文／張波 中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司 北京 100102

引言：

目前在建筑工程項(xiàng)目中涉及深基坑降水，因此在水文地質(zhì)勘察中需要充分考慮地下水因素的影響，這是因?yàn)榈叵滤刂菩什焕硐肟赡軙?huì)造成工期延長(zhǎng)甚至施工安全事故等問(wèn)題。所以為了能夠切實(shí)滿足建筑工程項(xiàng)目開展的要求，則需要密切關(guān)注地下水的相關(guān)問(wèn)題，做好地下水的控制與處理，這樣才能保障工程項(xiàng)目施工建設(shè)順利開展。

1、水文地質(zhì)勘察中的地下水問(wèn)題分析

1.1 潛水位上升的問(wèn)題

在水文地質(zhì)勘察中，潛水位上升是不用忽視的問(wèn)題，不僅會(huì)影響水文地質(zhì)的勘察進(jìn)程，也有可能引發(fā)多種安全事件，主要包括以下幾方面問(wèn)題：（1）潛水位上升會(huì)改變建筑物地基的物理形態(tài)，導(dǎo)致地基中的水分含量上升進(jìn)而影響強(qiáng)度，嚴(yán)重情況下造成建筑物的沉降與變形。（2）潛水位上升會(huì)導(dǎo)致地基的位移或者隆起，甚至少部分建筑物會(huì)因?yàn)榈鼗螒B(tài)變化而發(fā)生基礎(chǔ)上浮的問(wèn)題，不利于保障建筑物的穩(wěn)定性。（3）潛水位上升可能造成周圍地區(qū)出現(xiàn)崩塌等不良情況，導(dǎo)致巖土結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響了正常使用。（4）該現(xiàn)象也可能造成嚴(yán)重的土壤鹽漬化或者沼澤化問(wèn)題，對(duì)建筑物原材料的抗腐蝕性能提出了更高的要求。

1.2 地下水位下降問(wèn)題

在水文地質(zhì)勘察中，地下水位的下降也是一種常見現(xiàn)象，可能造成以下幾方面的危害：（1）在地下水位下降之后，會(huì)影響巖土的強(qiáng)度與密度水平，這是因?yàn)榈叵滤坏陀谡?biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致巖土密度增加，從而引發(fā)塌陷或者沉降等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)建筑物穩(wěn)定性的影響是不容忽視的。（2）地下水位的下降也可能造成干濕交替異常，這一現(xiàn)象可能會(huì)加劇木樁的變質(zhì)腐爛。（3）地下水位下降可能造成含鹽地層溶解，改變?cè)镜貙拥奈锢硇螒B(tài)。（4）這一現(xiàn)象也有可能造成膨脹性巖土的變形，部分地區(qū)可能會(huì)因?yàn)榈叵滤幌陆档挠绊懚霈F(xiàn)地裂等嚴(yán)重現(xiàn)象，影響了建筑物的安全性[1]。

2、水文地質(zhì)勘察中地下水問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施

2.1 正確處理地下水勘察的一般問(wèn)題

在水文地質(zhì)勘察中，工作人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到地下水問(wèn)題處理的重要性，將地下水問(wèn)題處理放在日常工作的重點(diǎn)上。因此在水文地質(zhì)勘察過(guò)程中，需要工作人員從自然視角入手評(píng)估諸多因素對(duì)地下水的影響，包括地形地貌、氣象水文等，尤其是在建筑工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，項(xiàng)目所在地的氣候濕潤(rùn)度、季風(fēng)條件的改變都有可能造成地下水位的異常，這是在地質(zhì)勘察中必須要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。同時(shí)相關(guān)工作人員還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到擬建項(xiàng)目所在地區(qū)的基本特征，例如地貌是否受到侵蝕、地形狀況是否平坦、地表有無(wú)堆積物等。

2.2 強(qiáng)化地下水的水理性質(zhì)評(píng)估

在水文地質(zhì)勘察中，地下水的水理性質(zhì)是工作人員不容忽視的問(wèn)題，需要工作人員正確評(píng)估巖土的持水性、溶水性以及透水性的關(guān)鍵指標(biāo)，這是影響地下水位變化的重要因素。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)可知，在水文地質(zhì)勘察中水質(zhì)采樣應(yīng)保持在2-3 次/年，尤其是豐水期與枯水期更是采樣的重點(diǎn)，而在具體操作中，可以考慮適當(dāng)增加地下水的采樣次數(shù)，根據(jù)其中的數(shù)據(jù)變化規(guī)律判斷地下水水質(zhì)變化情況。

或者相關(guān)人員也可以根據(jù)水文地質(zhì)的埋藏環(huán)境的差異性進(jìn)行細(xì)化，以更清晰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)地下水勘察工作，例如在目前通常將地下水劃分為潛水、上層滯水以及承壓水三種類型。也可以考慮根據(jù)含水地層孔隙性質(zhì)的差異將其劃分為裂隙水、巖溶水或者孔隙水等。綜上可以認(rèn)為，為了有效解決地下水問(wèn)題，工作人員應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)到不同類型地下水的特殊性，能夠在正確分析水理性質(zhì)的基礎(chǔ)上做好地下水的綜合控制，這樣才能降低地下水位變化對(duì)土木工程的影響[2]。

2.3 完善地下水的勘察機(jī)制

為提升水文地質(zhì)勘察的工作效果，工作人員應(yīng)圍繞地下水勘察等相關(guān)問(wèn)題構(gòu)建起完整的工作機(jī)制，在合理劃分崗位責(zé)任、確定水文地質(zhì)勘察重點(diǎn)之后，才能更全面的評(píng)估工程項(xiàng)目的地下水問(wèn)題，這是日常工作中不容忽視的內(nèi)容。例如在水文地質(zhì)調(diào)查階段，需要收集氣象水文信息以及地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)容，從實(shí)地調(diào)查結(jié)果出發(fā)正確圈定水文地質(zhì)單元信息，其中工作的重點(diǎn)就是要確定含水巖組的相關(guān)內(nèi)容，了解地下水補(bǔ)徑排條件，再結(jié)合實(shí)際資料判斷其富水性指標(biāo)。

為了提升地下水的勘察能力，合理運(yùn)用勘測(cè)技術(shù)也是提升工作質(zhì)量的重要組成部分，以目前相對(duì)成熟的聲控源音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)為例，該技術(shù)的原理是將大地視為水平介質(zhì)，利用垂直投射至地下的平面電磁波可以記錄正交的電磁場(chǎng)分量信息，通過(guò)記錄正交的電場(chǎng)與磁場(chǎng)分量計(jì)算卡尼壓電阻率值。利用該技術(shù)進(jìn)行地下水勘察，可以在水文地質(zhì)勘察中確定靶區(qū)，使其垂直于探測(cè)剖面后實(shí)施檢測(cè)，此時(shí)地下水富集帶會(huì)因?yàn)槲锢硇再|(zhì)以及巖性組合上的差異而表現(xiàn)出不同的電阻率，工作人員通過(guò)從某一測(cè)點(diǎn)從高到低的逐個(gè)調(diào)整檢測(cè)頻率進(jìn)行探測(cè)，就可以了解電阻率變化曲線，再結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造等關(guān)鍵資料，判斷出地下水分布情況。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該勘察技術(shù)的效率高、精準(zhǔn)度滿意，符合未來(lái)地質(zhì)勘察的相關(guān)要求。

2.4 注意提升勘察人員的綜合素質(zhì)

水文地質(zhì)勘察的地下水處理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要高素質(zhì)的人才才能順應(yīng)未來(lái)發(fā)展需求。所以相關(guān)部門應(yīng)該對(duì)內(nèi)做好勘察人員的技術(shù)培訓(xùn)，例如在工程項(xiàng)目勘察前能夠集體組織學(xué)習(xí)，了解項(xiàng)目所在地的地質(zhì)特征，并判斷該地質(zhì)特征對(duì)地下水勘察的影響等，使全體工作人員能夠做到有的放矢?；蛘哚槍?duì)上文介紹的聲控源音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)，在內(nèi)部也可以召開技術(shù)宣教會(huì)議，詳細(xì)介紹聲控源音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)的工作原理與操作方法，確保相關(guān)工作人員能夠快速上手，降低操作難度。同時(shí)在人才招聘上，工作人員也應(yīng)該關(guān)注求職者的專業(yè)技能水平，優(yōu)先招聘具有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的高精尖人才，確?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)解決地下水勘察對(duì)高端人才的需求。

2.5 強(qiáng)化地下水勘察的影響

地下水勘察作為水文地質(zhì)勘察的重要組成部分，根據(jù)地下水勘察的結(jié)果，工作人員可以判斷異常地下水信息對(duì)水文地質(zhì)的影響。例如在地下水水質(zhì)成分分析中，通常會(huì)重點(diǎn)檢測(cè)地下水的氯離子、鈣離子、鎂離子以及酸堿值等水質(zhì)信息，而為了能夠更好地服務(wù)于水文地質(zhì)勘察，工作人員也可以在上述檢測(cè)內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加銨離子、硝酸根離子以及亞鐵離子的檢測(cè)，解決傳統(tǒng)水文地質(zhì)勘察中單方面關(guān)注巖土類型以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，最終更好地服務(wù)于土木工程建設(shè)。所以工作人員應(yīng)結(jié)合地下水勘察結(jié)果做好風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防，強(qiáng)化地下水勘察結(jié)果的影響，根據(jù)出現(xiàn)的水質(zhì)變化等情況分析可能出現(xiàn)的水文地質(zhì)變化，進(jìn)而制定干預(yù)措施。

3、地下水文地質(zhì)勘察中地下水問(wèn)題處理的實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

在某地區(qū)的地鐵工程施工中，考慮到城市周圍有大河經(jīng)過(guò)，并且區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育前第四系地質(zhì)基層構(gòu)造，表現(xiàn)出褶皺變形隆起，導(dǎo)致工程項(xiàng)目中可能因?yàn)榈叵滤蛔兓庥鲲L(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)從工程項(xiàng)目的地下水補(bǔ)給、徑流以及排泄情況來(lái)看，項(xiàng)目所在地的地下水主要經(jīng)大氣降水滲入以及豐水期河流的側(cè)向滲透補(bǔ)給，其中河水與地下水之間形成了相互補(bǔ)給的關(guān)系，二者隨時(shí)間的變化而變化。同時(shí)因?yàn)榈罔F項(xiàng)目所在地途經(jīng)城市中心地區(qū)，近幾年受到當(dāng)?shù)厥姓_發(fā)政策的影響，周邊大量工程項(xiàng)目均采取了深基坑降水的施工工藝，基坑降水的開采量偏大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，這一施工行為改變了當(dāng)?shù)氐叵滤奶烊涣鲌?chǎng)，可能會(huì)影響地鐵項(xiàng)目的正常施工。由此可見，在案例工程項(xiàng)目中，地下水文地質(zhì)勘察中應(yīng)密切關(guān)注地下水問(wèn)題，具有必要性。

3.2 地下水的勘察方法

案例項(xiàng)目在地下水勘察中采取了鉆探工藝，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置抽水井探測(cè)地下水相關(guān)信息。在具體實(shí)施階段，使用SH-30 鉆機(jī)鉆進(jìn)后，設(shè)置開孔孔徑110mm，成井孔徑50mm，采用PVC 材料為井管。觀測(cè)孔過(guò)濾器采用井管鉆孔方法，在井管外側(cè)包裹井底布。觀測(cè)井鉆探巖芯記錄為抽水井含水層與巖性的評(píng)估依據(jù)。

3.3 計(jì)算滲透系數(shù)以及影響半徑

在案例工程項(xiàng)目中，為有效消除地下水對(duì)工程項(xiàng)目的影響，相關(guān)工作人員開始關(guān)注地下水的滲透吸水以及影響半徑，通過(guò)詳細(xì)的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確識(shí)別地下水的影響范圍，這對(duì)于保障工程項(xiàng)目順利進(jìn)行有重要意義。

（1）在地下水滲透系數(shù)計(jì)算中，結(jié)合地下水動(dòng)力學(xué)理論，通過(guò)兩個(gè)觀測(cè)孔的蒂姆公式計(jì)算滲透系數(shù)，其計(jì)算公式如公式（1）所示。

在公式（1）中，k 代表地下水的滲透系數(shù)，其單位為“m/d”；Q 為抽水井的涌水量，單位為“m3/h”；s1、s2分別代表觀測(cè)孔1 與觀測(cè)孔2 的沉降值，單位為“m”；H 代表含水層的厚度，單位為“m”；r1、r2代表抽水井兩個(gè)觀測(cè)孔之間的距離，單位為“m”。

（2）而針對(duì)地下水的影響半徑問(wèn)題，考慮到地下水影響半徑是抽水井中心降落至漏斗邊緣的距離，該數(shù)值受到含水層厚度、透水性以及抽水井降深等因素影響，在數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程中本文采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行驗(yàn)算，相關(guān)數(shù)據(jù)如公式（2）所示。

在公式（2）中，R 代表地下水的影響半徑，單位為“m”；S 代表抽水井實(shí)測(cè)的降深值，其單位為“m”；H 為含水層的實(shí)測(cè)厚度，單位為“m”；k 為滲透系數(shù)。

案例項(xiàng)目中為消除地下水的影響，結(jié)合案例工程項(xiàng)目的實(shí)際情況展開運(yùn)算后，所得出的相關(guān)結(jié)果如表1 所示。

表1 計(jì)算結(jié)果

在案例項(xiàng)目中，根據(jù)表1 的計(jì)算結(jié)果可以判斷地下水的影響半徑系數(shù)，根據(jù)地下水的滲透系數(shù)變化評(píng)估對(duì)工程項(xiàng)目主體的影響，從而保障地鐵施工過(guò)程順利進(jìn)行。

3.4 計(jì)算地下水的流向、滲透速度以及平均流速

在水文地質(zhì)勘察中，地下水的流向、流速等都是不容忽視的問(wèn)題，因此案例項(xiàng)目將上述指標(biāo)的勘察與計(jì)算作為工作的重點(diǎn)。

3.4.1 確定地下水的流向

考慮到案例項(xiàng)目位于一級(jí)階地前緣位置，地下水類型主要以潛水以及承壓水為主，因此地下水的流向與地形地貌之間存在相關(guān)性。根據(jù)水文地質(zhì)勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)仉A地區(qū)的地下水位明顯高于漫灘區(qū)，且高于周圍河流水位。同時(shí)當(dāng)?shù)貪撍人痪€的變化走勢(shì)與地表的起伏基本相同。所以根據(jù)上述結(jié)果，認(rèn)為當(dāng)?shù)氐叵滤淖呦驗(yàn)榇怪庇诤恿鳌?/p>

3.4.2 地下水的滲透速度與平均流速

根據(jù)達(dá)西定律的相關(guān)內(nèi)容計(jì)算地下水滲透速度，達(dá)西公式內(nèi)容如公式（3）所示。

在公式（3）中，k 為含水層滲透系數(shù)；J 為地下水水力坡度，單位為“‰”；v 為地下水的滲透速度。

結(jié)合案例項(xiàng)目的實(shí)際勘察結(jié)果，最終計(jì)算出v ≈0.05m/d。

滲透速度可以用公式（4）來(lái)解釋。

在公式（4）中，u 代表地下水的平均流速；n 為巖層孔隙度；v 為地下水滲透速度。

根據(jù)公式（4）計(jì)算出，當(dāng)?shù)氐叵滤钠骄魉偌s為0.195m/d。

在案例項(xiàng)目中，根據(jù)地下水的流向、滲透速度以及平均流速可以用于完善水文地質(zhì)勘察信息，深入了解當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的現(xiàn)狀，具有必要性。

3.5 評(píng)估地下水對(duì)建筑工程的影響

3.5.1 地下水的侵蝕性

在工程項(xiàng)目施工期間，地下水對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的侵蝕性是水文地質(zhì)勘察人員需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，這是因?yàn)榍治g性會(huì)破壞金屬材料鋼以及混凝土等關(guān)鍵原材料，若檢測(cè)結(jié)果顯示地下水中某些腐蝕性成分偏高時(shí)，則需要警惕是否會(huì)對(duì)建筑施工產(chǎn)生影響。目前根據(jù)地下水的腐蝕性指標(biāo)以及對(duì)混凝土的腐蝕特征，常見的腐蝕類型可以分為三種，分別為結(jié)晶分解復(fù)合型腐蝕、分解性腐蝕、結(jié)晶性腐蝕等，在水文地質(zhì)勘察中需要工作人員結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行鑒別。

3.5.2 地下水位變化對(duì)地鐵工程的影響

地下水的變化會(huì)增加地鐵工程的施工難度，結(jié)合前文的研究結(jié)果可知，地下水的水位、水量及其物理性質(zhì)、化學(xué)成分等始終處于動(dòng)態(tài)變化的特征，再加之案例項(xiàng)目在水文地質(zhì)勘察中所勘測(cè)的地下水類型為潛水，更容易受到氣候等外界因素的影響，造成其水位、水量等關(guān)鍵指標(biāo)發(fā)生變化?？傮w而言，地下水位變化對(duì)地鐵工程的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）地下水位下降可能會(huì)造成軟土地基沉降，這是因?yàn)檐浲翆釉谑┕るA段需要采取人工施工的方法降低土壤的水位，若施工期間發(fā)現(xiàn)降水效果不理想，可能會(huì)造成周圍建筑物的不均勻沉降，嚴(yán)重情況下造成建筑物基礎(chǔ)被掏空，影響建筑物的安全使用。（2）受到地下水位變化的影響會(huì)增加動(dòng)水壓力，而這也是出現(xiàn)流砂和潛蝕現(xiàn)象的主要原因。其中流砂是指受到地下水滲透動(dòng)力作用的影響，造成細(xì)小顆粒隨著地下水滲透穿越縫隙而造成的流失現(xiàn)象，這一情況長(zhǎng)期存在會(huì)造成地層的崩潰。而地下水水位變化所帶來(lái)的流動(dòng)水壓力不足以造成流砂現(xiàn)象時(shí)，少部分微小顆粒依然可能穿越粗顆粒的孔隙而被帶走，最終導(dǎo)致土層中殘留大量空洞，在這一現(xiàn)象下會(huì)加快土壤結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而影響其強(qiáng)度，這一變化過(guò)程就是潛蝕。（3）地下水浮托作用的影響。因?yàn)榈罔F工程項(xiàng)目建設(shè)主要集中在地下水位線的下方，因此地鐵結(jié)構(gòu)可能承受地下水浮托力的影響，這種力可以降低地基對(duì)基礎(chǔ)的壓力，導(dǎo)致地基的抗滑力下降，這對(duì)于維持基礎(chǔ)穩(wěn)定性是不利的。同時(shí)就工程項(xiàng)目本身而言，在地下結(jié)構(gòu)建成后雖然可以維持土層相對(duì)穩(wěn)定，但是地下水可能在多種因素的影響下產(chǎn)生浮托作用，并且浮托作用的定量計(jì)算難度高，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響不容忽視，這是水文地質(zhì)勘察中不能忽視的問(wèn)題。

3.6 地下水應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)水文地質(zhì)勘察結(jié)果可知，在案例項(xiàng)目中地下水的出現(xiàn)會(huì)直接影響地鐵工程項(xiàng)目施工進(jìn)展，對(duì)施工質(zhì)量、施工進(jìn)度的影響不容忽視。因此根據(jù)水文地質(zhì)勘察結(jié)果，技術(shù)人員提出了以下幾種應(yīng)對(duì)措施：（1）管井降水方法。作為一種重力流排水的技術(shù)工藝，在管井降水方案中，管井的深度與間距需根據(jù)降水高度與滲透系數(shù)而確定，而在案例項(xiàng)目中已經(jīng)確定了上述相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)最終計(jì)算結(jié)果顯示在采用管井降水方法時(shí)可能需要進(jìn)一步擴(kuò)大井管的深度，而影響周圍建筑物，因此最終決定不采用該技術(shù)工藝。（2）旋噴樁止水工藝。該工藝在實(shí)際上屬于注漿止水工藝，該工藝通過(guò)噴射高度的液體切割土壤，并達(dá)到混合攪拌水泥與土壤的目的。而因?yàn)樵摴に嚳梢郧宄寥乐械目紫?，因此可以有效隔離地下水。從現(xiàn)有工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，西安、北京等地區(qū)都擁有三管法施工的先例，施工結(jié)果證明該工藝的施工效果良好，滿足地下水處理要求，因此最終將該工藝作為消除地下水影響的合理方案。

3.7 效果評(píng)價(jià)

根據(jù)案例工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)水文地質(zhì)勘察，工程項(xiàng)目中正確了解地下水資源的現(xiàn)狀，并分析地下水資源對(duì)工程施工的影響，為未來(lái)建筑施工過(guò)程提供了必要的資料支持，凸顯出水文地質(zhì)勘察的重要性。同時(shí)借助水文地質(zhì)勘察中所采集的相關(guān)資料，該項(xiàng)目中制定了科學(xué)有效的地下水處理措施，顯著降低了工程項(xiàng)目返工等風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于提升工程項(xiàng)目施工效率、控制成本的意義重大，取得了滿意效果。

結(jié)語(yǔ)：

在水文地質(zhì)勘察中，工作人員應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)到地下水問(wèn)題的影響，能夠根據(jù)地區(qū)地下水的現(xiàn)狀制定科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施，這對(duì)于保障工程項(xiàng)目順利進(jìn)行的意義重大。因此在未來(lái)工作中，相關(guān)人員應(yīng)該通過(guò)人才培養(yǎng)、完善管理機(jī)制等一系列手段強(qiáng)化地下水問(wèn)題的處理能力，并了解地下水處理的相關(guān)注意事項(xiàng)與操作要求等，這樣才能有效降低地下水因素的影響，最大限度上推動(dòng)地下水管理工作順利開展，成為提升水文地質(zhì)勘察工作質(zhì)量的重要組成部分。