì)基底的浮托作用

此外，在驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性以及擋土墻壓力時(shí)，應(yīng)考慮地下水及其動(dòng)水壓力的不利影響。在基坑疏干排水時(shí)應(yīng)對(duì)土的滲透性、涌水量進(jìn)行計(jì)算與評(píng)價(jià)。

2 水利工程中的地下水勘察

2.1 地下水的主要勘察要求

1)地下水的類型和賦存狀態(tài)。

2)主要含水層的分布規(guī)律。

3)對(duì)重大工程，當(dāng)水文地質(zhì)條件對(duì)地基評(píng)價(jià)、基礎(chǔ)抗浮和工程降水有重大影響時(shí)，宜進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察。

2.2 水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)定

水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)定方法應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 水文地質(zhì)參數(shù)的測(cè)定方法選擇表

2.2.1 地下水位的量測(cè)應(yīng)符合的規(guī)定

1)遇地下水時(shí)應(yīng)量測(cè)水位。

2)穩(wěn)定水位應(yīng)在初見水位后經(jīng)一定的穩(wěn)定時(shí)間后量測(cè)。

3)對(duì)多層含水層的水位量測(cè)，應(yīng)采取止水措施，將被測(cè)含水層與其他含水層隔開。

4)初見水位和穩(wěn)定水位可在鉆孔、探井或測(cè)壓管內(nèi)直接量測(cè)，穩(wěn)定水位的間隔時(shí)間按地層的滲透性確定，對(duì)砂土和碎石土≥0.5 h，對(duì)粉土和黏性土≥8 h，并宜在勘察結(jié)束后統(tǒng)一量測(cè)穩(wěn)定水位。量測(cè)讀數(shù)至厘米，精度≥±2 cm。

2.2.2 抽水試驗(yàn)應(yīng)符合的規(guī)定

1)抽水試驗(yàn)方法可根據(jù)滲透系數(shù)的應(yīng)用范圍具體選用不同的方法。

2)抽水試驗(yàn)宜3次降深，最大降深應(yīng)接近工程設(shè)計(jì)所需的地下水位降深的標(biāo)高。

3)水位量測(cè)應(yīng)采用同一方法和儀器，讀數(shù)對(duì)抽水孔為厘米，對(duì)觀測(cè)孔為毫米。

4)當(dāng)涌水量與時(shí)間關(guān)系曲線和動(dòng)水位與時(shí)間的關(guān)系曲線，在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，而沒有持續(xù)上升和下降時(shí)，可認(rèn)為已經(jīng)穩(wěn)定;

5)抽水結(jié)束后應(yīng)量測(cè)恢復(fù)水位。

2.2.3 滲水和注水試驗(yàn)方法

滲水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)可在試坑或鉆孔中進(jìn)行。對(duì)砂土和粉土，可采用試坑單環(huán)法;對(duì)黏性土可采用試坑雙環(huán)法;試驗(yàn)深度較大時(shí)可采用鉆孔法。

2.2.4 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)工程要求，結(jié)合工程地質(zhì)測(cè)繪和鉆探資料，確定試驗(yàn)孔位，按巖層的滲透特性劃分試驗(yàn)段，按需要確定試驗(yàn)的起始?jí)毫?、最大壓力和壓力?jí)數(shù)，及時(shí)繪制壓力與壓人水量的關(guān)系曲線，計(jì)算試段的透水率，確定p～Q曲線的類型。

2.2.5 毛細(xì)上升高度測(cè)定

由毛細(xì)力支持充填在巖土微細(xì)孔隙中的水稱為毛細(xì)水;地下水面以上被毛細(xì)水飽和的部分稱為毛細(xì)水帶;微細(xì)間隙和孔隙中的水在毛細(xì)力的吸引下自然上升的高度即為毛細(xì)水上升高度。毛細(xì)水能作垂直運(yùn)動(dòng)，能傳遞靜水壓力，毛細(xì)水對(duì)土的工程性質(zhì)有一定影響。

2.2.6 孔隙水壓力的測(cè)定

在飽和的地基土層中進(jìn)行地基處理和基礎(chǔ)施工過程中，往往產(chǎn)生孔隙水壓力的變化，而孔隙水壓力對(duì)土體的變形和穩(wěn)定性有很大影響，因此在工程施工中對(duì)土體中孔隙水壓力的量測(cè)非常重要。

3 地下水作用的評(píng)價(jià)

1)對(duì)基礎(chǔ)、地下結(jié)構(gòu)物和擋土墻，應(yīng)考慮在最不利組合情況下，地下水對(duì)結(jié)構(gòu)物的上浮作用，原則上應(yīng)按設(shè)計(jì)水位計(jì)算浮力;對(duì)節(jié)理不發(fā)育的巖石和黏土且有地方經(jīng)驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定;

有滲流時(shí)，地下水的水頭和作用宜通過滲流計(jì)算進(jìn)行分析評(píng)價(jià);

2)驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)考慮地下水及其動(dòng)水壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定的不利影響;

3)在地下水位下降的影響范圍內(nèi)，應(yīng)考慮地面沉降及其對(duì)工程的影響;當(dāng)?shù)叵滤换厣龝r(shí)，應(yīng)考慮可能引起的回彈和附加的浮托力;

4)當(dāng)墻背填土為細(xì)砂、粉土或黏性土，驗(yàn)算支擋結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同排水條件評(píng)價(jià)靜水壓力、動(dòng)水壓力對(duì)支擋結(jié)構(gòu)物的作用;

5)在有水頭壓差的砂土地層中，應(yīng)評(píng)價(jià)產(chǎn)生流土、管涌的可能性;

6)在地下水位下開挖基坑或地下工程時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖土的滲透性、地下水補(bǔ)給條件，分析評(píng)價(jià)降水或隔水措施的可行性及其對(duì)基坑穩(wěn)定和鄰近工程的影響。

［1］ 水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院.水利水電工程地區(qū)手冊(cè)［K］.北京:水利水電出版社，1985(40):340－441.

［2］ 中華人民共和國(guó)水利部.GB50287－99水利水電工程地區(qū)勘察規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

［3］ 工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)［K］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007(2):920－940.