李貴博

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二四七隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙 410129）

水文地質(zhì)是巖土及工程基礎(chǔ)環(huán)境的重要組成部分，與工程地質(zhì)相互聯(lián)系、相互作用，甚至?xí)苯佑绊懡ㄖ锏墓こ贪踩头€(wěn)定[1]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在基坑的相關(guān)事故中直接由地下水處理不當(dāng)引起的占21.4%[2]，而直接或間接的由地下水引起的占70%[3]。地下水因素在基坑安全中占有重要地位，因此為確保工程防水及周邊建筑、管線、道路等的安全性，必須對(duì)地下水進(jìn)行正確的分析評(píng)價(jià)。易強(qiáng)等[4]通過水文地質(zhì)調(diào)查與物探技術(shù)成功找到地下水源;李樹榮[5]通過水文物探法探測(cè)地下水水流速度、流向，明確水文地質(zhì)參數(shù)，提升了工作效率;王建軍[6]根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范采用多種計(jì)算模型進(jìn)行車站基坑的涌水量計(jì)算；文德寶[7]等，以抽水試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流的幾種常用計(jì)算方法進(jìn)行綜合分析比較，確定了合理的水文地質(zhì)參數(shù)，并對(duì)涌水量進(jìn)行了估算；本文結(jié)合具體工程通過水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)物探、水文地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)試驗(yàn)等對(duì)擬建工程基坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為相關(guān)工程提供借鑒。

1 工程背景

1.1 工程概況

擬建人防工程為戰(zhàn)時(shí)人防，和平時(shí)期地下商業(yè)街項(xiàng)目，項(xiàng)目所在地兩側(cè)現(xiàn)為鬧市城市建筑密集區(qū)，交通便利，位置優(yōu)越。擬建工程全長(zhǎng)約1000m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度約18m，場(chǎng)地東北側(cè)與現(xiàn)有河流直線距離約320m。

1.2 區(qū)域地形地貌及氣象水文條件

區(qū)域地貌形態(tài)呈四周山丘崛起、中部崗平相間的立體輪廓，地貌類型呈山地連片、崗丘交錯(cuò)、平地綿展的組合，四周山丘環(huán)繞，中部崗盆寬廣。地貌成因有堆積、侵蝕溶蝕和侵蝕3個(gè)類型。工程區(qū)域原始地貌單元屬河流階地，由河流侵蝕刻切作用，伴隨堆積黏土及砂礫石層形成的侵蝕堆積地形?，F(xiàn)為繁華鬧市城市建筑密集區(qū)。

該區(qū)域?qū)俦眮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同季，光照充足，雨量豐沛。年平均降水量為1300mm，夏季降雨量占全年的51.7%，冬季占7.8%。年平均蒸發(fā)量為1441.4mm，夏季蒸發(fā)量占全年的37%，冬季占11%，年均蒸發(fā)量大于降水量。

全境共有長(zhǎng)5km的河流49條，總長(zhǎng)655.6km。其中A水水系42條，流域面積1503平方千米，占該縣總面積的87.6%；B水水系7條，流域面積203平方千米，占該縣總面積的11.85%；其余0.55%為蒸水水系?？h內(nèi)主要河流為C，為A的一級(jí)支流，全長(zhǎng)105km，境內(nèi)流程65.2km，流域面積1347.3平方千米，平均坡降0.89‰，多年平均流量2819立方米/秒。

1.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料顯示，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造史復(fù)雜，前期以褶皺、斷層為主，表現(xiàn)為南北向的褶皺和仰沖斷層群，后期有廣泛的巖漿活動(dòng)，屬低洼構(gòu)造區(qū)。通過區(qū)域地質(zhì)調(diào)查于場(chǎng)地西北側(cè)一巖石出露區(qū)測(cè)得巖層產(chǎn)狀為10°∠15°，主節(jié)理1產(chǎn)狀263°∠88°，主節(jié)理2產(chǎn)狀55°∠78°，節(jié)理3產(chǎn)狀145°∠50°。整體上節(jié)理裂隙產(chǎn)狀走向與人防工程走向呈較大交角相交且節(jié)理裂隙傾角較大，依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料初步分析沿人防工程走向方向節(jié)理裂隙分布及發(fā)育不均勻且在垂直向方向上巖溶向下發(fā)育角度較陡。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件概述

2.1 工程地質(zhì)條件概述

人工填土（Q4ml）①：褐紅色、褐灰色、雜色，混合砂、卵石及粘性土。土質(zhì)、密實(shí)度不均勻，濕，結(jié)構(gòu)松散。滲透性根據(jù)其堆填土的性質(zhì)及堆填的時(shí)間，差異很大，屬中等透水-弱透水地層，該層賦存地下水。

耕土（Qhpd）②：褐灰色、深灰色，濕-很濕，松散，屬弱透水地層，該層賦存地下水。

第四系更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土（Qal+pl）③：褐黃色、褐灰色，濕，可塑-硬塑狀，局部含角礫、礫砂，屬微透水地層或相對(duì)隔水層。

第四系更新統(tǒng)沖洪積角礫（Qal+pl）④：褐黃、灰白色，石英質(zhì)、砂巖質(zhì)，密實(shí)度不均勻，分選性差，不均勻含約10-50%的礫砂及黏性土，粒徑一般約為2-30mm，大者50mm，多呈亞圓形，呈松散-稍密狀態(tài)，屬強(qiáng)透水地層，該層賦存地下水。

第四系更新統(tǒng)殘積黏土（Qel）⑤：褐黃色、褐紅色，很濕，軟塑狀，局部含砂，屬微透水地層或相對(duì)隔水層。

中風(fēng)化灰?guī)r（D）⑥：灰白色、深灰色，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖溶強(qiáng)發(fā)育，淺表溶溝溶槽發(fā)育，溶洞以全充填或者半充填軟-可塑狀態(tài)黏性土及礫砂為主，整層屬中風(fēng)化，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅲ級(jí)，屬較硬巖，屬弱透水層-中等透水地層，該層賦存地下水。

2.2 水文地質(zhì)條件概述

水文地質(zhì)單元：依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查顯示該區(qū)域水文地質(zhì)單元北側(cè)、東側(cè)以C河為界，南側(cè)西側(cè)以低山丘陵等分水嶺為界限。地下水整體上由西往東、由南往北匯入C河。

地表水：場(chǎng)地距C河西岸河堤最近約320m，常年有水，水面寬約61m，河兩岸均筑堤，河堤高程82.0m~83.2m,C河上游水渠正常蓄水水位：76.5m，研究期間測(cè)得C河水位高程為76.5m。根據(jù)該縣水資源管理局提供的最新資料顯示，1982年6月17日，C河縣城區(qū)段洪水最高水位為78.61m，為歷史峰值水位。城中河在擬建場(chǎng)地中間橫穿整個(gè)人防工程，城中河溝渠寬7.7m~14.3m，溝渠底標(biāo)高81.75m，溝渠頂標(biāo)高84.06m，該段路面標(biāo)高85.25，涵內(nèi)為拱橋涵洞，中間砌筑石墩，道路兩側(cè)雨污水排入城中河溝渠，由于該溝渠為城區(qū)主排水通道，基坑開挖時(shí)需特別引起注意。

地下水：場(chǎng)地內(nèi)地下水豐富，場(chǎng)地地下水主要為覆蓋層的上層滯水、孔隙潛水及巖溶水。由于巖溶發(fā)育不均勻性且本次研究期間為雨季，局部地段孔隙潛水、基巖裂隙水表現(xiàn)出承壓性。其中：上層滯水年變化幅度約3m~6m，對(duì)施工影響一般?？紫稘撍ㄓ昙揪植勘憩F(xiàn)為承壓性）與C河有較密切的水力聯(lián)系，其水位變化幅度受C河水位漲落影響，年變化幅度約2m~3m。巖溶裂隙水賦存于下伏灰?guī)r中，屬區(qū)域內(nèi)中等富水地層，與C河水水力聯(lián)系密切，分布及發(fā)育不均勻?？紫稘撍c基巖巖溶水局部聯(lián)通，產(chǎn)生“混合水”，研究期間孔隙潛水及巖溶水水位均高于C河水位，故水流主要向C河流補(bǔ)給。

3 水文地質(zhì)工作概述

本次水文地質(zhì)研究主要進(jìn)行了以下工作：水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)物探、水文地質(zhì)勘探、現(xiàn)場(chǎng)水文試驗(yàn)。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及水文地質(zhì)物探結(jié)果，于物探顯示Ⅳ、Ⅴ兩處巖溶及地下水發(fā)育區(qū)域先行進(jìn)行水文地質(zhì)勘探驗(yàn)證，然后進(jìn)行巖溶裂隙水抽水試驗(yàn)2組/6孔；于Ⅵ處孔隙潛水發(fā)育區(qū)域先行進(jìn)行水文地質(zhì)勘探驗(yàn)證，然后進(jìn)行抽水試驗(yàn)1組/3孔。

4 抽水試驗(yàn)成果

抽水試驗(yàn)采用穩(wěn)定流法進(jìn)行綜合抽水，抽水分三次降深。場(chǎng)地共進(jìn)行三組抽水試驗(yàn)：第一組巖溶水降深分別為7.5m、5.1m、3.1m，第二組巖溶水降深分別為10.16m、7.16m、5.16m，第三組孔隙潛水降深分別為11.98m、8.98m、6.98m，每次降深穩(wěn)定時(shí)間8～16h，抽水結(jié)束后應(yīng)測(cè)量恢復(fù)水位，分別評(píng)價(jià)不同含水層的滲透性。

計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)的模型如下：

（1）潛水完整井穩(wěn)定流抽水確定水文地質(zhì)參數(shù)。

式中K為滲透系數(shù)（m/d）；S、S1、S2為抽水井、觀測(cè)孔的水位降深值（m）；Q為抽水井穩(wěn)定涌水量（m3/d）；H為潛水含水層厚度（m）；r1、r2為觀測(cè)孔至抽水孔的距離（m）。

（2）承壓水完整井穩(wěn)定流抽水確定水文地質(zhì)參數(shù)。

式中K為滲透系數(shù)（m/d）；S、S1、S2為抽水井、觀測(cè)孔的水位降深值（m）；Q為抽水井穩(wěn)定涌水量（m3/d）；M為承壓含水層厚度（m）；r1、r2為觀測(cè)孔至抽水孔的距離（m）。

（3）潛水完整井根據(jù)水位恢復(fù)速度計(jì)算滲透系數(shù)。

式中K為滲透系數(shù)（m/d）；S1、S2為t1、t2時(shí)刻水位深度（m）；t為t1、t2時(shí)間間隔（d）；H為潛水含水層厚度（m）；rw為抽水孔半徑（m）。

（4）承壓水完整井根據(jù)水位恢復(fù)速度計(jì)算滲透系數(shù)。

式中K為滲透系數(shù)（m/d）；h1、h2為t1、t2時(shí)刻水面至承壓水底板高度（m）；S1、S2為t1、t2時(shí)刻水位深度（m）；t為t1、t2時(shí)間間隔（d）；H為潛水含水層厚度（m）；rw為抽水孔半徑（m）。

（5）含水層影響半徑計(jì)算公式在有兩個(gè)觀測(cè)孔的情況下，R可由下式計(jì)算：

式中R為影響半徑（m）；H為潛水含水層厚度，（m）；S1、S2為觀測(cè)孔的水位下降值（m）；r1、r2為觀測(cè)孔至抽水孔的距離（m）。

（6）承壓水含水層影響半徑計(jì)算公式在有兩個(gè)觀測(cè)孔的情況下，R可由下式計(jì)算：

式中S1、S2為觀測(cè)孔的水位下降值（m）；r1、r2為觀測(cè)孔至抽水孔的距離（m）。

根據(jù)以上公式計(jì)算結(jié)果如下表1：

表1 滲透系數(shù)及影響半徑計(jì)算結(jié)果表

影響抽水試驗(yàn)結(jié)果的因素較多，本次研究期間場(chǎng)地孔隙潛水止水帷幕已施工導(dǎo)致孔隙潛水滲透系數(shù)相比經(jīng)驗(yàn)值偏?。换鶐r裂隙水的試驗(yàn)結(jié)果差異較大，亦從側(cè)面反映了巖溶裂隙水發(fā)育的不均勻性；場(chǎng)地地層情況存在一定的不均勻性等，往往計(jì)算式選取的條件相對(duì)均勻及穩(wěn)定，抽水試驗(yàn)結(jié)果可能存在一定局限性。

5 基坑涌水量預(yù)測(cè)

據(jù)以上水文參數(shù)按最不利原則，以20×18m為一個(gè)開挖段進(jìn)行基坑涌水量預(yù)測(cè)。參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）附錄E.0.1及E.0.3進(jìn)行基坑涌水量估算，基坑涌水量估算統(tǒng)計(jì)如下表2（選取部分地段）：

表2 基坑涌水量估算表（選取部分地段）

各段基坑實(shí)際涌水量應(yīng)為基巖裂隙水的涌水量與孔隙潛水涌水量之和。各層代表試驗(yàn)數(shù)值疊加后范圍值為25.1m3/d~177.6m3/d，但應(yīng)注意角礫層水與基巖裂隙水試驗(yàn)地段分別位于不同區(qū)域，由于各區(qū)域含水層的水理性質(zhì)差異造成模型不一所帶來的偏差，必要時(shí)需重新評(píng)價(jià)。

6 結(jié)論

（1）各項(xiàng)水文參數(shù)及基坑涌水量結(jié)果與區(qū)域水文地質(zhì)資料基本相符，涌水量預(yù)測(cè)對(duì)人防工程開挖防水及安全有不可或缺的參考意義，但并不排除由于地層不均勻性影響所帶來的偏差。

（2）研究成果均基于期間場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，由于施工周期相對(duì)較長(zhǎng)如遇雨季及洪水期河水上漲導(dǎo)致C河倒灌補(bǔ)給周邊地下水時(shí)會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)地水文地質(zhì)條件發(fā)生較大轉(zhuǎn)變應(yīng)重新評(píng)價(jià)其適用性。

（3）人防工程在開挖過程中隨著地下水的抽排，土體內(nèi)特別是角礫層中會(huì)產(chǎn)生滲透性破壞，亦會(huì)使巖溶裂隙、溶洞之間的通道連通起來，產(chǎn)生較好的水力聯(lián)系，進(jìn)而產(chǎn)生突涌。對(duì)此設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)予以注意，按有關(guān)規(guī)程、規(guī)范規(guī)定嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)、大量抽排地下水，施工期要有防治地下水搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，必要時(shí)對(duì)巖溶地下水豐沛地段進(jìn)行超前探測(cè)。

（4）為確保施工安全及河水倒灌等所帶來的不利影響可依據(jù)實(shí)際情況采取以下措施：①在人防結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置排水盲溝、井等；②對(duì)巖溶裂隙進(jìn)行帷幕注漿，注漿深度等須經(jīng)過專門驗(yàn)算以確保巖溶水繞過帷幕后位于人防底板以下安全深度；③人防底板以下進(jìn)行注漿封堵加固、堵水，并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施等。另場(chǎng)地屬城市中心地帶，按有關(guān)規(guī)程、規(guī)范規(guī)定嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)、大量抽排地下水，施工期要有防治地下水搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案。

（5）施工過程中及建筑物運(yùn)營(yíng)期間應(yīng)按規(guī)定對(duì)基坑周邊地下水進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并有應(yīng)急預(yù)案。必要時(shí)應(yīng)于場(chǎng)地外緣設(shè)置回灌或抽排水系統(tǒng)，以確保施工過程的安全。如發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，保證施工或周邊建筑物內(nèi)人員的安全。