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在对岩土工程受到的地下水影响进行评价的时候,之前的勘察报告很少把施工中的需要和基础的设计进行联系,不能对其危害做出正确的评价,导致很多质量的事故发生。为了对以后的岩土工程进行准确的危害预测,及时得找出危害防止事故发生的有效措施,就必须吸取以前的教训,对地下水的作用进行重视,准确的对水文地质出现的问题进行评价。为了能够对各种条件情况下的水文地质问题进行重点的评价,需要对建筑物的地基类型进行勘察,对其相关的水文地质问题进行调查,给出工程中需要的相关资料。对于基础在地下水位之下的建筑物,它的基础持力层需要采用软质岩石、残积土、强风化岩等,并且对岩土体可能受到地下水作用产生的现象进行重点的评价。对压缩层、承压含水层内的地质进行重点的评价。
2对岩土水理的性质进行测试及研究
岩土由于受到地下水的影响,两者之间发生反应,这时岩土就会表现出一些性质,这种性质就是岩土的水理性质。该性质包含许多特性,例如透水性、给水性、容水性等,它们对岩土的三态有着很大的影响作用。岩土中的地下水能够有许多方式存在于其中,比较典型的有承压水、上层滞水、岩溶水和孔隙水,前两种是按照埋藏条件划分的,后两种是依据水层的空隙性质划分的。然而不仅岩土的水理性质会因为地下水存在的形式而有所影响,具体的程度不尽相同,而且该性质也会受到岩土类型的影响。为了能够对以后可能产生改变的地下水量进行及时的观测,方便在施工中进行有效的处理措施,需要对岩土的水理性质进行准确的测试。不仅建筑本身的稳定可能会因为岩土的某些水理性质而发生改变,岩土本身也可能由于某些性质产生特性的改变。为了能够有效的对地质性质等情况进行全面的评价,就必须重视对岩土水理性质的测试。
3岩土工程由于地下水的原因引起的危害
3.1岩土工程因地下水位变化引起的危害
在岩土工程中,地下水对其造成的危害很多,其中主要的危害原因有地下水位的上升、地下水位的下降以及地下水频繁的升降等。很多因素都会造成潜水位的上升,例如地质、水文气象、温度或者人类行为等因素。岩土工程产生的危害可能不是单一因素引发的,而是多种因素共同作用的结果。土壤的盐渍化、沼泽化等的形成都是由于不断上升的潜水位造成的,建筑下边的岩土或者地下水可能会对其进行腐蚀。此外,岩土还可能产生软化、流砂等不良的地质现象。人们的一些行为,例如对地下水无节制的开采,对下游的地下水进行截取等都可能会使地下水的水位下降。一些经常出现的地质危害、贫乏的地下水源以及地下水的水质不断的恶化等,都是由于地下水的下降幅度超出了正常范围引起的。这些危害对人们的生活环境以及建筑物等都有很大的影响。针对那些膨胀性的岩石,它们的膨胀会受到不断升降的地下水影响,从而发生不均匀的变形。岩石的变形会由于不断升降的地下水而重复的进行着,并且随着重复次数的增多变化的幅度也逐渐的增加。这种现象的发生就会使地面出现裂缝,不断的损害轻小型的建筑物。土质也会受到地下水升降的影响,不断变化的地下水会减少土质层中的一些胶结物,最终将都会流失,从而使土质没有胶结性,就会非常的松动。岩土的承载能力会受到含水量的影响,不断变大的空隙导致承载力越来越低,使得岩土工程的工作产生很大的困难。
3.2岩土工程受地下水动压力作用产生的危害
动水压力在自然状况下不会有很强的作用,几乎不会造成任何的危害。但是这只是在自然的状况下,如果遇到人为的干扰,修建的岩土工程打破了原有的动力平衡,使一些条件得到了改变,这时遇到比较强的移动水时,产生比较强的动水压力,就会使得岩土工程受到很大的损害。这些危害现象一般都包括流砂、基坑突涌或者是管涌等。对于这些危害现象,相关的部门应该对其形成的原因进行细致的研究,通过研究做出合理的治理对策,使其对岩土工程造成的危害能够及时的被解决。
4结语
1.1勘察建筑工程现场的水文地质资料。建筑工程现场的水文地质资料主要包括以下几个方面:其一,勘查地理条件,勘查的地理内容主要包括水文特征以及地貌特征;其二,勘查地质环境条件,勘查地质环境条件的内容主要包括工程现场的地质构造特征、地层岩性、构造运动等;其三,勘查地下水位的实际状况,勘查的内容主要包括:地下水补给条件和排泄条件及其补派关系对地下水位的影响;近三年的地下水位以及水位变化的趋势;其四,勘查隔水层、含水层的状况,勘查的内容主要包括:隔水层和含水层的水位以及变化的程度,地下水类型、流向等状况;通过勘查现场的地层透水系数,含水层的厚度、埋深以及分布状况,以此确定水文地质状况对建筑工程设计和施工的影响。
1.2水文地质勘查中的评价分析。通过获得建筑工程现场的水文地质资料之后,还应该对水文地质勘查资料进行评价分析。水文地质勘查中的评价分析内容主要包括以下几个方面:其一,对地下水对建筑工程设计与施工的作用和影响进行重点评价,这样才能够对影响建筑工程设计和施工的危害因素进行提前预测,并采取相应的措施进行处理;其二,建筑工程勘查中的水文地质勘察应该和建筑的地基设计进行结合,为建筑工程的地基设计和施工提供可靠的水文地质资料;其三,水文地质勘查中除了应该对地下水的状况以及对建筑工程的影响进行勘察,同时还应该对人为活动下对地下水的影响以及地下水变化对建筑工程施工的影响状况进行评价;其四,从建筑工程施工角度来看,根据地下水对建筑工程的作用与影响,找出不同地下水条件的同时,还应该进行重点评价,例如对于基础埋在地下水位之下的建筑工程来说,重点评价水对建筑物基础部位的钢筋、混凝土的腐蚀性;对于岩土作为建筑物基础的建筑工程项目,应该重点对地下水活动导致的岩土涨缩、崩解、软化等作用进行评价;对于地基基础压缩层中存在粉土、粉细砂、松散的状况时,应该重点对流砂、腐蚀以及管涌等现象发生的几率进行评价;对于需要在地下水位以下进行基础施工的建筑工程项目,应该进行对应的富水性试验或者渗透性试验,对降水造成的边坡不稳定、土体沉降以及其他问题对建筑工程施工可能造成的影响。
1.3测量建筑工程施工现场地形。在对建筑工程施工现场的地形进行测量的过程中,应该采用全国通用的坐标系统以及国家最新的高程基准点,如果建筑工程所在地并没有通用的坐标系统以及相关的高程基准点,应该利用全球定位系统,为建筑工程建设创设独立的坐标系统,保证建筑工程建设人员能够获得准确的测量数据信息。在对建筑工程现场进行测量的过程中,还应该对定位仪的类型、定位时间、定位程序以及测量精度等进行详细、全面的说明,对于测量的精度,应该根据相关的规定,满足建筑工程设计和施工的实际要求,对于不同的比例尺勘查剖面,应该采用实测剖面。
1.4地质填图。在进行地质填图的过程中,应该保证填图的精准度满足同比例尺的地质测量规范,将比例尺作为地质观察的基础,如果是对于大比例的地质填图,地质填图的目的在于为建筑工程勘察、设计以及施工服务。因此,在选择比例尺的过程中,应该根据建筑工程的实际状况,以不同勘查阶段的具体要求、工程的规模、地质复杂程度等状况为基础,在设置地质勘查点时,应该把地质勘查点设置在界线或者具有特殊意义的地方,当地质勘查点布置完成之后,还应该将地质填图展示在合适的仪器中,由专门的水文地质勘查工作人员根据相关的标准与规范对地质填图进行分析。对于专门水文地质的物理学性质测定,还应该根据相关的标准和规范进行,以此保证测定结果和地质填图的可靠性与真实性。
2结束语
关键词:水文孔固井技术;煤田水文地质勘查;应用
1水文孔固井技术在煤田地质勘查中的应用
(1)管内注浆法。对海带进行编制,形成辫子形,用于对水井管止水部位下端进行缠绕,同钻孔直径相比,缠绕的直径略小,将其扎紧的过程中,应使用螺丝,同时,为了加大保护力度,应将托盘焊接到两端。在焊死滤水管时,需要将铁板应用于滤水管以上0.3~0.5m的位置,焊死操作在井管内进行,预防含水层被水泥砂浆灌入。止水胶皮位于注浆口管外,在高出这一部位3~5m的位置,应构建一个切口,15~20cm和1cm分别为长度和宽度,切口应有4~8个,对抽缝隙应在管壁两侧进行,同时将弹性胶皮门帘加在管壁外,在预防脱落时,应对胶皮两侧进行捆扎[1]。完成下管后,由于环状间隙存在于孔壁和井管之间,必须在海带有效膨胀后才可以对其进行封闭,此时应对水泥浆进行应用。注浆前需焊封孔口,此时应对3~5m厚度的钢板进行应用,在其中间位置进行挖孔,焊接时应用钢管,大小为0.3m,并将阀门开关安装到孔口阀门钢管上。完成注浆以后,应继续注入清水,顶出泥浆泵残余水泥浆和清水将注浆管,并关闭孔口阀门,在48小时以后,应扫开托盘,此时需要对钻具进行应用,并展开洗井工作。(2)管外注浆法。对海带进行编制,形成辫子形,用于对水井管止水部位下端进行缠绕,同钻孔直径相比,缠绕的直径略小,将其扎紧的过程中,应使用螺丝,同时,为了加大保护力度,应将托盘焊接到两端。同时,将胶皮环绕捆绑到海带上部,确保半湿粘土被填充到胶皮中,同钻孔直径相比,胶皮最大直径偏大。完成下管后,由于环状间隙存在于孔壁和井管之间,必须在海带有效膨胀后才可以对其进行封闭,此时应对水泥浆进行应用。注浆前准备工作同管内注浆法相同,但是,在注入水泥浆的过程中,需要分两次进行,首次注浆时,应对止水位置下部10m左右的位置进行封闭,并应用泵送法注浆,并应用清水冲孔,直到清水从井口上泛出以后才能够进行封孔操作,一边提钻具一边注入水泥浆,严禁浆面与钻具脱离[2]。在水泥浆初步凝固以后,应再次进行水泥浆的注入操作,完成两次注浆并等到水泥浆初凝以后,才可以展开洗井工作。
2管内注浆法和管外注浆法对比分析
(1)管内注浆法优点与缺点。第一,优点。在对管内注浆法进行应用的过程中,可以实现一次性注浆,因此能够节省施工时间,保证工程进度。在焊死滤水管时,需要将铁板应用于滤水管以上0.3~0.5m的位置,焊死操作在井管内进行,在这一过程中,一定的静压力将产生于滤水管中,而在实际展开注浆操作的过程中,含水层在滤水管中就不会被井管外的水泥浆污染,因此施工效率和质量都能够得到保障。第二,缺点。在应用管内注浆法展开施工的过程中,由于属于一次性注浆,如果拥有较深的止水部位下端,在注浆时,将导致较大的压力产生于管内。并且在操作中,不可以中途停止注浆,因此必须在实际施工中应用高质量和高性能的营建和设备,而一旦一定的故障产生于注浆设备中,就将对整个施工过程造成严重的损失。在完成注浆以后,48小时后才可以扫开托盘,即铁板,如果此时含水层在滤水管中被水泥浆灌入,那么在处理这一事故的过程中将耗费大量的施工时间。(2)管外注浆法优点与缺点。第一,优点。注浆中可以通过多次注浆完成施工,中途可以进行一定时间的停留,同时,可以一边对钻具进行提离一边展开灌浆操作,这样一来,就可以促使压力在管内有效降低。同时,在对这一方法进行应用的过程中,对设备的性能要求相对偏低,设备在运行中产生故障,也不会对整个注浆工作造成严重的影响,因此操作成功率更高。第二,缺点。在对多次注浆法进行应用的过程中,需要消耗较多的施工时间,如果施工人员没有及时发现滤水管含水层中的水泥浆,将对后续施工造成影响。(3)可能发生的问题。在对管内注浆法进行应用的过程中,如果机械设备发生故障,或者两个环节之间的衔接存在问题,都将直接造成失败的注浆结果,同时会促使钻孔无法在接下来的施工中继续使用,从而影响工程进度的基础上,给施工企业带来严重的经济损失[3]。在对管外注浆法进行应用的过程中,由于含水层位于滤水管内部,当有水泥浆灌入时,也将导致接下来的施工程序无法顺利开展,最终影响工程进度。值得注意的是,当这一现象产生时,需要耗费比管内注浆法更多的时间,因此,对工程经济效益造成的影响更大。
3结束语
综上所述,近年来,我国在积极进行现代化建设的过程中,对煤矿资源的需求量有所增加,在这种情况下,相关部门加大了煤矿开展力度。值得注意的是,此项工作开展中拥有较高的危险性,因此,相关工作人员必须对煤田的水文地质条件进行详细的勘查,才能够有针对性的采用开采技术,提升开采的效率和安全性。水文孔固井技术的有效应用极大的促进了煤田地质勘查工作的进步,对我国相关领域的发展起到了重要的推动作用。
作者:曾庆博 单位:安徽省煤田地质局第三勘探队
参考文献:
[1]王丽伟.煤田地质勘查的危险因素及对策分析[J].能源与节能,2014(02):35-36.
岩土也具备以下两种性质——物理性质和水理性质,其中,岩土的水理性质又包含透水性、给水性和胀缩性等。因此,我们可以看出,岩土和地下水之间有着互相作用的关系,也就是地下水在一定程度上直接影响了岩土的水理性质,而岩土的水理性质又影响着岩土的强度和变形能力,从而间接的影响了建筑物的稳定性。在实际建筑施工过程中,加强工程地质勘查中水文地质的勘查研究,是一项不可忽视的重要工作之一。水文地质勘查工作者首先要对建筑物所处地区的水文地质问题进行合理的评价,评价的内容主要有以下几个方面。第一,对地下水对岩土结构产生的影响进行评价,该评价可以对可能发生的问题进行预测和防护;第二,对人为抽取地下水后,地下水的变化对于建筑物的影响进行评价,该评价可以对该条件下的建筑物地基进行重新设计;第三,为建筑物所在地区的水文地质提供相应的资料,以便设计者进行参考。
二、工程地质勘查中忽略水文地质问题研究的危害
目前,我国某些建筑施工单位对于工程地质勘查中水文地质勘查的工作还没有给予相应的重视,从而造成很多重大的危害和不良影响。比如由于缺乏合理的水文地质的评价,没有做到相应问题的预防,当地下水随着季节降水的增多而涌增,地下水位急剧的上升,地下岩土强度受到严重影响,而产生严重变形的状态,最终导致处于地下水位的建筑物发生爆管或者地面坍塌开裂的事故发生,造成大量的人员伤亡和重大的经济损失,从而对建筑业产生严重的负面影响;又或者由于建筑物施工前施工人员没有对建筑物的水文地质进行有效的评价,事后由于人为的大量开采地下水,导致地下水位降低,从而导致建筑物的地基下沉,直接影响了建筑物的稳定性,使得建筑物不能正常的使用或者使用过程中出现严重问题;地下水具有一定的压力和动力,这两种力量对岩土都会造成一定的影响,在自然条件下,地下水的动力和压力都是相对较弱的,对岩土的强度和稳定性影响不大,但若不重视建筑物周围水文地质问题的研究,那么当地下水的压力和动力都发生变化后,就会导致水质发生破坏、流沙甚至管涌等严重的建筑工程事故的发生。因此,我们不难发现,对于工程地质勘查中水文地质问题的研究还是十分重要的。
三、工程地质勘查中水文地质问题的勘查要求和内容
1.加强建筑物水文条件和地质环境的综合勘查
工程地质查勘中水文地质,包含了两个方面的内容——水文条件和地质条件,在实际勘查工作过程中,水文条件与地质条件的勘查是分不开的,因此,首先要加强水文条件和地质环境的综合勘查才会有效的发现问题和预防危害的发生。水文条件的勘查,根据建筑物所处地质条件的不同,勘查的侧重点也不相同,但主要还是包括:建筑物所处地区的气候条件及气候带,这样可以清楚的了解该地区的降水量和气温分布状况,从而根据水文条件设计建筑物的地基结构。地质环境的勘查,即建筑物所处地区的地质构造,分析出岩石与沙土的比例以及该地区岩石的化学成分,是花岗岩还是石灰岩,另外,还要勘查出该地区是否处于地壳运动的频发地段或者是地下熔岩的多发地段,只有了解了这些情况才会设计出合理的地基结构和地基强度和厚度。
2.强化地下水存在状态及变化规律的勘查。
工程地质勘查中水文地质问题的勘查,主要就是对地下水进行研究和勘查。地下水的勘查有以下几点内容:地下水的类型和分布状态、地下水水位的高低变化情况及地表水与地下水的关系等。其中地下水的类型和分布状态,注重研究地下水是那种水质,酸性水质、碱性水质还是中性水质,因为不同的水质条件对于岩土强度的影响不同,例如,花岗岩的分为耐酸岩和耐碱岩,当耐酸岩遇到强碱性水后,会发生中和化学反应,地下水会慢慢侵蚀岩石,从而对岩石的强度造成破坏;又比如,若建筑物地下岩石为石灰岩,石灰岩的主要成分是碳酸盐岩,遇到稀盐酸反应剧烈,因此,若地下水为弱酸性水,也会造成岩土的损坏。地下水的分布状态勘查,关键是查看地下水的含水层和隔水层的分布以及厚度,为合理的设计建筑物的地基提供有利的条件。地下水位的高低变化的勘查,即对建筑物所处地区近年来地下水位的最高水位和最低水位有个详细的了解,地下水与地表水的关系,包括了两者之间的互补以及地表水的排泄状况勘查,分析出地表水的排泄是否影响到地下水的水位、动力和压力的变化等。
3.做好工程地质勘查中水文地质测试的勘查。
当对建筑物的水文条件和地质条件都有了一定的了解后,为了保证建筑物的安全建立和使用,最重要的勘查工作是对工程地质勘查中水文地质进行有效的测试。有效的测试是水文地质勘查工作的最后一个环节也是最重要的一个环节,因为只有通过此环节,建筑设计人员才会得到准备数据,从而根据数据做出精确的设计,例如地基的厚度、深度,建筑物墙壁的厚度等。因此,此环节是建筑物安全建立和使用的有力保障之一。根据所处地质条件的不同,所测量的方法也不相同。根据地下水是否静止,可以选择是否采用隔离措施进行测量,若为静水层,那么就不需要隔离措施,若为流动的含水层,那么就要采取隔离措施进行测量;对地下水压力进行测试时,可以采取几何法,先确定地下水能承受的最小压力和最大压力,然后用压力与压力入水量的关系曲线进行绘图,进而测试出建筑物地段岩土的透水率。压力测试时水文地质勘查工作中的重要环节,该环节直接关系到建筑物的安全。
四、结语
隧道区碳酸岩分布广泛,寒武系除大陈岭组外均可见露头,隧道区主要穿过中统杨柳岗组和上统华严寺组。从地表调查来看,岩溶主要形式有溶纹、溶沟、溶槽等,在上寒武统含泥质条带的泥晶灰岩中,由于差异性溶蚀作用,在断面上见到鱼鳞状或波纹状溶蚀沟纹。区内溶沟、溶槽等发育较浅。溶蚀裂隙主要沿层面及一组与层面正交的节理面发育,外部宽度可达15cm,但溶隙规模受构造面控制,延展性有限,发育深度较浅,对大气降雨的导入作用不甚明显。总体来说,野外调查表明芹源岭地区地表溶蚀现象并不明显,多为溶隙和顺构造面方向的小溶洞,规模和深度都十分有限,唯一发现的一处大规模溶洞并不能说明该区域具备发育群发性大规模溶洞的条件。
2涌水量计算
2.1涌水量预测分段确定根据隧道区段地下水补、径、排特点及含水岩组富水性、岩溶发育特征,对隧道区进行分区段涌水量预测,各分段控制面积确定以1∶1万地形图为基础,结合野外调查并考虑隧道区高程的影响程度而圈定。
2.2涌水量预测方法选择及参数选取隧道涌水具有季节性变化,预测隧道涌水量时应分别计算正常涌水量与雨季最大涌水量值。涌水量预测正确性,主要取决对隧道充水条件的正确分析及计算参数和计算方法的合理选用。由于目前所获取的本区水文地质资料有限,拟采取降水入渗系数法整体上预测涌水量。降水入渗系数法:Qy=ηQa=1000ηαAF/365式中:a-入渗系数;η-涌水系数;A-年均降水量(mm);F-各区段汇水面积(km2);Qa-采用大气降水渗入法计算的渗入补给量(m3/d);Qy-采用大气降水渗入法计算的涌水量(m3/d)。区内降水量数据通过开化县气象资料获取。对涌水系数来说,本区内含水岩层均为弱富水性,且岩溶水主要运移于岩溶裂隙中,η取值空间应在0.1到0.4之间。对入渗系数来说,以区域水文地质报告已有参数为基础,同时参考各分区段入渗特征,确定最终参数取值。
2.3涌水量计算根据涌水量计算结果,隧道区年最大涌水量444.8573m3/d,年最小涌水量202.6685m3/d,年正常涌水量304.8472m3/d。按开化县历年监测的日最大降雨量预测,可能产生的最大涌水量为13007.1m3/d。
3隧道岩溶问题综合分析
3.1地层岩性对岩溶发育的控制碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础,碳酸盐岩中的CaO含量越高时,则其可溶性就越强,反之,则越弱,即白云岩类、泥灰岩类、硅质泥质炭质石灰岩类岩溶发育较弱,纯灰岩类则岩溶发育最强。从岩性角度来看,工作区上覆地层为寒武系华严寺组、杨柳岗组,本地区寒武系岩层总体特点是泥质含量较高,且碳酸盐岩常与非碳酸盐岩互层发育,因此从岩性基础上分析,本区岩溶并不发育。从实际野外调查来看,除高峰洞附近出现一较大溶洞外,也未见有其他群发性大型溶洞或地下暗河存在。
3.2地形地貌对汇水条件的控制在不同地貌条件下,岩溶发育过程是不同的。因为岩溶发育在很大程度上受地表水和渗透条件的影响,而这两者又常受地貌条件的影响,如地面坡度、切割密度和深度、水系分布等。因此,岩溶发育过程常和地貌发育过程联系在一起。地面坡度的大小直接影响渗透量的大小。在比较平缓的地方,地面径流流速缓慢,渗透量就较大,岩滚较发育。反之,地面坡度愈大,径流流速愈快,渗透量就愈小,岩溶发育就较差。从地形地貌来看,由于隧道穿过两大流域分水岭,地形坡度陡,使得补给区面积较小,径流速度较快,不利于地下水补给。
3.3地质构造与岩溶发育关系从构造角度来看,主要影响在于张性节理发育且张开度较好,主要分为顺层节理和倾向节理,其中顺层节理发育占主导,为入渗提供了良好的通道,而倾向节理沟通了多个层面的顺层节理,在其交汇地带,地下水循环活跃,往往为岩溶较发育提供了有利条件,调查中高峰洞附近的溶洞就是地下水顺着倾向节理垂直下渗,在顺层节理面处发育的一个较大的溶洞,其规模大小与此处节理大小密切相关。
4结束语