李文碧

(山西省運城市水利勘察院,山西 晉城 044000)

?

水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析

李文碧

(山西省運城市水利勘察院,山西 晉城 044000)

水利工程是人類利用大自然，改造大自然的一種方式，是造福民生的好事，人類社會的可持續(xù)發(fā)展和和與社會進步和水利工程建設(shè)的質(zhì)量息息相關(guān)，對水利工程中的地質(zhì)進行勘測需要對工程施工位置和位置附近的地理環(huán)境進行仔細的研究和分析。水利地質(zhì)勘測人員要對得到的具體數(shù)據(jù)進行進一步的分析整理，拿出一套最優(yōu)的設(shè)計方案和施工方案，對施工地的巖土體進行有效評估處理，有利于提高施工質(zhì)量，加快施工進度，避免安全事故的發(fā)生。文章對水利工程中地質(zhì)勘察的重要性進行了分析與研究，并針對地質(zhì)勘察存在問題的基礎(chǔ)上提出巖土治理的具體措施。

水利工程；地質(zhì)勘察；巖土治理；水文地質(zhì)

0 前 言

我國雖然近年來經(jīng)濟發(fā)展較快，工業(yè)與服務(wù)業(yè)比例不斷提高，農(nóng)業(yè)比例相對下降，但我國畢竟是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍然會成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的一個方面，農(nóng)業(yè)的巨大的地位依然不容忽視。我國農(nóng)業(yè)水利設(shè)施不斷完善，各種水利工程建設(shè)為農(nóng)業(yè)抗洪抗旱做出了巨大貢獻，使我國的糧食產(chǎn)量不斷增加，溫飽問題已經(jīng)不再是困擾我國經(jīng)濟發(fā)展的一個大問題。南水北調(diào)工程、三峽水利工程的建設(shè)為我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展帶來了有目共睹的成效。

為了保障水利工程安全有效的建設(shè)，需要在建設(shè)前對地質(zhì)進行嚴格的勘察，分析建設(shè)地地質(zhì)類型和施工的可能性，對巖土構(gòu)造進行準確的分析與治理，盡可能的保證地基的穩(wěn)固性以及整個水利工程的整體質(zhì)量。

地質(zhì)勘察中水文地質(zhì)是一個不容忽視的問題，巖土層還包含著豐富的地下水資源，這些地下水會對巖土層的穩(wěn)定性造成很大的影響，會對整個工程施工環(huán)境有著巨大的影響，決定水利工程建成后使用的穩(wěn)定性、安全性和長久性。因此，在水利工程的地質(zhì)勘察中，對地下水特征的研究和分析是重點，預(yù)計可能存在的巖土問題，提出解決方案，保障施工安全高效的進行[1-3]。

1 我國水利工程建設(shè)的現(xiàn)狀

水利工程的發(fā)展具有悠久的歷史，早在春秋戰(zhàn)國時期就有了李冰采用無壩引水修建的都江堰水利工程，這一水利工程是我國科技史上的一座豐碑，被譽為世界奇觀。我國水利工程發(fā)展至今，不再是單一的解決農(nóng)田灌溉或者水路運輸問題，而是灌溉、運輸、發(fā)電、蓄水等防洪抗旱多種功能相結(jié)合的發(fā)展模式，這種模式即解決了水資源分布不均的問題，還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，帶動工業(yè)企業(yè)向清潔健康的方向發(fā)展。

水資源的分布在我國具有明顯的地區(qū)差異及季節(jié)性差異。南水北調(diào)工程，將南方的水資源引用至北方，緩解北方水資源不足的問題；我國大部分地區(qū)是季風(fēng)氣候類型，降雨具有明顯的季節(jié)特征，季風(fēng)氣候的顯著特點是雨季集中在夏季，暴雨還會導(dǎo)致洪澇、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害，而冬季干燥少雨，有時會出現(xiàn)水資源短缺的問題，為了緩解這一矛盾，可將雨季充沛的水資源儲存起來，緩解冬季水資源的匱乏。

水利工程的建設(shè)是將人的力量作用于大自然，改變大自然原始狀態(tài)的不足，要以尊重自然為前提，切不可盲目建設(shè)，破壞自然生態(tài)環(huán)境，不僅沒有達到預(yù)期建設(shè)的目的，還造成資源浪費[4-6]?，F(xiàn)代社會，隨著科技的進步，對水利工程建設(shè)的要求也越來越高，特別是工程建設(shè)的地質(zhì)勘察階段，要謹慎分析建設(shè)地巖土、水文等各種外在條件，才能制定出一條完善的工程建設(shè)計劃方針。

2 加強地質(zhì)勘察中對巖土的認識

巖土是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，對巖土性質(zhì)進行深刻的了解，能確定施工的可行性。巖土有比較一致的分類，但是對巖土的工程地質(zhì)還不能進行準確的分類，地質(zhì)分類細節(jié)應(yīng)該和地質(zhì)勘察階段適應(yīng)，一般在水里工程的計劃階段要與的構(gòu)成原因來劃分，而在水利工程的初設(shè)和技施階段就需要根據(jù)土層的物理力學(xué)來區(qū)分。如圖1所示。

比較松軟的土層，軟硬相間的土層和破碎的巖土都會影響地基的穩(wěn)固，在這類巖土體上進行工程建設(shè)，會出現(xiàn)滑坡、坍塌等問題。因此，地質(zhì)勘察中要特別注意巖土的特性，了解它們的分布情況、厚度變化，才能獲得精準的物理力學(xué)性質(zhì)指標。松散巖土的力學(xué)指標表見表1。

圖1 水利工程細粒土劃分

力學(xué)指標沖積砂礫卵石洪積礫卵石土坡殘積碎石土冰水堆積砂卵礫石粉砂土、碎石角礫土冰碳淤泥質(zhì)亞黏土、黏土潮濕或飽水干燥飽水干燥飽水干燥飽水允許承載力/kg·cm-32～253～42～254～53～352～2510內(nèi)摩擦角?28°～33°20°～25°28°20°～23°20°～22°5°～10°抗剪強度c02～0401～1019705～1035～04602～04

水利工程地質(zhì)勘察中，巖土是一項重要內(nèi)容，對巖土構(gòu)造進行準確的研究和把握，能有效的處理好水利工程中的對巖土整治問題。不同類型的巖土性質(zhì)不一樣，例如破碎的巖土，就是由土層成分的粗細程度和風(fēng)蝕程度以及支撐作用、填充體的組成因子、屬性、密度這些地方來進行區(qū)分，對于砂類土，就需要從色澤和組成因子的外觀、礦物成分、濕度、密度等方面進行劃分。

必要時可對巖心進行素描，有利于直觀的了解水利工程建設(shè)地巖土分布及構(gòu)成情況。進行巖心的描繪，主要對巖心的采取率、獲取率和巖石的品質(zhì)指標有關(guān)聯(lián)。

采取率，主要是要取的巖心的總體長短和這次進尺的百分比，總長短主要包含比較完好的巖心與破裂的物體；通常巖芯采取率要在80%以上，軟硬相間的土層就必須在65%以上，都不能算入沒有形狀破碎體；巖石的品質(zhì)指標，是獲取的巖心里面，>10cm的柱狀巖心，長短和這次進尺的百分比，是對巖體進行區(qū)分以及評定地下洞室圍巖質(zhì)量的3項指標，能準備反映巖石的堅硬程度和整體性，如果巖石的堅硬度和整體性較高，那么相應(yīng)的數(shù)值就大，反之，就小[7-9]。

3 巖土在水利地質(zhì)勘察中的重要影響作用

對水利工程進行地質(zhì)勘測時，巖土對巖土層的地下水位和地質(zhì)勘測有很大的影響。地下水有可能隨著季節(jié)變化，其流量、水溫、水位也會發(fā)生較大改變，這些隱急劇增加，人們對水的需求量也在不斷上升，加強水利工程建設(shè)，有利于合理分配水資源，使水資源得以高效利用。一些人為的因素，對地下水位造成很大的變化，完全超過了自然界對水位的影響，對水利工程的穩(wěn)定性和巖土整治帶來了難題。由于水資源枯竭，水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，不得不過分開采地下水，使得潛水位下降，誘發(fā)地陷、地裂等問題，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的困擾[10]。而潛水位升高也不利于建筑物的穩(wěn)定，降雨、氣溫、施工都會造成地下水位上升，使得巖土的土壤變得泥濘，鹽漬化，從而對土層上的建筑造成較大的破壞。然而地下水位的不斷變化會進一步加劇膨脹性化土層的變化，進而使得工程變形，破壞建筑物。

在水利工程建設(shè)中，準確的記錄地下水的變化情況，有利于巖土變化有進一步的了解和把握，并制定一些解決方案。如圖2所示。

圖2 地質(zhì)勘察中水位值參考樣本

全面詳細的分析水文地質(zhì)尤為重要，能準確評估水文地質(zhì)對巖土體的影響程度，若忽略了對水文地質(zhì)的分析研究，對施工中出現(xiàn)的問題不能及時應(yīng)對，會導(dǎo)致工程進度緩慢，造成巨大的損失，甚至放棄進行到一半的水利工程建設(shè)，一般水利工程建設(shè)投入的人力物力和資金都比較大，若工程項目失敗，會造成巨大的經(jīng)濟損失。

目前水利工程的勘察文件中，沒有從設(shè)計要求以及施工需求這兩方面來對地下水對水利工程的影響進行評價，因此，在今后對水利工程的地質(zhì)情況進行勘測時應(yīng)該改重視水文的影響。一開始就要弄清地下水、巖土體、建筑物三者之間的內(nèi)在關(guān)系，分析3者之間的影響面及影響程度，并結(jié)合水利工程建設(shè)的需要，合理制定施工方案。

4 水利工程中地質(zhì)勘察和巖土治理問題

水利工程建設(shè)是一項非常困難，有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜工程，因此，水利工程建設(shè)前，進行地質(zhì)勘察和巖土勘察，可以很好的克服在施工中遇到的一些困難，讓工程施工與生態(tài)環(huán)境和平共處。

本文探討的主要是我國三峽大壩的地質(zhì)勘查與巖土治理問題，由于其所處地形比較復(fù)雜，是土質(zhì)多樣的四川地區(qū)，所以，在具體的操作中就要解決面臨的多種困難，以通過合理運用新技術(shù)、新手段、新材料等的方式，有效地避免混凝土出現(xiàn)開裂、強度不夠等問題，最終達到提高三峽大壩工程施工質(zhì)量的目的。

因此，在進行水利地質(zhì)勘查中，應(yīng)注意對巖土問題的治理。

1)合理的評價水文地質(zhì)，對地下水進行深入的了解，對地下水對水利工程的影響進行分析，制定出比較合理可行的解決辦法。

例如：在進行一些地基不夠良好的水利工程地質(zhì)看作問題時，需要注重地基穩(wěn)定性的不斷提高，并增強地基的整體承載力，才能避免各種設(shè)計方面的漏洞出現(xiàn)。與此同時，注重相關(guān)水文地質(zhì)資料的完善，加強水利工程周邊建筑物的評價，并對各種巖土體可能引起的問題進行預(yù)測，才能在正確進行地下水滲透性試驗、富水性試驗等的基礎(chǔ)上，避免水利工程出現(xiàn)沉降問題，最終達到提高水利工程整體穩(wěn)定性的目的。

2)對巖土的水理性質(zhì)有比較全面的了解，并掌握其相關(guān)物理性質(zhì)，對于了解地下水對巖土層的影響作用有很大幫助。因為巖土的地下水會導(dǎo)致巖土形狀發(fā)生變化，并降低其強度，所以要進一步增強對地基構(gòu)造的了解程度，基于地基類型，查明水文對地質(zhì)的影響，并結(jié)合相關(guān)部分提供所需資料進行分析，才能真正確定巖土的水理的膨脹性、軟化性、透水性和崩解性等。另外，相關(guān)地址勘察人員還要對巖土的耐風(fēng)化能力、耐水浸能力進行可靠性分析，并掌握水利工程中巖土的可塑性、持水性等，才能更準確的確定它的溶水性，最終大大提高整個水利工程施工質(zhì)量的目的，如下圖，水利工程建設(shè)過程中承受的內(nèi)外動力耦合模型。

3)要想對巖土進行整治首先就要進行仔細的水文勘測，而進行水文勘察的關(guān)鍵是對巖土的測試，對于提高施工人員對巖石和土的認知有著極大作用。

一般情況下，在水利工程中進行巖土測試有以下兩種辦法，第一種是進行現(xiàn)場原位測試，第二種辦法是進行室內(nèi)測試，對于了解巖土的黏性、飽和度等有著直接作用。

同時，合理運用上述兩種方法，還能深入了解到巖土的強度、壓縮性、密實度等，如利用圓錐的動力來進行現(xiàn)場測試，可以通過分層研究的方式獲得比較準確的測試結(jié)果[11]。

由此可見，施工人員和現(xiàn)場的勘察人員必須選擇最合適的勘察方式，注重其規(guī)范性，才能確保地質(zhì)勘察工作順利完成，最終為巖土治理方案的制定提供可靠參考資料。

圖3 水利工程建設(shè)過程中承受的內(nèi)外動力耦合模型

總的來說，水利工程中地質(zhì)勘察的是為了提高不良地基的穩(wěn)定性和整體承載能力，避免出現(xiàn)設(shè)計漏洞和事故。巖土工程性質(zhì)包括巖土物理性質(zhì)和巖土水理性質(zhì)兩個方面。

巖土物理性質(zhì)即巖土的構(gòu)成類型、成分及分布特點，地下水和巖土間的相互作用下的性質(zhì)就是巖土的水理性質(zhì)，這種性質(zhì)不但會導(dǎo)致巖土層形狀發(fā)生變化和巖土的硬度，還會對水利工程的穩(wěn)固和使用年限造成很大的影響。在進行勘測時，要重視水理性質(zhì)對工程影響，測試地下水的具體的特性，確定巖土的耐水性和耐風(fēng)化能力。對巖土水理性的測試，可以有效預(yù)測未來地下水水位、水溫、水量等各方面的變化。

對巖土的測試，有兩種測試方法，第一種現(xiàn)場測試，第二種室內(nèi)測試。如果比較一般的黏土就要選用第二種測試方法，對非黏土就要采用第一種測試方法，以獲得更加精準的數(shù)據(jù)。巖石土與鋼筋混凝土有本質(zhì)的區(qū)別，巖石有一些細小的孔洞和縫隙，會對水文地質(zhì)造成一些不好的影響，未能對巖石和土的這些特性作出分析，會阻礙水利工程建設(shè)[12]。若忽略對水文地質(zhì)的分析，或?qū)λ牡刭|(zhì)分析不到位，會導(dǎo)致各種巖土危害頻發(fā)，破話建筑環(huán)境，使建筑工作進展受阻。

5 結(jié) 語

水是萬物發(fā)展的根本，是生命的源泉，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的增加，對水資源的需求量也在不斷上漲。水是一種不可再生資源，工業(yè)企業(yè)的發(fā)展和人類不合理的利用，導(dǎo)致大量水資源被污染破壞，無法使用，提高水的利用率是當下社會正在努力解決的問題。

修建水利工程有利于協(xié)調(diào)水資源的時間、空間分布不均問題，還能改善水資源環(huán)境。水利工程建設(shè)中，對水文地質(zhì)條件進行仔細的勘測，針對由于水文地質(zhì)條件帶來的問題制定合理有效的方案，能減少人為原因造成的自然環(huán)境破壞，還能使工程施工人員更好的進行設(shè)計，為后期施工提供詳細的地質(zhì)及巖土資料，形成強大的理論支撐，同時，還有利于增強工程施工的可行性與安全性，大大的減少工程施工建設(shè)時間，降低工了工程建設(shè)成本，加快了我國水利工程的發(fā)展步伐。

[1]朱仁學(xué).淺談水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)：學(xué)術(shù)版,2013,32(10):67-69.

[2]姚會,陳真.淺談水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題[J].中國水運：下半月,2013,13(4):224-225.

[3]李森.水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015,14(26):1144.

[4]王志龍,李建平.水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題思考[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014,2(12):539-539.

[5]李青山.水利工程中地址勘察與巖土治理問題[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015,8(16):1280-1280.

[6]買買提·色買提.水利工程地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析及對策[J].商品與質(zhì)量,2015,4(05):252.

[7]楊素平.水利工程地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析及對策[J].黑龍江水利科技,2014,14(08):100-102.

[8]王寶菊.談水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題[J].城市建設(shè)理論研究：電子版,2014,17(21):5110-5111.

[9]張連忠.水利工程地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析及對策分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015,10(18):1267-1267.

[10]嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會“嵌入式系統(tǒng)的無線互聯(lián)技術(shù)”主題討論會圓滿結(jié)束[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2012,12(06):39-39.

[11]李凡罡.水利工程地質(zhì)勘察與巖土治理問題分析及對策[J].城市建設(shè)理論研究：電子版,2014,6(34):3080.

[12]孟娟.淺談水利工程中地質(zhì)勘察與巖土治理問題[J].城市建設(shè)理論研究：電子版,2012,2(19)：121-124.

2016-08-30

李文碧(1976-)，男，山西晉城人，工程師，從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及巖土工程勘察工作。

1007-7596(2016)09-0045-04

TV221.2

B