某地区工程水文地质条件勘察分析

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闫怀进、聂晶杰、王玉刚

青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局)山东省青岛市266100

摘要

随着社会经济和建筑业的发展,工程建设项目日益增多。水文地质条件是影响工程建设质量、安全和稳定的关键因素之一,只有掌握准确的水文地质资料,才能确保工程结构设计质量。本文将结合实际工程项目,探讨水文地质条件勘察工作的重要性和方法。


关键词

工程项目;水文地质条件;勘察方法

正文


1. 工程概况

供水工程是保障居民生活和经济发展的重要基础设施,某新建供水工程所在地区属于典型的亚热带季风气候,降雨量充沛,地下水位较高。为了确保供水工程的顺利进行,对工程场地进行了详细的水文地质勘察,通过地质勘察分析环境水对建筑混凝土结构、钢筋、钢结构的腐蚀性及场地砂土液化、各土层渗透性及土层开挖参数。该供水工程年均取水量为4.8/s,设计管道引水流量为1.1亿,工程类别为II级。工程包括3级次要建筑物与2级主要建筑物。

 

2. 水文地质条件勘察的意义和目标

2.1意义

水文地质条件勘察对于工程项目的成功实施至关重要。其主要意义在于:

1)评估地下水对工程结构的影响:通过勘察,可以了解地下水位的变化规律、地下水的化学成分以及地下水的流动特性,从而评估其对工程结构的腐蚀性、浮力作用以及可能引起的土壤侵蚀等问题。

2)优化设计方案:准确的水文地质资料有助于设计人员选择合适的结构形式、材料和施工方法,以适应特定的水文地质条件,确保工程的稳定性和耐久性。

3)预防和减少工程风险:勘察结果有助于识别潜在的地质灾害风险,如滑坡、地面沉降、砂土液化等,从而采取相应的预防措施,降低工程风险。

4)环境保护:勘察工作还可以评估工程建设对地下水环境的影响,为制定环境保护措施提供科学依据,确保工程建设与环境保护的协调发展。

2.2目标

勘察工作的目标主要包括:

1)获取准确的水文地质数据:通过钻探、取样、试验和监测等手段,获取地下水位、流量、水质、土层渗透性等关键参数。

2)分析地下水运动规律:研究地下水的补给、径流和排泄条件,建立地下水流动模型,预测地下水位变化趋势。

3)评估地下水对工程的影响:分析地下水对建筑材料的腐蚀性、对工程结构的浮力作用以及可能引起的土壤侵蚀等问题,提出相应的防护措施。

4)提供工程设计和施工建议:根据勘察结果,为工程设计和施工提供科学依据,包括选择合适的施工方法、确定开挖深度和支护结构等。

 

3. 水文地质条件勘察方法

3.1地质测绘与遥感技术

地质测绘是水文地质勘察的基础工作,它通过实地调查和测量,可以详细了解工程场地的地形地貌、地层结构、地质构造等基本信息。这些信息对于工程设计和施工具有重要意义。遥感技术则利用卫星或航空摄影获取的图像资料,可以快速识别大范围内的地质特征,为地质测绘提供辅助信息。通过遥感技术,可以更高效地获取地质数据,提高地质勘察的效率和准确性。

3.2钻探与取样

钻探是获取地下地质信息的重要手段。通过钻探,可以取得不同深度的岩土样本,进行物理和化学性质的分析。这些样本可以帮助我们了解地下岩土的组成和性质,为工程设计提供重要依据。取样时应确保样本的代表性,避免因取样方法不当而影响结果的准确性。只有确保样本的代表性,才能准确评估地下岩土的性质,为工程设计和施工提供可靠的数据支持。

3.3地下水位和流量监测

地下水位和流量的监测是评估地下水运动规律的关键。通过布设地下水位观测井,定期测量地下水位变化,结合气象资料,分析地下水位与降雨量、蒸发量之间的关系。流量监测则通过安装流量计或采用示踪试验等方法,获取地下水流动速率和方向。这些监测数据对于评估地下水的运动规律、预测地下水位变化趋势以及制定合理的水资源管理策略具有重要意义。

3.4土壤和水质分析

土壤分析主要关注土层的渗透性、压缩性、承载力等物理性质,以及土层中可能存在的腐蚀性物质。这些性质对于工程设计和施工具有重要意义,如影响基础的稳定性和耐久性。水质分析则包括对地下水的pH值、矿化度、硬度、溶解氧含量等指标的测定,评估地下水对建筑材料的腐蚀性。这些指标对于评估地下水的质量、制定合理的水资源利用和保护策略具有重要意义。

3.5数值模拟与预测

利用收集到的水文地质数据,建立地下水流动和溶质运移的数值模型,模拟地下水运动规律和污染物扩散过程。数值模拟可以预测未来地下水位变化趋势,为工程设计和环境保护提供科学依据。通过数值模拟,可以更准确地评估地下水运动规律,预测地下水位变化趋势,为工程设计和环境保护提供科学依据。

3.6地质灾害风险评估

结合地质勘察结果,评估工程场地可能存在的地质灾害风险,如滑坡、地面沉降、砂土液化等。通过分析地质灾害的成因和影响因素,提出相应的预防和治理措施,确保工程安全。地质灾害风险评估对于工程设计和施工具有重要意义,可以提前发现潜在的地质灾害风险,采取相应的预防和治理措施,确保工程的安全和稳定。

 

4. 勘察结果分析

4.1水文地质条件

在工程区域内的A点、B点、C点三个位置进行了钻探取样,以获取地下水样本。依据相关勘探标准对所取得的水样进行了分析,结果记录于表1中。分析结果显示,混凝土结构遭受地表水及地下水的中度腐蚀作用,而钢结构则受到轻微腐蚀。至于混凝土内的钢筋,则不会受到这两种水源的腐蚀影响。

1场区地下水对不同结构的腐蚀性测试结果

水样

材料种类

钢结构

钢筋混凝土

中的钢筋

混凝土

硫酸盐型

镁离子型

重碳酸型

碳酸型

一般酸性

采集点

测试指标

+含量

折算后含量

含量

含量

含量

侵蚀性含量


Mg·

Mg·

Mg·

Mg·

Mg·

Mg·

pH值

A点

测定值

47

20

28

2

0.43

8

6.5

腐蚀程度

弱腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

中等腐蚀


无腐蚀


弱腐蚀

 

B点

测定值

36

15

20

3

0.65

3

6.2

腐蚀程度

弱腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

中等腐蚀


无腐蚀


弱腐蚀

 

C点

测定值

34

11

24

2

1.1

17

6.5

腐蚀程度

弱腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

无腐蚀

弱腐蚀


弱腐蚀

 

在输水管道的铺设路线上进行了视电阻率测试,详细数据见表2。根据表2的分析结果,管道沿线的土壤对钢结构存在轻微至强烈的腐蚀性。因此,在进行工程建设时,必须对输水管道采取相应的防腐措施。

2管道沿线土体对钢结构的腐蚀性测试结果

孔点编号

土层类别

测点深度/m

腐蚀等级

视电阻率/Q*m


ZKY35

淤泥

3

强腐蚀

4.1

4

强腐蚀

2.4

5

强腐蚀

1.9

6

强腐蚀

1.7

7

强腐蚀

1.9

粉质黏土

3

微腐蚀

234

ZKB15

5

微腐蚀

213

含砂粉质黏土

7

微腐蚀

289

 

4.2工程地质条件

经由钻探调查分析,供水管道沿线的土层自上而下依次为:人工填土(1)、淤泥质黏土(2-1)、淤质中砂(2-2)、粉质黏土(3-1)、淤质黏土(3-2)、泥质细砂(3-3)、粗砂(3-4)、砂砾卵石(3-5)以及粉质黏土(3-6)。参照类似工程的实践经验,各建筑物场地及输水管线舱体的土质类型属于中软场地土,场地类别定为II类。基于此分析,为各土层开挖时边坡稳定性提供了建议参数值,详见表3。

3各土层开挖时边坡的建议参数值

土层层号

土体类别

永久边坡比

临时边坡比

土体状态

1

人工填土

1:1.51:2

1:1.251:1.75

可塑

2-1

淤泥质黏土

不稳定,需设置支护措施

不稳定,需设置支护措施,不宜放坡开挖

软塑可塑

2-2

淤质中砂

不稳定,需设置支护措施

不稳定,需设置支护措施,不宜放坡开挖

松散

3-1

粉质黏土

1:2~1:3

1:1~1:1.5

可塑

3-2

淤质黏土

不稳定,需设置支护措施

不稳定,需设置支护措施,不宜放坡开挖

软塑~可塑

3-3

泥质细砂

1:2~1:3

1:1.75~1:2

松散

3-4

中粗砂、粗砂

1:1.75~1:2.5

1:1.5~1:2

稍密

3-5

砂砾卵石

1:1.8~1:2

1:1.5~1:2

稍密~中密

3-6

粉质黏土

1:1.25~1:1.8

1:1~1:1.5

可塑

 

4.3结论分析

通过对工程区域内的水文地质条件和工程地质条件的详细勘察与分析,得出以下结论:

1)地下水对不同结构的腐蚀性分析表明,混凝土结构在A点、B点和C点均受到不同程度的腐蚀作用,尤其是硫酸盐型和重碳酸型地下水对混凝土结构的腐蚀性较强。因此,在工程设计中应考虑采取相应的防腐措施,以延长混凝土结构的使用寿命。

2)视电阻率测试结果表明,输水管道沿线的土壤对钢结构存在不同程度的腐蚀性。特别是在ZKY35孔点,淤泥层对钢结构的腐蚀性较强,建议在管道施工过程中采取有效的防腐措施,如使用防腐涂层或选择耐腐蚀材料。

3)工程地质条件分析显示,供水管道沿线的土层结构复杂,存在多种土质类型。根据土层的物理力学性质,建议在开挖过程中采取不同的边坡稳定性措施。对于稳定性较差的土层,如淤泥质黏土和淤质中砂,必须设置支护措施,以确保施工安全。

4)根据场地类别定为II类,建议在工程设计中考虑场地的中软土质特性,合理选择基础形式和施工方法,以确保建筑物和输水管线的稳定性和安全性。

对工程区域内的水文地质条件和工程地质条件的详细勘察与分析,为工程设计和施工提供了科学依据。建议在工程实施过程中,严格按照勘察结果采取相应的技术措施,以确保工程的安全、稳定和经济性。

 

5. 水文地质条件勘察中遇到的问题及解决办法

在进行水文地质条件勘察的过程中,我们遇到了一些问题,但通过采取相应的解决办法,成功地克服了这些困难,确保了勘察工作的顺利进行。

5.1地下水位波动问题

在某些区域,地下水位波动较大,导致无法准确测量地下水的化学成分和腐蚀性。为了解决这个问题,我们采用了多点监测的方法,对地下水位进行长期观测,以获取更准确的数据。此外,我们还使用了地下水动态模拟软件,根据历史数据和现场监测结果,预测地下水位的变化趋势,从而为工程设计提供更为可靠的依据。

5.2土壤样品的保存和运输问题

在采集土壤样品时,由于样品易受环境影响,导致化学成分发生变化,影响测试结果的准确性。为了解决这个问题,我们在现场配备了专用的样品保存设备,确保样品在采集后立即进行冷藏处理,并使用密封容器进行运输,以防止样品受到污染或化学成分的改变。

5.3地质结构复杂性问题

在某些区域,地质结构复杂,导致勘察工作难度增加。为了解决这个问题,我们采用了多种勘察手段,如地质雷达、电阻率成像和钻探等,以获取更全面的地质信息。此外,我们还邀请了经验丰富的地质专家参与勘察工作,对复杂地质结构进行详细分析,确保勘察结果的准确性。

5.4现场施工干扰问题

在勘察过程中,现场施工活动对勘察工作造成了一定的干扰。为了解决这个问题,我们与施工单位进行了充分沟通,制定了详细的勘察计划,并在施工间隙进行勘察工作,以减少施工干扰对勘察结果的影响。

通过以上解决办法,我们成功地克服了勘察过程中遇到的问题,确保了勘察工作的顺利进行。这些经验将为今后类似工程的勘察工作提供宝贵的参考。

 

语:

本文结合工程实践,探讨了水文地质条件和工程地质条件对工程设计和施工的影响。通过对不同土层的物理力学性质、地下水腐蚀性以及场地类别等方面的详细勘察与分析,为工程提供了科学依据。同时,针对勘察过程中遇到的问题,采取了有效的解决办法,确保了勘察结果的准确性和工程的安全性。未来,在类似工程的勘察和设计中,应继续关注以下几个方面:首先,土壤腐蚀性评估不应仅限于勘察阶段,而应贯穿整个工程的生命周期。建议在施工和运营阶段定期进行土壤腐蚀性监测,以便及时发现和处理可能出现的腐蚀问题,确保工程结构的长期安全。其次,地下水位的变化对工程结构的稳定性有重要影响。建议建立长期的地下水位监测系统,实时掌握地下水位的变化情况,为工程维护和应急处理提供数据支持。通过上述措施,可以进一步提高工程勘察和设计的科学性、准确性和安全性,为工程的顺利实施和长期稳定运行提供保障。

 

参考文献:

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[4] 王健霖.甘孜机场供水水源地水文地质特征及评价分析[J].科技创新与应用,2019(10):63-64.

 


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