工程勘察中水文地质勘察工作与实践的论述

　　摘要：水文地质是工程建设中一项主要的工程地质条件。在工程项目地质勘察中，查明工程场地的水文地质条件，分析评价地下水与工程项目的关系，为场址选择、工程设计和施工提供必要而可靠的水文地质资料，并提出防治地下水危害的措施，是工程地质勘察的重要的工作。本文结合自己多年的工程经验总结了工程勘察中水文地质勘察工作方面的内容。
　　关键词：工程勘察；水文地质；勘察工作；实践
　　一、工程勘察中水文地质工作内容
　　根据以往的经验和教训，对水文地质勘察工作主要有以下几方面内容：
　　1、查明地层的分布特征，尤其是砂岩类(含水层)和泥岩类(相对隔水层)的分布、厚度、裂隙发育程度以及泉点的分布，以此分析地下水的补给、径流与排泄特征。对地下水作水质成果分析时，注意同一含水层或不同含水层各种阴阳离子的含量变化与对比，根据结果作出定性分析变化较大产生的原因。查明有关水文地质问题，提供选型所需的水文地质资料，并预测可能产生的岩土工程危害，提出防治措施。
　　2、从工程角度上分析，按地下水对工程的作用与影响，提出不同条件下应当着重评价的地质问题，如：
　　①对埋藏在地下水位以下的建筑物基础中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性。
　　②对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的的建筑场地，应着重评价地下水活动对上述岩土体可能产生的软化、崩解、胀缩等作用。
　　③在地基基础压缩层范围内存在松散、饱和的粉细砂、粉土时，应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。
　　④当基础下部存在承压含水层，应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价。
　　⑤在地下水位以下开挖基坑，应进行渗透性和富水性试验，并评价由于人工降水引起土体沉降、边坡失稳进而影响周围建筑物稳定性的可能性。
　　3、不仅要查明地下水的天然状态和天然条件下的影响，还要分析预测在人类工程活动中地下水的变化情况，及对岩土体和建筑物的反作用。
　　二、工程勘察中水文地质实践
　　以某地考察为例，该工程地处低山区和丘陵地带，其主要地层为三叠系须家河组砂泥页岩互层，也属自贡主要含盐卤水区。砂岩多为含水层，而泥页岩为相对隔水层，独立含水层系统较多。因此，该地区水文地质勘察对于防渗论证具有重要意义。
　　1、工程地质概况
　　该工程处于高山背斜核部一带。高山山脊线呈北东东—南西西向延伸，与构造线基本一致，高山地形整体趋势为北东高而南西低，顺两翼地貌由低山逐渐过渡为丘陵。而工程头尾部分分别位于高山背斜北南两翼，其核部发育为F1高山断层（上游）、F2瓜瓢洞断层（下游），两断层互为对冲式。
　　区内地层共分为六段，第四段分三层，第三段共分七层。地表泉点分布于河床两岸，泉点多分布在砂岩与下部泥页岩分界面附近，为接触泉，长观资料表明，大多数泉点流量随季节降雨量变化较大。
　　区内地下水按其含水层性质和埋藏条件主要分为第四系松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙潜水、基岩裂隙承压水三种类型。孔隙潜水主要分布于河床、漫滩的松散堆积层中，且覆盖层较薄，水文地质意义不大，对工程影响甚微，故主要是讨论基岩裂隙潜水、承压水两种类型。
　　2、水文地质条件分析
　　2.1基岩裂隙潜水
　　基岩裂隙潜水主要分布在Ty4-3层和Ty4-1砂岩层中。Ty4-3层由于所处位置较高受风化卸荷影响，裂隙较发育，不利于地下水贮藏，仅砂岩层底部靠Ty4-2层局部有地下水出露，其水化学类型为重碳酸钙型水，矿化度为150～200mg/L。该泉点表明，该泉点流量随季节性变化明显，而其它该层中钻孔长观表明，水温及水位年变化较小。
　　Ty4-1层底板处于河床以下，由于河流切割，地下水埋藏于此层下部，水位略高于河水。地下水化学类型为重碳酸钙镁型、重碳酸钠型、氯重碳酸钠型水，矿化度为132～850mg/L。各钻孔终孔水位表明，该层地下水位线平缓。
　　2.2基岩裂隙承压水分析
　　基岩裂隙承压水主要分布在Ty3-5、Ty3-3、Ty2层砂岩中，其特征见表1。
　　表1承压含水层特征及涌水试验成果表
　　含水层 钻孔编号 含水层厚度(m)
　　（顶板埋深(m)） 地下水位(m)
　　（标高(m)） 降深（m） 流量
　　(m3/d) 渗透系数(m/d) 单位涌水量(L/sm)
　　Ty3-5 CK15 28.11
　　（32.0） -1.79
　　（349.65） 1.52 4.23 0.107 0.0322
　　 CK5 18.28
　　（39.3） -4.40
　　（399.02） 6.0 27.63 0.395 0.0533
　　 CK8 23.33
　　（45.3） -2.70
　　（348.29） 1.67 12.96 0.270 0.09
　　 CK33 19.59
　　（53.1） -3.74
　　（349.26） 2.21 1.90 0.049 0.01
　　 CK14 16.36 -8.41
　　（349.13） 1.43 3.91 0.120 0.036
　　Ty3-3 CK15 30.34
　　（55.2） -0.6
　　（348.46） 0.31 23.43 2.066 0.894
　　 CK5 25.78
　　（61.6） -4.47
　　（349.09） 3.2 0.037 0.012 0.00014
　　 CK8 31.4
　　（69.2） -29.88
　　（375.47） 25.75 12.96 0.055 0.0056
　　 CK33 30.09
　　（74） -16.04
　　（361.06） 13.80 85.54 0.58 0.072
　　Ty2 CK15 72.98
　　（128） -47.5
　　（393.36） 46.6 951.87 11.91 0.24
　　 CK3 17.0 -55.22
　　（421.26） 49.0 4.432  0.0105
　　Ty3-5层含水层厚度约为20～28m，以Ty3-6、Ty3-4层为相对隔水顶底板。工程段初始水头较稳定，高程为348～350m，由于岩层倾向下游，倾角为10～12°，其实际水头为50～80m甚至更大。本层水化学类型为氯钠型水，矿化度为2000～10000mg/L。长观资料表明，其水化学动态稳定。在工程轴线上游分布一上升泉，出露高程也与钻孔揭示的初始水位基本一致。
　　Ty3-3层含水层厚度约为30m，以Ty3-6、Ty3-4层为相对隔水顶底板。工程段承压水头高程约为370m，高出含水层顶板约为100m。本层水化学类型为氯钠型水，矿化度为10000～12000mg/L。长观资料表明，其水化学动态稳定。
　　Ty2层含水层厚度约为70m，以Ty3-2、Ty3-1层为相对隔水顶板。据CK15、CK3钻孔表明，其水头地面超高分别为47.5m、55.22m。CK15钻孔涌水量较大，最达951.87m3/d，钻孔水化学类型为氯钠型水，矿化度为2650mg/L，其水化学动态稳定。
　　2.3岩体透水性特征
　　钻孔压水、抽水、涌水试验表明：工程段岩体透水性受岩层分布、风化卸荷、裂隙发育程度、连通性、以及软弱夹层的分布特征等控制。特征如下：
　　（1）Ty4-2、Ty3-6、Ty3-4等岩层主要为泥页岩，岩体透水率大多小于1lu，透水性微弱，可视为相对隔水层。
　　（2）Ty4地层两岸砂岩随着深度的增加，岩体透水性逐渐减弱，但受裂隙发育程度的影响，局部透水率较大，大于100lu，属强透水层，且其分布规律性不强。一般而言，钻孔深50～70m以下，岩体透水率小于3Lu。河床中Ty4-1砂岩含水层由于位于谷底，由于层面及构造裂隙发育，与地表水水力联系明显，单位涌水量多在1L/sm以上，且涌水量随降深增加不明显；抽水试验成果表明，Ty4-1河床砂岩渗透系数为4.58～14.28m/d，影响半径为68～166m；在斜硐Ty4-1砂岩中抽水时，地下水多沿层面及横向裂隙以股状呈悬挂式向汇点集中，随深度增加，出水点也向下迁移，证明其裂隙是普遍存在的，且周围的长观孔地下水位显著降低，形成降落漏斗，由于岩体渗透性差异，观测分析表明，降落漏斗影响范围向左岸约25～30m，而向右岸约85～90m。
　　（3）Ty3-5、Ty3-3、Ty2层涌水试验表明：Ty3-5、Ty3-3层水头较高而流量较小，单位涌水量多在0.1L/sm以下，其渗透系数分别为0.049～0.395m/d、0.012～2.066m/d，部分钻孔揭示该层未见有承压水或不明显，反映出岩体裂隙发育极不均匀，各向异性大。Ty2层水头大，为176.5m，涌水量大，但深埋地下，具有极大的非均匀性。
　　2.4地下水类型、补给与排泄及动态变化
　　高山背斜由北东向南西方向倾伏，地形整体也北东高南西低。地下水主要沿砂岩裂隙由北东向南西方向运动，呈层分布，工程为地下水的排汇和径流区。
　　综合分析之后，Ty4-3、Ty4-1地下水并非严格意义上的潜水，它们有各自独立的隔水顶、底板，远离工程一带，应具有（半）承压性质，只不过由于河流切割，在工区一带具有自己独立的自由水面，局部受大气降水影响明显，准确地说，应为（半）承压—潜水，Ty4-1层地下水类型较复杂主要也是这方面的原因。
　　Ty3-5、Ty3-3、Ty2层中承压水为自贡井盐区盐卤水的一种类型，俗称为黄卤。其补给范围主要为越溪河上游的荣县双古、威远复立一带，距工区约15km以上，为高山背斜核部，因沟谷切割侵蚀而使上述含水层有较大范围出露，该段最低高程为460m，因此工程段承压水头具有较高的特点。由于含水层的砂岩与泥页岩相间成层，使承压水表现较多的层次，也导致各含水层在水质、水量、水头等存在较大的差异。承压水循环径流途径长，交替缓慢，与岩石发生溶滤作用，导致地下水矿化度较高。Ty2比Ty3层水量较大、矿化度低的原因是由于该层厚度大，原生状水平裂隙发育，结构疏松，富水性能好，地下水交替相对较快。
　　3、工程防渗帷幕深度的确定
　　根据钻孔压水、抽水试验表明，工程基岩体中存在强～弱透水层，应进行帷幕防渗。左右岸存在明显的相对隔水层（透水率q<3Lu），帷幕应深入相对隔水层5～10m为宜，防渗帷幕深度55～85m。
　　河床中存在多层含水层，砂岩类透水率变化较大，个别达65Lu，而泥岩类透水率小。工程属单斜构造，岩层产状倾向下游偏右岸，虽然Ty3-3、Ty3-5层砂岩透水率较大，但其上部的Ty3-6层泥岩厚度较大（10～15m）、稳定且往下游埋深逐渐增加，可作为河床工程基隔水层，防渗帷幕深入该层5～10m即可。由于在工程轴线上游局部Ty3-6泥岩薄（厚度2～3m），且有Ty3-5层出露的上升泉，蓄水后，库水势必与Ty3-5层地下水连通，水工计算考虑扬压力时，其承压水头高程就不应是350m，而是正常蓄水位431m。
　　4、F1、F2断层的渗漏评价
　　F1、F2断层为区域性断层，横穿整个库区，其渗透性对整个水库蓄水构成一定的影响。断层破碎带宽2～8m，主要由糜棱岩、断层泥、断层角砾等组成。根据钻孔压水试验，透水率q一般小于1Lu，为微透水层。但勘察时，有些同志对断层影响带的透水性提出了怀疑，事实上，承压水的分布就是一个很好的反证。在F1、F2之间在五六十年代有自流的盐井，其层位为Ty3-5，在F2上游上工程河床钻孔在Ty4-1层也发现了承压水，其承压水头为145m，地面超高为69m，流量为4.7L/s。地层分布表明，F1、F2上下游及其间的承压水含水层、隔水顶底板皆被F1、F2断层切断，若断层影响带是透水的，就不能形成层次多、高水头、矿化度差异大的承压水。所以，F1、F2断层其渗透性是很微弱的，具有较好的防渗性。
　　三、结束语
　　以往的工程勘察报告中，多数只是对天然状态下的水文地质条件作一般性评价，很少结合基础设计和施工的需要评价地下水对岩土工程的作用和危害。在一些水文地质条件比较复杂的地区，由于工程勘察中对水文地质问题调查研究不深人，设计中又忽视了水文地质问题，有时导致地下水引起的各种岩土工程危害。因此，工程勘察中要切实做好有关水文地质测试工作和地下水监测工作，为水文地质勘察和工程建设提供充分、可靠的依据。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]地质勘查资质管理条例及工程地质勘察工作实用手册.中国矿业出版社.2008-3
　　[2]工程地质及水文地质.中国水利水电出版社.2004-2-1
　　[3]水文地质手册.中国地质出版社.2006-4月

《工程勘察中水文地质勘察工作与实践的论述》

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