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水文地质在岩土工程勘查中应用

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水文地质在岩土工程勘查中应用

【摘要】岩土工程隶属于土木工程,以施工现场岩体与土体为主要研究对象,涵盖了边坡、基坑等所有地上、地下以及水中的施工场景。岩土工程勘查是工程准备阶段中关键的一环,主要负责查明和分析现场地质状况,并生成评估报告,为岩土工程实践提供指导。论文以岩土工程勘查中的水文地质为主要分析对象,简单阐述了其实践意义及现存问题,并就水文地质在岩土勘查中的应用策略进行了探讨,希望能为岩土勘查工作者,以供参考。

【关键词】水文地质;岩土工程;地质勘查

1引言

地下水是我国珍贵的淡水资源,具备分布范围广,受气候影响小等特质,同时它的分布及运动规律也是岩土工程勘查的重要对象。地下水不仅制约着施工进程,也影响着项目整体寿命和使用安全。地下水变化具有一定的复杂性,实际勘查过程中测量信息可能存在误差,导致评估准确性和实用性下降,长此以往,水文地质工作占比持续减小,给施工安全带来极大隐患。因此,加强对水文地质流程的规范,寻求有效的测定方案是非常有必要的。

2水文地质对岩土工程施工的影响

2.1地下水位影响机制

地下水位是勘查过程中重要的衡量指标,其对岩土工程的威胁主要体现在以下3种场景中:一是地下水水位上升。水位上升至一定极值,工程地表就可能出现盐渍化,地基腐蚀状况加剧,土层稳定性进一步下降。地下水的侵入,还会对岩土原有结构造成破坏,土体变软的同时,也容易出现竖向滑移问题,给施工带来安全风险。土层中如果赋存较多数量的粉状细沙,水位上升还会导致流沙等情况的出现,造成地基上浮等严重后果。降雨增多、水层结构变化以及灌溉施工,都会造成地下水水位的上升,因此,工程设计时要做好地下水水位变化规律分析。二是水位下降。地下水水位下降使原有地层结构在一定程度上发生改变,诱发低劣、沉降等病害,地下水资源的枯竭、恶化还会进一步影响周围岩土环境[1],造成区域生态的破坏,腐蚀岩土工程建筑。地下水水位下降与人为因素关联最大,地下水抽取过度、采矿过度等都是常见诱因,同时上游拦截水量过多也会对下游地下水水位造成影响,在水文地质勘查时应当重点关注这些因素。三是地下水水位反复升降。这种反复升降会直接影响岩土膨胀情况,使岩土处于不均匀变形状况中,如果这种变化长期频繁发生,还会进一步加大岩土膨胀幅度,引发地裂问题。同时这种水体的多次交替运动,还会将土层中铁等胶结物带走,使之失去胶结力,变得疏松软塌,含水量、孔隙比提升,负荷能力下降,从而导致基础严重沉降等后果。

2.2地下水水理特性影响机制

岩土水理特性也是水文地质勘查的关键组成部分。在地下水的作用下,不同水理特性的岩土结构会产生不同的变化,对工程项目产生不同程度的影响,以其变化状况为依据,大致可以分为以下几种:一是结合水。这种形态是在强压环境下产生的,水体密度大幅升高,黏稠度上升,根据结合力的大小又可以分为强结合水和弱结合水2种,由于流动力不大,并不会对岩土工程产生太大影响。结合水形态在黏性土体结构中最为常见,在分子吸附作用下,会在周围土体外侧形成较薄的水膜,与正常水体相比,密度甚至可以达到3倍及以上。二是重力水,这种地下水受重力影响最大,会在土层结构中展现自由流动状态,运动十分活跃,因此,对岩土工程结构的影响也最为明显。图1中依次为强结合水、弱结合水及重力水结构。三是毛细水。这种水体形态主要赋存于土体较窄的缝隙当中,受重力制约的同时,也会受到毛细力的影响,力学数值较高时,水位上升,反之则会下降。毛细水对岩土工程影响较大,如果汇聚成为水流,还会使岩土层结构变软,对建筑材料形成侵蚀。

2.3地下水分布状况影响机制

受自然地质环境制约,不同岩土工程面临的地下水分布状况是存在较大差异的。根据赋存位置的不同,大致可以分为上层滞水与潜水,部分地域还存在承压水层,当大气发生降水时,地表水从孔隙较大的透水层渗入,并在重力作用下逐步越过潜水面进入潜水含水层,其中受透水层局部结构阻截的水体就叫作上层滞水,进入潜水含水层的就叫作潜水,如图2所示。在岩土工程中,潜水含水层与隔水层对施工进程影响最大,含水层一旦被挖断,就可能导致大量地下水渗漏,必须在保障地层稳定的前提下及时采取降水措施,同时还应对隔水层的承载能力进行科学计算,必要时采用加固技术进行防护,否则将会导致严重的沉降、塌陷事故。

3水文地质勘查应用策略探究

3.1工程地质钻探

钻孔定位是岩土工程水文地质勘查中的首要环节,其准确与否直接影响着后续工作的科学性和数据适用性。现阶段,定位环节存在弊病较多,如放样不规范,地质条件不适应等,这些都会使钻孔出现标高偏差,对地下水埋深、流向等的分析带来干扰。为避免上述问题,在钻孔阶段务必要保障定位的精准性,按照设计图纸中的坐标和高程开展定位作业,在全站仪等设备的辅助下,完成控制点设置,对于放样定位以及闭合检查工作来说,则要借助极坐标方式来完成,平面方向的位置偏差值应当控制在±2m之内,高程偏差则要控制在±15cm之内,如若需要调整勘探点位,上述测量流程则要重新开展。进入钻探环节,应当选取有扎实专业基础和钻探经验的人员进行施工,深基坑超地下水位的场景中,适宜采用干钻方案。为保障土层含水量测试的准确性,应对使用的钻进管进行细致挑选,并且辅助加水或循环液完成操作,选定的工具要具备隔离冲洗液功能。如果施工现场存在易坍塌地层,则要采用钻孔方式进行侧壁保护,同时关注超地下水水位部分的基坑,如果填土过于松散,也要及时采用套管护壁法进行防护。在进行Ⅰ级、Ⅱ级土样提取时,注意合理控制下设管套深度,二者之间的距离要保证在管径的3倍及以上;若水位下层仍存在粉土层等结构特殊的土质,则要进行泥浆护壁,对孔内水头压力进行重复测试,确定其取值在合理范围内,之后再进行下一步操作,防止负压、管涌现象的出现;对于碎石土层来说,则可以采用植物胶浆液进行侧壁防护。

3.2原位测试

岩土工程施工进程中,土层的密实度、液化情况等都会对基坑以及建筑本身产生影响,因此,需要对饱和砂土采取标贯试验措施,一般试验深度控制在20m即可。标贯试验步骤可参照GB021—1《岩土工程勘察规范》(9年版)中的规定,同时考虑到钻孔可能对土层造成破坏,采用回转钻法,并视情况而定借助泥浆对侧壁进行防护。如果以试验深度为基准,则套管护壁的最下端应当高出70cm及以上。回转钻进过程中可能会产生沉渣,注意总计厚度应当控制在cm以内[2],在标贯器皿入口完整的前提下,进行后续操作,以提升数据的准确性。如果岩土工程现场为碎石土质,则要适当考虑其密实度,采用重型动探方案,采用连续击入方式进行取样,保障岩心的采集率。软土、黏性土等结构较为紧凑的土质,则要参照标准中的技术方案,采用双桥静力触探试验,保障参数计算结果的可信度。

3.3取样

在岩土工程勘查中,取样是外业操作中十分关键的一环。取样区域的划分应当建立在土层分析的基础上,尽可能选取无扰动Ⅰ级土层,若条件制约无法实现则至少也要保障取样对象为轻微扰动Ⅱ级。为保证取得样本的质量和代表性,要严格遵照标准规定,同时采用圆直型孔洞,从技术层面避免缩孔、塌孔等不良病害的发生,选用取土器型号应当以孔洞直径为依据,小于孔径1~2级为宜。取土器进行孔洞内部操作前,应当事先做好清理工作,将残渣厚度控制在合理范围之内。

3.4地质编录

地质编录实际上就是勘查结果的书面反馈,是对岩土物理力学属性的客观反馈,钻进过程、土层湿度变化等都属于编录范围,要注意采用跟踪记录方式,实时填写,以防数据出错。其次,地质编录还应当结合岩土工程现场土质状况进行,对于碎石土等坚硬地层来说,应当将编制重点放在野外环境上,属性描述涵盖颗粒性状、排列方式等,同时结合母岩成分的分析,得到风化度等参数,以扩展对地质土层认知的全面性。碎石试验中,数据编著主要集中在颗粒干强度、韧性等方面。对于粉土等、黏性土等软弱地层来说,则要讲重点放在室内试验的记录编制上;如果存在特殊土层,则要结合标准进行堆积年代等特征的阐述[3]。

3.5地下水调查

地下水在岩土工程稳定性方面影响较为突出,要结合地质分析结果对地下水水位、水利特性等进行资料收集,结合降水分析等掌握区域地下水变化全貌,同时关注水质分析,防止酸碱度过高对工程项目钢筋造成侵蚀。水样采集过程中,要注意合理控制暴露时间,样本数量不能少于2,如果出现多层地下水情况,还应采取分层采样措施。在综合调查的基础上,对抗浮结构、隔水防渗等措施进行合理比选,保障岩土工程的顺利进行,有效规避施工风险。

4结语

综上所述,水文地质规律复杂性特质突出,会对岩土工程安全施工造成极大威胁,加强水文地质研究,不仅能够降低施工难度,更能够规避水文地质运动带来的风险。因此,要正视水文地质勘查的意义,科学定位、钻探,按照国家标准进行原位测试与取样,保证地质编录的严谨性,同时对地下水的水力特性、含水层分布情况、地下水水位进行全方位、动态化的评估,最大限度保障施工质量。

【参考文献】

[1]吴明雷,赵波.岩土工程勘察中水文地质的问题研究[J].科技与创新,1(17):28-29.

[2]廖友清.水文地质在岩土工程勘察中的应用[J].工程技术研究,9,4(5):88-89.

[3]王俊,于雷,李沅瞳.水文地质在岩土工程勘察中的应用探讨[J].工程技术研究,9,4(23):-.

作者:谢磊 单位:深圳市南华岩土工程有限公司