建材发展导向２０１１年０６月 地质・勘察・测绘 刍议工程地质勘察中水文地质问题的影响 卢日棠 摘要：本讲述了分别从工程地质勘察中水文地质评价内容、岩土水理性质以及地下水引起的岩土工程危害三个方面阐述了水文地 质问题在工程勘察中的影响。 关键词：工程勘察；水文地质；地质勘察；影响 引言 料以消除或减少地下水对岩土工程的危害。 为提高工程勘察质量，在工程勘察中不仅要求查明与岩土 １工程地质勘察中水文地质评价内容 工程有关的水文地质问题，评价地下水对岩土体和建筑物的作 用及其影响，更要提出预防及治理措施的建议，为设计和施工提 在以往的工程勘察报告中，由于缺少结合基础设计和施工 供必要的水文地质资料，以消除或减少地下水对岩土工程的危 需要评价地下水对岩土程的作用和危害，在很多地区已发生多 害。本文分别从工程地质勘察中水文地质评价内容、岩土水理性 起因地下水造成基础下沉和建筑物开裂的质量事故，总结以往 质以及地下水引起的岩土工程危害三个方面阐述了水文地质问 的经验和教训，我们认为今后在工程勘察中，对水文地质问题的 题在工程勘察中的重要性。 评价，主要应考虑以下内容： 在工程勘察中设计和施工过程中，水文地质问题始终是一 （１）应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响，预 个极为重要但也是一个易于被忽视的问题。由于没有足够的重 测可能产生的岩土工程危害，提出防治措施。 视。导致地下水引起的各种岩土工程危害时有发生。为此，在岩 （２）工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要， 土工程勘察中要求查明与岩土工程有关的水文地质问题评估地 查明有关水文地质问题，提供选型所需的水文地质资料。 下水对岩土工程有关的水文地质问题。评估地下水对岩土工程 （３）应从工程角度，按地下水对工程的作用与影响，提出不 和建筑物的作用及影响。为设计和施工提供必要的水文地质资 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 窜；窖 窜 ｒ窜 —窜 ｒ专 ｒ窖 －毫 ｒ § －， 专 －毫 —奎 夸妇 § 窜妊 窖 夸 》 ｒ专 夸 夸 夸 船 ｒ富 ｒ辛 ｒ妇 辜 ｒ逝穹 － ｒ—奎 ｒ窖 － § 窜 夸 奎皓 §妊 § 窖 § 坐标转换方法的选用： 多路径效应的定义为由于接收机周围环境的影响，使得接 我们在进行外业施测前，一般都对流动站进行坐标转换，将 收机所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影 接收机使用的ＷＧＳ８４坐标系统转换为当地坐标系统或独立坐 响。它是ＧＰＳ测量中的一种重要误差源。尽管目前许多ＧＰＳ生 标系统。这样，流动站所测量的数据就能以当地坐标或独立坐标 产商己开发出抑制多路径效应的新技术，测量人员还是应该在 的形式反映出来。对于不同的测量任务，可按表２正确选用合适 选取参考站站址时尽可能地采取措施减少多路径效应产生的影 的坐标转换方法以保证测量的精度，尽量避免因选用方法不当 响。 引发的误差。对于大区域及线路测量等，由于存在地球曲率的影 （１）站点周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场 响，应选用７参数法进行坐标转换。对于常见的小区域以及独立 内障碍物的高度角不宜超过１５０。。 坐标系统测量，可将测区近似地视为一个平面，不考虑地球曲率 （２）应尽量设置于相对制高点上，以方便播发差分改正信号。 的影响，选用坐标转换方法时不必盲目追求使用７参数法。以一 （３）远离大面积平静水域。 步法转换的坐标系统，经小区域测量实践并配以全站仪等多种 （４）不宜选择在山坡、山谷和测区内小凹地中。 手段检验ＧＰＳ定位成果的平面、高程精度证明，其精度往往优 （５）选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形、地貌、植被 于采用７参数法转换的坐标系统。 等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。 表２徕卡１２３０型ＧＰＳ常用坐标转换方法，特点及使用范围 坐标转换法 优点 缺点 适用范围 （６）远离大功率尤线电发射源（如电视台、电台、微波站等）， 需要３个以上具有平面和高程数 其距离不小于２００ｍ；远离高压输电线和微波无线电信号传送通 据的己知点用于计算７参数，需搜 经典法（７参 可以进行部分外推， 集测区的坐标系统和高程基准的 大区域测 道，其距离不得小于５０ｍ。 数法） 精度均匀可靠，是最 参数，包括：参考椭球参数，中央子 量及线路 （７）附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）。 严密的转换方法。 午线经度，纵、横坐标的加常数，投 测量等 影面正常高，平均高程异常等。在 有的地区，搜集工作比较困难。 ３结束语 是一种简单的强制 拟和的方法，对己知 以上为本人在应用ＧＰＳ全球定位系统测量工作实践中总结 点的数量要求不高， 小区域测 步法 可以平面和高程分 不能进行处推，在外推时精度损失 量及独立 的点滴经验，供同行们借鉴，以促进广一大测量工作者开拓思 开处理，其高程误差 很快。 坐标系统 不影响平面，不需要 测量。 路，不断掌握ＧＰＳ相关的新知识及新技术，充分挖掘ＧＰＳ潜力， 相关的投影和椭球 使这一先进的测量技术能更好地服务于国家建设。 等信息。 ２．２．４多路径效应问题 （作者单位：徐州市航务工程队） ＂４５９・ 地质・勘察・测绘 Ｆ的建筑物基础中水对混凝土及混凝土内钢筋的腐蚀性。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。 ２地下水引起的岩土工程危害 ２．１地下水升降变化引起的岩土工程危害 地下水位变化可由天然因素或人为因素引起，但不管什么 原因，当地下水位的变化达到一定程度时，都会对岩土工程造成 危害，地下水位变化引起危害又可分为三种方式： （１）水位ｋＹｔ－￣Ｉ起的岩土工程危害。潜水位上升的原因是多 种多样的，其主要受地质因素如含水层结构、总体岩性产状；水 文气象因素如降雨量、气温等及人为因素如灌溉、施工等的影 响，有时往往是几种因素的综合结果。由于潜水面上升对岩土工 程可能造成：①土壤沼泽化、盐渍化，岩土及地下水对建筑物腐 蚀性增强。②斜坡、河岸等岩土体岩产生滑移、崩塌等不良地质 现象。③…些具特殊性的岩土体结构破坏、强度降低、软化。④引 起粉细砂及粉土饱和液化、出现流砂、管涌等现象。⑤地下洞审 允水淹没，基础上浮、建筑物失稳。 （２）地下水位下降引起的岩土工程危害。地下水位的降低多 是由于人为因素造成的，如集中大量抽取地下水、采矿活动中的 矿床疏干以及上游筑坝、修建水库截夺下游地下水的补给等。地 下水的过大下降，常常诱发地裂、地面沉降、地面塌陷等地质灾 害以及地下水源枯竭、水质恶化等环境问题，对岩土体、建筑物 的稳定性和人类自身的居住环境造成很大威胁。 （３）地 水频繁升降对岩土工程造成的危害。地卜水的丌降 变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，当地下水升降 频繁时。不仅使岩土的膨胀收缩变形往复，而且会导致岩土的膨 胀收缩幅度不断加大，进而形成地裂引起建筑物特别是轻型建 筑物的破坏。地卜水升降变动带内由于地下水的积极交替，会将 土层中的胶结物——铁、铝成分淋失，土层失去胶结物将造成土 质变松、含水量孔隙比增大，压缩模量、承载力降低，给岩土工程 基础选择、处理带来较大的麻烦。 ２．２地下水动压力作用引起岩土工程危害 地下水在天然状态下动水压力作用比较微弱，一般不会造 成什么危害，但在人为工程活动中由于改变了地下水天然动力 平衡条件，在移动的动水压力作用下，往往会引起一些严重的岩 上工程危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。流砂、管涌、基坑突涌的 形成条件和防治措施在有关的工程地质文献中已有较详细的论 述，这里不再重复。 ３岩土水理性质 岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各 种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程 建材发展导向２０１ １年０６』Ｊ 地质性质。岩土的水理性质小仅影响岩土的强度和变ｌ彤，向且有 些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的 物理力学性质的测试比较重视，对岩土的水理性质却仃所忽视， 因而对岩土工程地质性质的评价足不够全嘶的。 面 先介 下地下水的赋存形式及对岩 水理性质的影响，然Ｊ 冉对岩 土的 Ｌ个重要的水理性质及研究测试方法进行简单的介 。 （１）地卜水的赋存形式：地卜水按其在岩土中的赋仔形式 分为结合水、毛细管水和重力水■种，其中结合水又叮分为强结 合水和弱结合水两种。 （２）岩土的主要的水理性质及其测试办法：①软化性，足指 岩土体浸水后，力学强度降低的特性，一般州软化系数农永，它 是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存住易软化 岩层时，在地下水的作用Ｆ－往往会形成软弱夹层。各类成 的粕 性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。②透水 性，是指水在重力作用下，岩土容许水透过自身的性能。松敞岩 土的颗粒愈细、愈不均匀，其透水性便愈弱。坚硬岩 的裂隙或 岩溶愈发育，其透水性就愈强。透水性 股叮用渗透系数表示， 岩上体的渗透系数可通过抽水试验求取。③崩解性，是指岩 浸 水湿化后，由于土粒连接被削弱、破坏，使上体崩散、解体的特 性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等天系极大， 以』 东地区的残积土为例，一般崩解时问５～２４ｈ，崩解量１．７９～ ３４，以蒙脱石、水云母、高岭上为土的残积土以散开办式崩斛， 以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。④给水性，是指住重 力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流 ‘定水鞋的性能， 以给水度表示。给水度是含水层的‘个重要水文地质参数，电影 响场地疏干时间。给水度 般采 实验室方法测定。⑤胀缩性， 是指岩土吸水后体积增大，失水后体积减小的特性，岩Ｌ的胀缩 性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚，失水变薄造成的。甜』：的 胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原ｌ大Ｊ之 ，埘地基变 形和土坡表层稳定性有重要影响。标定岩上胀缩性的指标仃：膨 胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水 性质尚 持 水性、容水性、毛细管性、可塑性等等，在这里不再…一叙述。 ４结语 水文地质工作在建筑物持力层选择、基础设计、 拌地质火 害防治等方面都起着重要的作用，随着工程勘察的发展，其必将 受到越来越广泛的重视，切实做好水文地质 作将对勘察水平 的提高起着极大的推动作用。岩土工程问题中，地下水问题占仃 相当重要的位置，准确合理地杏明地卜水位，不仅使资料的 靠 程度更高，而且可更好地用岩土体的潜在能力。凶此，为提商ｌ＿ 程勘察质，在工程勘察中不仅要求查明与岩 工 订天的水文 地质问题，以消除＿卜水对岩土ｊ二程的危害随着上程勘察的发展， 其必将受到越来越广泛的重视，切实做好水文地质１一作将对勘 察水平的提高起极大的推动用。 （ｆ１：者单位：广东省［：程勘祭院）