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2水文地質對工程項目的危害
據統計,在地質災害中,地下水造成的災害占很大的一部分,因此,要認真分析地下水變化引起的災害,并制定合理的預防措施,確保工程建筑物的安全、穩定,從而為和諧社會的構建打下良好的基礎。
2.1地下水變化引起的工程危害地下水在自然環境和人為因素的影響下,水位會發生升降變化,當地下水位變化到一定程度后,就會對巖土工程造成危害,從而對整個工程項目造成危害。引起地下水為上升的主要因素有降水量的增加、氣溫的變化、人工灌溉、施工破壞等,地下水位上升會加快土壤中鹽堿化現象,加大地下水對工程建筑物的腐蝕;地下水位上升后,斜坡、河岸還會產生比較嚴重的地質災害,例如斜坡崩塌、滑移等,對工程項目造成嚴重的破壞;地質水位上升還會造成巖土體軟化、強度下降等現象,從而對工程項目的穩定性造成影響。引起水位下降的主要原因是人為因素造成的,例如河流改道、地下水排除等,當地下水位下降后,巖土層會變硬,在這種情況,很容易引起地面開裂、沉降等現象,對地質條件產生嚴重的破壞,從而對工程項目造成影響。受各種因素的影響,地下水位會出現反復變化的現象,這樣很容易造成基礎變形,同時地下水位反復變化還會將巖土層中的膠結物帶走,降低巖土體的強度,對工程施工造成影響。
2.2地下水壓力作用引起的巖土危害在自然環境中,地下水很少產生動壓力,但受開礦、灌溉等人為活動的影響,地下水的壓力平衡會受到破壞,導致局部產生大的壓力,如果遇到粉土層,就很容易引起流砂、管涌等現象,從而造成基礎變形、位移等現象,甚至會造成邊坡失穩,因此工程安全施工事故,對工程項目的順利施工造成嚴重的影響。因此,在進行工程項目施工前,勘察人員要認真分析人為活動帶來的地下水壓力變化狀況,并根據實際情況,制定合理的防范措施,從而為工程項目的安全施工提供保障。
2.3地下水對基礎的影響當工程項目的基礎需要埋深時,需要考慮到地下水變化對基礎的影響,因此,在進行工程項目基礎設計時,在沒有特殊要求下,要保證工程項目的基礎設置在地下水為上面,如果基礎需要埋設在地下水位以下,要采用合理的方法進行防水處理,為保證工程的穩定性,還要對基礎鋼筋混凝土進行防腐處理。如果基礎埋設在承壓水層中,要根據實際情況采用合理的排水措施,降低地下水水位,防止在施工過程中,出現地下水噴出的現象,對施工的順利進行造成影響。當工程項目處于河岸附近時,還要考慮到地表水和地下水的補給關系,防止地表水對工程項目的基礎造成影響。
1我國地質環境和災害突出和嚴重性
我國環境地質和災害地質極為突出和嚴重,而且有日益惡化之勢。例如我國在經濟調整增長的同時,災害的損失也日漸增大。1989年,災害損失525億元,1990年為616億元,1991年達1050億元,占國民生產總值的1/6。如不考慮物價上漲因素,災害所造成的經濟損失增長1990為17.33%,1991年高達70.45%,問題嚴重,不容忽視。
要把保護地質環境,減輕地質災害工作看作是創造財富的工作,其在社會發展中的作用與地礦勘查工作相同。
水資源的開發利用和合理調配是今后我國值得注意的重大問題。此外,地下水日益短缺,水質不斷下降,過量開采還引起地面沉降、海水入侵等一系列地質災害。土地利用不當,帶來了水土流失、石漠化和沙漠化問題。一些跨世紀的重大工程,對區域的生態平衡和環境也存在著巨大的影響。因此,開展地下水資源和地質環境研究對我國經濟發展和社會穩定具有重大意義。
這方面的研究工作:一是要圍繞重要經濟區和國土整治區、重要城市、重點工程項目、重要交通干線和重點礦山,開展地下水資源合理開發利用和科學管理水資源與環境協調發展、區域地殼穩定性、地質災害預測與防治、地質—生態環境效應、污染的防治等方面的研究,為合理利用水資源、改善和保護環境、減輕地質災害、促進經濟建設和社會發展服務;二是加強區域地質—地球化學環境、生物地球化學特征、生態效應與系統控制,為人類健康與發展農業服務。
2我國地質環境和災害問題研究分析
由于我國地質環境和災害問題突出,除繼續密切結合國土開發整治和國民經濟建設需要,進行完善地質環境區劃和區域評價,加強發展地質環境和地質災害監控—預報—減輕系統以外,要重點開展以下幾個領域的工作:
2.1干旱地區水資源的調查開發利用與保護研究我國干旱區面積占全國面積1/4以上,主要包括新疆大部,內蒙古、甘肅、青海西部、寧夏等,降水量不足200毫米。這里,土地資源、礦產資源飛能源和氣候資源都比較豐富,農業、工礦業發展潛力比較大,但發展中的最大制約因素就是水資源問題。因此,加強西北干旱地區水資源的開發利用與保護研究,具有開發西北超前的戰略研究意義。
2.2我國西南巖溶石山生態環境治理與農業持續發展試驗基地研究我國西南六省巖溶區是世界上最大的聯片巖溶區,是我國重要能源和有色金屬基地。然而近年來石漠化發展速度很快,生態惡化,人民生活貧困,是我國當前最貧窮的地區之一,嚴重制約了當地經濟、社會發展,甚至還會威脅到長江、珠江中下游的生態平衡和發展。西南巖溶地區又是我國四大生態脆弱帶(黃土、沙漠、紅壤土、巖溶)之一,過去國家對其它三個類型的研究,已有較大持續的科技投入,有力地推動了對它們的治理。但對巖溶區,僅“六五”期間組織過一次以治水為主題的攻關,而在基礎問題上無重大投入。
為了盡快改變巖溶山區落后面貌,要在這一地區選出的基礎問題和應用問題開展多學科、多部門的綜合治理試驗基地研究,為巖溶石山治理、資源的合理評價開發、促進西南地區持續發展提供可靠的科學基礎,對全區乃至全球巖溶石山治理都可起示范作用。
①巖溶地區四層圈之間相互作用規律(碳、水、鈣及其它元素環)。②西南巖溶石山的形成演化與人地協調發展關系研究。③巖溶地區資源形成機理和分布規律。④巖溶生態系統的類型、展布規律與經濟開發關系。⑤巖溶地區石漠化的形成條件飛機理和演變過程。⑥巖溶石山區人口、糧食、環境、經濟持續協調發展戰略。
2.3東部沿海地區環境與災害監測、預報和防治系統研究東部沿海地區作為我國經濟改革的窗口,近十幾年來獲得了迅速的發展,成為我國一個重要而又獨特的經濟區域。但是,不能不看到,隨著沿海經濟建設的迅猛發展和對海洋資源的大規模開發,也帶來了日益嚴重的環境問題和災害的激發,自然環境正在進一步惡化。
20世紀70年代以前,我國只有零星的地區發生海水入侵。隨著沿海開發,大量超采地下水、海水入侵范圍不斷擴大,遼寧、河北、山東、江蘇、廣東等省的沿海城市均出現了不同程度的海水入侵。北方城市尤為嚴重,如膠東灣海水入侵速度已從每年數十米增加到每年401米,入侵范圍達627平方公里。海水入侵使陸地上的淡水資源遭到破壞,更加劇了水荒。同時,使大片土地變成鹽荒地,僅山東萊州地區因海水入侵造成的工農業損失累計就高達50億元。過量開采地下水造成的另一災害是地面沉降。我國東部沿海地區已近20座城市出現地面沉降,上海、天津兩城市最大累計沉降量達到263厘米左右,位于長江三角洲的蘇州、無錫、常州、嘉興、肖山地區已發展成數千平方公里的沉降帶,滄州、保定等地的城市地面沉降達2000平方公里。地面沉降使一些民用建筑破壞,地下管道斷裂,加大了海水入侵和內澇積水的危害。
人工采砂、淡水截流、亂采亂挖珊瑚礁和砍伐紅樹林造成海岸的侵蝕,如海南清蘭港沿岸,近十年來海岸線后退了150~200米。海岸侵蝕使海岸建筑、土地資源、旅游資源遭到破壞,威脅到港口、碼頭的安全。
在我國海岸帶上的一些城市、港口、海灣出現了不同程度的環境污染,有的地區甚至相當嚴重,大大超過了國家標準。污染不僅給漁業、鹽業、旅游業造成損失,而且誘發赤潮災害的發生。近年來,我國赤潮發生頻率增高,每年數十次,給生態環境、漁業生產帶來破壞,也威脅到人民身體健康。
特別需要指出的是,沿海地區災害造成的損失有日益增長的勢頭。據統計,由海洋災害造成的損失,20世紀50年代平均每年不足1億元,80年代初期平均每年5億元,1992年則高達100多億元。在某種程度上,海洋災害已成為制約沿海經濟發展的因素之一。
沿海地區在國民經濟建設中占有舉足輕重的地位,沿海開發正顯加速發展態勢。而我國海岸帶從北向南跨越了不同的古板塊,地質環境相當脆弱復雜,一旦遭到破壞,要花很大財力和物力才能恢復。面對這種情況,除了加強對沿海地區開發的綜合管理,建立健全資源、環境合理開發、綜合利用和保護的法規體系,處理好資源、環境和建設的關系以外,要加強對該區環境與災害監測、預報和防治系統的研究程度,力求控制重大地質災害的突然發生和嚴重危害,減輕地質災害造成的損失;另一方面,深入研究各類地質災害的形成機制和發生、發展規律,研制和推廣主要地質災害的調查方面的監測、防治技術。通過這一地區的研究,為全國各地區環境、災害監測、預報和防治,為減輕地質災害積累經驗提供依據。
2.4地表過程與土地的可持續利用研究最近國際地科聯為了參與并推進《21世紀議程》的開展,成立了環境規劃和管理地質學專門委員會(COGEOENNIRONMENT),以便更充分地發揮地質學在環境保護中的重要作用,提高公眾和決策者對地學在有效地管理和保護環境及其資源的重要性認識。最近,該委員會向環境問題科學委員會(SCOPE)提出開展《地表過程與土地持續利用》研究的建議,作為地科聯參加持續發展工作的一個項目,以便在國土利用和規劃中發揮地質學家的作用。
最近一系列研究表明,地表過程對土地狀況有著極大的影響,它們可以限制或增強土地利用變化和工程建設的可能性。據國際地科聯主席W.S·法伊夫(1993)研究,全球表層土壤的年損失率達0.7%,水土流失產生嚴重地質生態后果甚至已超出糧食供應本身的問題。我國不少地區水土流失的情況日趨嚴重,不僅使土壤厚度變化劇烈,而且造成土壤養分降低,土質變差。為了協調和持續發展,我們應從對各種地表過程研究入手,并定量評價水土流失現狀,進而提出地質上的治理措施和方案,以便探索不同類型地區的地表過程與生態系統和農業持續發展的關系,使土地能為人類的繁榮和社會發展而得到持續的發展。
2.5城市廢物的地質安全處置研究目前,城市規模不斷擴大,人口集居密度不斷提高,從20世紀50年代到20世紀80年代,城市人口由0.6億增加到2.2億,城市廢物迅速增長。據1985年粗略統計,僅我國城市垃圾量年產已達5188萬噸,其增長率超過10%,預計現在年產量已達到1億多噸。我國城市廢物排放量大,而且集中,不但至今基本上未得到妥善處置,而且其數量有大幅度增長趨勢,對大氣、地表水和地下水的污染非常嚴重。此外,我國核廢料的安全地質處置,特別是高放射性核廢物的安全隔離還是一項艱巨的任務。為此,地質學家要與其它自然科學家一起,研究城市廢物的地質安全處置技術和方法,實現廢物的安全處置。
2.6化學定時炸彈與人類的生存和健康人類活動對地球環境的影響日益加劇。因此,協調人地關系,探討人地作用機理,揭示人類生存與環境之間的內在聯系,已成為維護人類繼續繁榮和不斷發展的關鍵,并開始成為人類認識地球新的出發點和突破口。
水文地質工程作為地質勘查中的重要組成部分,直接決定著地質工程的建設與發展,在水文地質工程勘查中對地質環境的影響分析是地質勘查的重點對象。水文地質工程涉及到水文指標及地下水位的劃分等具體問題,同時對地質環境具有宏觀影響作用,因此最大限度合理分析當前水文地質工程對地質環境的具體影響,在了解影響的基礎上從事地質工程勘查與建設具有現實性與迫切性。
一、水文地質工程中地質環境的影響分析
水文地質工程一方面涉及到水文地質條件的評價分析,在實際調研的基礎上掌握水文地質工程開展建設區的實際氣象資料,從而獲得相關區域降水量及蒸發量的具體調研數值,為工程建設與開展提供一手資料。另一方面水文地質工程需要做好調研區域水層儲水結構的分析,重點了解水層分布情況,積極分析特定巖石條件結構下對地下水位的影響,為工程建設提供指導與借鑒。水文地質工程地質環境的影響分析具有指導性與科學預見性,是開展大型地質工程建設的基礎環節。除了上述提到的兩個方面,水文地質工程地質環境的影響還表現為水文地質受地下水位及水壓變化對地表建筑物引發的威脅,從理論上說地下水位上升直接引發土壤鹽堿化程度的加劇,土壤鹽堿化作用于特定的土層引發嚴重侵蝕。而反之地下水位的下降對地質環境的影響也十分顯著,引發地面下降及斷層裂縫等嚴重的地質災害,對地下水的質量也造成不小影響。此外開展水文地質工程引發地質環境的不穩定性,受水壓變化控制使得原有的地質結構出現斷裂,形成易損點,嚴重影響當地的自然環境與人文環境。
二、應對水文地質工程地質環境影響的策略分析
(一)積極做好前期調研,加強地質水文的勘查分析
在進行地質水文建設之前,首先采取實際調研的方式切實了解水文地質工程對地質環境的潛在影響,在勘察分析的基礎上制定一系列的預備方案,采取對應措施進行有效防范。其次要做好地質工程建設的安全規劃與部署,積累相應的地質環境水文地質資料,做好前期的影響與成本預算分析,一方面保證水文地質建設對環境影響的最小化,另一方面最大限度保證地質工程建設的可行性與安全性。
(二)加強外在監督與管理,降低地質環境的二次傷害
水文地質工程的開展需要一定的工程監督與管理約束機制,在此基礎上保證管理到位,建設可靠。目前我國水文地質工程在開展實施的過程中缺乏有效監督導致水文地質環境受損嚴重的現象十分普遍,因此加強外在監督與管理顯得尤為重要,只有積極做好工程資金的合理分配,采取最優化最環保的施工方案才能保證對地質環境的危害停留在最小范圍內。
(三)創新技術手段,走生態環保建設發展之路
科技的不斷發展,為我們走生態建設環保建設之路提供了可能,采用先進的管理與施工技術可以獲取最科學詳實的研究資料,采用科學便捷的建設施工方式可以將其對地質環境的影響降低到最小限度。目前我國大部分水文地質建設都積極嘗試采用先進的科技彌補施工過程對地質環境的影響,常見的有應對地質問題的建筑基本加固技術及建筑底層優化技術,有針對地下水質的檢測與過濾技術等等,不一而足。因此通過技術的創新與傳統模式的轉變實現生態建設環保之路的構建,降低水文地質工程對地質環境的影響具有現實可行性與推廣性。
總結
水文地質工程作為當前建筑施工的重要方面,一方面其可以方便我們對自然資源的獲取與利用,方便于我們的生活與生產,另一方面其人為施工對地質環境造成的影響也成為不容忽視的問題。本文對水文地質工程中地質環境的常見影響類型進行分析的基礎上針對性地提出了降低水文地質工程地質環境影響的思路,為當前的水文地質工程建設指明了方向。
參考文獻:
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中圖分類號:F407 文獻標識碼:A
水文地質勘探工作在很多方面都有重要的作用,例如對建筑物持力層的確定、基本設計以及工程整體的地址危害控制等內容都離不開對水文地質的勘探,因此,做好水文地質勘探工作具有重要的現實意義。
1 水文勘探活動應包含的內容
水文地質環境勘探過程實踐中,一般要從以下幾個方面入手進行,首先要研究地下水文環境對建筑物基樁及巖土工程作業所產生的影響,并提出相應的應對措施。
1.2 地下水文勘探工作中,要根據各個建筑物樁基的具體情況來進行分析,結合其實際需要確定相關的地質內容,只有這樣,才能夠保證水文地質材料的真實性、科學性,同實際狀況相符合。
1.3 要根據地下水文環境對巖土工程的影響提出具體的應對措施。
①地下水水位線以下的建筑物基樁中水對砼及砼內鋼筋的腐蝕性。②對選用軟質巖石、強風化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎持力層的建筑場地,地表下含水層中持續的水源活動會導致地下巖土層硬度下降、開裂、體積變大或縮小,所以地下水活動對地質的應該被著重記錄。據研究可知,當建筑物基樁所在的地層深度含有松散、飽和的粉細砂、粉上時,應預測產生潛蝕、流砂、管涌的可能性。③如果勘探地區的地層結構中存在承壓含水層,應對基坑開挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性進行計算和評價。④在地下水水位下建設建筑物深基坑,應進行滲透和富水試驗,要充分分析人為降低地下水水位導致的地下環境改變對附近建筑物結構帶來的危害。
2 巖土水位環境研究
巖土水理性質說的是在地下水互相作用的同時表現的物理特性,巖土水理性質在地下水文勘探中主要用于研究巖土強度變化和脫水或吸水后巖土層物理形變產生的對附近建筑物結構安全造成隱患。以前的勘探工作中,對其水理性質的研究就不夠充分。巖土的水理性質是巖土和地下水互相作用展現的結果。
2.1 地表下水儲存按貯存形式和物理性的不同可以分為重力水、毛細管水以及結合水三大類型。其中結合水根據結合強度的不同又可以細分為弱結合水和強結合水。
2.2 巖土水理性質及測試辦法:①軟化性,主要是對演示耐水浸水能力、耐風化能力加以判斷的指標。一般粘土層、頁巖、泥沙質巖、泥巖等都存在一定的軟化性。據研究得知,如果地下環境中存在易軟化巖層,在地下水的長期持續侵蝕下逐漸產生軟弱夾層。②透水性,是指巖土層可以析出水分的物理特性。巖上體滲透系數,是一項重要紙幣,在地質調查中靠抽水試驗獲取,在勘探后活動中,物理特性中的透水性通常用滲透系數測算。③崩解性,說的是巖浸水濕化之后,因為土粒遭受到損壞,使得其整體的土質崩解。④給水性,飽水巖土在地球重力影響下從縫隙中滲出水分,通常用給水度來衡量滲出水的量。在地質勘探活動中給水度是一項重要的指標,對場地疏時間產生重要影響,給水度主要通過幾項實驗進行測定。⑤脹縮性,說的是巖土在吸收充足的水分之后體積有所增加,在失去水分之后體積有所減少,這種特性的根本就是因為其表面的顆粒通過吸水增加水膜的厚度,以及水膜脫水導致形變而產生的。
3 要充分考慮地下水文條件對巖土工程的影響
地下水水位的降低和升高以及其壓力變化等原因導致了地下巖土工程施工過程中的安全隱患。
3.1 地下水位環境的變化會給巖土工程作業帶來一系列的不良影響。自然力和人為因素都會導致地下水文環境的變化。如果地下水水位劇變,會對建筑深基坑工程造成不可挽回的損失,也會嚴重影響周圍建筑物的結構穩定性。地下水位環境的變化所引發的損害還有以下幾種形式
3.1.1 地下水水位升高會導致巖土工程安全隱患
導致地下潛水水位升高的原因很多,最重要原因是受水位環境的影響使地下含水層和總體巖發生的改變以及水文氣象原因的變化引起的作用,包括降水和氣溫等內容,另外還有人為影響的灌溉和施工等方面的內容的作用,還有的會是多方面因素作用的效果。
3.1.2 地下水水位降低會對巖土工程作業的安全進行產生影響。人為活動也可以使地下水水位降低,假如用抽水泵大量抽取地下水,為開采化石能源將地下水抽出,再如一些大型水利工程的建設會對地下水水位產生影響。地下水水位降低速度的增長,會引起包括地裂、地面塌陷或者沉陷等自然現象,嚴重的情況還會有水源枯竭、水質遭污染的現象,這些情況會對水體、土質和建筑以及人類的正常生活產生不良影響。
3.1.3 地下水水位變化會妨礙勘探活動。地下水水位上升與下降,地下巖土會不均勻的膨脹,導致地下環境變化。地下水水位如果變化幅度多大,地下巖土環境的形變量也隨之增長,再有一些小型的建筑也會因此產生地裂的現象。地下水升降的變化會受到多方面原因的影響,包括地下水滲透在內的多種原因會淋失土壤當中的鐵鋁成分,這樣一些膠結物的流失會引起土層的松散,另一方面其水分的含量也會有所增加,同時壓縮模量和土壤的承受力也不如從前,對于基礎性的工程內容和后續處理有一定的影響。
3.2 地下水動壓力給與巖土工程的壓力損害
在自然環境下地下水的壓力的作用不大,這樣就會形成一定的巖土工程損害,包括流砂、管涌、基坑突涌等。這些內容的構成和預防都已經具備了詳細的記錄,有關人員可以獨立搜集查閱。
結語
根據以上內容總結,我們可以知道水文地質工作在多方面都有重要的應用,包括建筑物持力層的確定、基本設計以及工程整體的地址危害控制等內容,工程勘察領域的工作水平不斷發展,必然會使得這方面的工作受到更好的管理和關注,落實完善水文地質工作會對提升其勘察能力有重要的作用。
1.1水文地質類型區的定義
所謂水文地質類型區,就是根據巖層下面地下水的分布形態、地貌特點以及含水層的成因相似性即其附近的巖石結構條件等內容對地下水進行不同區域的劃分,使其按照各自的特點形成獨立或相對獨立的地下水分布區域。
1.2水文地質類型區的特征
在將地下水劃分為不同水文地質類型區時,要使其形成一定的特色,即能夠與其他水文地質類型區有著明顯的不同特征。一般來講,每個水文地質類型區獨特的特征應該從地下水的流域面積及水流流動特點開始分析,并對其周邊的地質與水文地質情況進行調查,指出其在自身空間范圍內的地下水存儲與運動,以及其自我補給、徑流和排泄的方式和過程。
1.3水文地質類型區的劃分原則
從上述對水文地質類型區的定義域特征分析可以看出,其區域的劃分并不是隨意進行的,而是通過一定的原則、規律和標準而進行區分的。一般來講應該遵循以下原則:¹水文地質類型區的勘查要能夠與地下水的評價進行密切的配合,只有這樣,才能夠提高類型區勘查的實際作用。水文地質的成因主要是由于地下水與巖層共同作用而形成的,因此,在水文地質的勘查中也要能夠密切注意地質成因的研究工作。»要能夠將地下含水層的各種介質類型與地質的巖性、埋藏條件以及地下水化學類型等進行密切的結合,只有這樣,才能夠擴大水文地質勘查的范圍。水文地質勘查區的劃分要能夠達到分類命名簡單、便于水政管理等目的。
2工程勘查中水文地質的勘查要求
在實際的建筑工程設計中,對于水文地質的勘查各自有著不同的側重點,因此,應該在明確了巖土工程對于水文地質勘查的要求以后再進行實地的地質勘查。繼而通過勘查所得的資料,對當地的水文地質條件進行分析。一般來講,需要注意以下幾點要求:
2.1自然地理條件
在水文地質勘查中,首先需要對自然地理條件情況進行勘查和研究。自然地理條件主要包括地貌地形以及氣象水文特征等內容。其中,氣象水文特征主要指的是建筑工程所在地的氣候條件,主要包括氣候帶的分布情況,熱量以及濕潤情況等。
2.2地質環境
在水文地質的勘查過程中,水文條件與地質是分不開的,因此,需要對地質情況進行熟悉和了解。地質環境涉及的內容主要包括工程所在區域的地質構造特征、基底構造及其對第四系厚度的控制、地層巖性、新構造運動等方面的內容。
2.3地下水位情況
地下水位勘查是水文地質勘查的重點項目,其勘查的內容主要包括近年來地下水位的最高水位以及最低水位以及水位的變化趨勢,地表水與地下水的補給關系以及地下水的補給排泄條件等,地下水位的變化情況對于巖土工程的建設和后期使用都具有重要的影響,因此要加強對地下水位的勘查工作。各含水層和隔水層的埋藏條件、地下水類型、流向、水位及其變化幅度。主要研究的內容包括,含水層的分布、厚度及埋深;通過現場試驗測定地層滲透系數等水文地質參數等;場地地質條件下對地下水賦存和滲流狀態的影響、判定地下水水質對建筑材料的腐蝕性等。
3工程地質勘查中水文地質問題評價內容分析
在工程建設過程中,對于工程質量影響較大的水文地質因素有很多,主要包括地下水位及變動幅度、地下水的類型、土層或巖層滲透性的強弱及滲透系數以及含水層和隔水層的厚度和分布及組合關系等。為了綜合提高地質勘查水平,需要對地質勘查中涉及到的水文地質問題進行重點研究。通過對水文地質條件的分析,不僅能夠對水文地質問題有明確的認識,而且能夠對地下水對工程地質的影響做出明確的評價,進而能夠針對可能出現的情況采取一定的措施。這能夠在很大程度上消除建筑工程建設的盲目性,提高建筑工程的整體建設水平。很少有針對實際的工程需要來分析地下水可能會產生的危害的報告,這是當前的地質勘查工作中的缺陷與問題,必須要進行改進與完善。為此,筆者提出,在未來的工程進行地質勘查時,至少需要從下述幾點內容對水文地質進行評價:
3.1注重地下水對巖土體和建筑的影響
在工程建設過程中,地下水是影響建筑質量的重要因素,因此,在工程地質勘查中,應重點評價地下水對巖土體和建筑的作用和影響,預測可能產生的巖土工程危害,做出相應的防治措施的準備工作。
3.2水文地質對地基的影響
對于一項建筑工程來講,地基是最重要的部位,其施工質量的好壞,直接關系到整個建筑工程的質量。因此,在工程地質勘查的過程中,要能夠加強研究與地基有關的水文地質問題。工程地質勘查中要密切結合建筑物地基基拙類型,查明與該地基基拙類型有關的水文地質問題,提供選型所需的水文地質資料。
3.3加強對地下水賦存狀態和變化規律的研究
在工程地質的勘查過程中,要能夠對水文地質自身的狀態進行分析和研究。在地下水勘查過程中,應該對地下水的天然存在形態和今后可能的變化情況進行科學的研究,此外,更為重要的是,要能夠對地下水的存在對于建筑工程的建設以及使用情況產生的影響進行分析,從而能夠避免地下水對建筑工程造成的負面影響。此外,值得注意的是,地下水位的存在和變化情況對于每一種建筑物都具有很大的影響。因此,在進行工程地質分析的時候,要能夠對地下水位之上和地下水位之下的情況進行區別對待。
4地下水位變化對巖土工程的影響
膨脹性巖土如果產生不均勻的脹縮變形,大多數情況下都是因為地下水位的升級所引起的,如果升降變化比較大就會導致嚴重的地裂災害的發生,進而對建筑物產生較大的破壞,甚至會造成坍塌。所以在發現地下水位出現頻繁升降變化的時候,要給予足夠的重視,在進行膨脹性巖土地區的勘查工作過程中,應著重對該地區的水文進行詳盡的研究和數據分析,進而掌握地下水位的升降變化規律。只有通過對地基基拙深度的選擇依據水文的地下水位變化這個原則的有效執行,就可以盡可能避免出現變形和受損。如果當水位壓縮層的范圍內變化,就可能會讓地基發生軟化現象,導致地基強度降低,就可能讓建筑物發生沉降和變形,所以在實際施工中一定要對地下水位的升降變化給予高度重視,以避免對巖土工程產生破壞和影響。
1)地下水位上升引起的工程危害。巖土工程所出現土壤沼澤化、鹽漬化等現象及其所導致的成巖土工程質量下降是由水位上升引起的,地下水位上升對于建筑物的腐蝕會造成更加嚴重的影響,建筑物更容易壞掉,不能長久的使用,導致人力,物力,財力的大量浪費,給國家經濟造成不利影響。部分水位上升還是引起巖土結構破壞的主要因素,同時會造成巖土層結構強度降低而出現流砂、管涌等現象。在實際地質工程中,大量降雨、溫度上升、含水層結構及總體巖土性質改變等是導致水位上升的主要因素。
2)地下水位下降引起的工程危害。地下水位降低可以導致地面下降,工程地面出現塌陷,整個建筑物會坍塌,不僅造成財力的浪費,還可能會造成人員傷亡,后果不可想象。地下水位的惡化主要就是地下水的枯竭造成的,會影響到工程地質的穩定性和安全性。導致正常地質地下水位下降的主要的原因包括采礦人員采礦活動、建筑水庫補給、地下水大量抽取等一些人為因素。
3)地下水位頻繁升降造成的工程危害。頻繁升降的現象有時候會在地下水中出現。巖土層膨脹以及巖土出現不均勻脹縮都是由地下水位頻繁升降導致的,巖土層出現變形往復所導致的地下巖土層中的鋁、鐵等物質喪失的主要原因就是膨脹收縮。進而出現上層土層失去膠結物以及巖土層表面出現松動的現象,降低了整體的巖土層效果降低??梢姷叵滤活l繁升降造成的后果也是十分嚴重的。
4)地下水動壓力作用引起的工程危害。地下水天然動力平衡效果降低導致的移動水壓的改變在很大程度上是由地下水動壓力改變引起的,同時巖土層所出現的流砂、管涌、基坑突涌等導致的水文地質整體狀況大幅降低的現象也是巖土工程地下水動壓力改變引起的。除此之外,地下水動壓力作用還可以導致地下水天然動力平衡的條件發生轉變。
2解決水文地質問題的有效措施
水文地質對于地質勘查越來越重要,采取切實有效的方法對水文地質的各種有關參數進行測定對于提高工程施工的安全性。保證建筑的穩定性以及避免人為誘發水文地質災害的發生有著非常重要的作用,應當對其進行正確客觀的評價。為了充分發揮水文地質在工程地質勘察中的積極作用就要做好水文地質勘察工作,那么,面對以上水文地質問題,我們該采取哪些措施去有效防治呢?
1)詳細的水文地質評價內容。巖土工程勘察報告是展示工程地質勘察的最終成果的主要方式,建筑工程地基基礎設計及施工都是以巖土工程勘察報告為主要科學依據的。全面可靠的報告內容能夠保證后期工程設計施工的安全性,報告內容的錯誤會造成非常嚴重的后果,一點點的差錯就會引發不可想象的后果,因此要求技術人員必須要有耐心與責任心。在水文地質評價的報告中除了要將下水類型,含水層的埋深以及具體的分布狀況、巖土類型、巖土厚度,靜止水位、涌水量、地下水流向以及水力坡度內容包括在內以外,還應該包括各個含水層間的水力聯系以及含水層與地表水體間的水力聯系;地下水的補給和排泄情況等
2)調查準確的工程地質條件。應該將地形地貌、水文地質、巖土的物理力學性質,地質現象等條件作為工程地質勘察中的工程地質條件。在調查這些工程地質條件時,要做到準確詳細。為確保建筑的安全防護措施提供相關科學準確的依據。為了預測工程地質作用會帶來什么樣的影響應當給出正確的客觀的評價,應當查明工程地質條件并結合項目的具體特點,確保對建筑實施具有科學準確性的安全措施。
2我國鐵路工程地質勘測的主要方法
2.1傳統的地質調查測繪方法在鐵路進行地質綜合勘查時,此傳統方法是最基本的勘探方法,其主導了各個勘探階段的地質勘查工作,為勘探點的布置和各種不同技術方法的選擇提供了依據。傳統的地質調查測繪方法貫穿了地質勘測工作的全過程。
2.2遙感技術方法遙感技術在對我國鐵路工程進行勘察時,是利用遙感圖像判釋技術,對鐵路工作的地質進行調繪。此方法是通過遙感圖像獲取信息迅速全面、視域寬闊的特點,在宏觀上,對鐵路工程所處地的地質情況進行初步的查明,避免重大不良地質對我國鐵路工程施工的影響。遙感技術改變了常規的調查方法,使其調查方法由點到線到面的模式變成了由面到線到點的模式,使用判釋成果來對地面調繪進行指導。遙感技術的基本方法是指以遙感圖像的綜合對比分析和判釋方法,從宏觀上調查鐵路工程所處地的工程地質、水溫地質以及區域地質等情況,為鐵路工程通過地的地質條件評判提供依據。在一些特殊的地質段以及資料缺乏的鐵路施工地區,比如出現施工地區地形和地質復雜、有越嶺隧道工程的鐵路項目等情況時,其作用非常明顯。
2.3物探技術方法物探技術方法具有勘探深度相對隨意、方法多的特點,在大面積勘測時,使用點、線、面相結合甚至是三維勘探,是我國鐵路工程地質勘查的重要手段。有效合理的應用物探技術,可以提升地質勘查的宏觀控制水平,有效降低鉆孔布置的盲目性,提高其利用率。另外,物探技術可以勘測地層的磁化率、電阻率、彈性波速度、放射性、地溫等,為鐵路工程施工方案的設計提供多種參數。物探技術方法在使用時的原則是:1)物探是鉆探前的先行工作,通過利用其信息量大和測點密集的優點,可以使用剖面性、全面性或者是透濕性探測技術,分析地下異常點,依據物探的異常、物性分區分段及界面合理經濟的布置來設置鉆孔點。2)使用此方法時,應注意將物探出的異常點與實測資料、地質鉆孔資料和地質調繪資料相結合進行分析。依據物探方法取得勘查對象的物性參數,提升物探技術的解釋精度。3)在遇到使用一種物探方法無法完全解決在勘探時遇到的問題時,應與其他物探方法相結合使用,進行綜合性的地質物探。并且應考慮工程所處地的地形、地貌等干擾因素,進行合理的組合應用,確保地質勘查準確性。4)在選擇合理的綜合物探方法時,不僅要考慮勘查的效果性,也要考察方法的經濟性。
2.4鉆探技術方法鉆探技術為鐵路工程設計施工提供了科學的依據??煽辈楣こ趟幍氐幕A地質條件,對所處地的水文地質進行試驗并獲取土工試樣,且對其他勘探技術的推斷和解釋及地質調繪進行驗證。在鐵路工程地質進行綜合勘探時,應注意其勘探原則。第一,關于重點工程較深程度的鉆孔,都應該對其進行相應的孔內測試或者物探測井。第二,在孔位進行布置前,要求對地質進行詳細的地質描繪和物探工作。
2.5土工試驗方法土工試驗方法指在地質勘查時,對所處地的地質進行野外采樣,在室內對樣品進行相應的物理力學和化學等指標的測試,獲得按工程設計與施工時需要的實驗參數指標。為鉆探、物探、原位測試進行土名鑒別及獲取試驗指標提供依據。
2.6原位測試方法原位測試方法指對現場的地基土進行多種參數的測定獲得施工需要的土樣指標,是鐵路工程地質勘測中經常使用的手段。其主要方法包括載荷試驗、靜力觸探、十字板剪切試驗以及預鉆式旁壓試驗。
2.7綜合勘探技術方法綜合勘探技術方法指對鐵路工程的地質實施勘探時,在利用遙感技術進行地質測繪的條件下,充分合理的與物探、原位測試方法、鉆探等各種勘探方法相結合來勘測地質。各種方法通過取長補短來獲得多性狀的地質信息,提高鐵路地質勘探的效益和質量。此方法尤其適合于大型的地質復雜型工程以及前期鐵路選線的地質勘查。
3幾種不同地質條件下的地質勘探方法
3.1關于巖漿巖及深變質巖地區的地質勘探方法1)在基巖覆蓋地區的勘探方法。在基巖覆蓋地區施行地質勘探時,探測較大范圍的覆蓋層厚度以及貫穿覆蓋層對地區地下地質結構進行勘探,可以采取電剖面法和地震折射波法,這些方法精密度比較高而且效果比較好。另外,也可以采用電測探法,此方法在探測覆蓋層與風化層厚度上的效果相對較好。若在探測時覆蓋層下面出現明顯的磁性差異情況時,應利用磁法對其進行勘探,確定隱伏的斷層位置和基巖的巖性。2)在小于500m埋深的基巖地區勘探方法。對此地質進行勘探時,因不明顯的地層對比標志,所以使用地質調繪方法難度系數較大,應使用綜合物探方法。其中物探方法的選擇應根據地質問題和條件來確定,在實施中,可采用彈性波速度法等方法來實施勘探。3)在偏大埋深(200m~2000m)基巖覆蓋或者地區的勘探方法。在對較大深埋基巖覆蓋或者地區采用電法和地震勘探效果不佳時,可以使用大地可控源音頻大地電磁法和高頻大地電磁法對此地區進行勘探。
3.2沉積巖及淺變質巖地區的地質勘探方法1)在平緩褶曲結構區的勘探方法。在此地質中,其地質構造多是以交互的砂頁巖地層、含煤地層、軟硬相間地層以及石膏等級軟地層等一些地層組成的。在平緩產狀的巖層呈現格曲或者單斜狀態時,應該使用電測探技術方法和地震反射波技術方法來獲取三維或者二維地層發射圖,并與控制性鉆孔相互配合,對此地區地質進行準確的勘探。2)在單斜巖層結構區勘探方法。在進行該地區的地質勘探時,如果調查測繪方法獲得的資料可以通過地表各層巖性推判地下設計標高時,此時應采取地震折射波技術方法勘探淺部完整基巖的界面速度。依據地質調繪和航片判釋方法獲取巖層的產狀,從而通過地層波速推測設計標高,且在鉆孔時使用聲波測試對此地區的各地層巖性進行勘察,并比較鉆孔和地表兩種方法的縱波速度。如果基巖地區被土層大面積覆蓋,此時除覆蓋地段以外的地區,可以使用衛片判釋和航判釋方法,在覆蓋地區運用綜合物探技術和地質調繪相配合方法,為鉆探布孔做指導。3)在強磁性地層區的勘探方法。在覆蓋層厚的地區,因覆蓋層下基巖有不一樣的巖層,因此會出現磁性差異現象??刹捎么欧碧郊夹g對隱伏的斷層的位置及基巖的巖性進行勘探,并和電法及彈性波探測法相結合對該區地質進行勘察。
3.3在松散沉積層地區的勘探方法1)地質為細顆粒土時。在此地質上,應該在地質調繪的前提下,應用靜力觸探技術或者動力觸探技術與鉆探方法、物探方法及土工試驗方法相配合,依據不同鐵路工程類型和勘探階段的要求,選擇適合的勘探方法。2)在土石界面層時。在地表是第四系松散地層覆蓋且下伏基巖時,一般在地質調繪的前提下,運用綜合物探方法與動探、靜探鉆探技術相結合的模式,依據彈性波速度和電性的差異性,顯示電剖面法、電測探法和地質折射波法的作用,對此地質進行勘探。
1.1全斷面開挖法全斷面開挖法又被叫做全斷面掘進法。在隧道設計中開挖斷面,從而可以在一次施工中完成開挖斷面的方法。一共有三種方式開挖:新奧地利全斷面開挖法、護板全斷面開挖法和掘進機護板全斷面開挖法。這種施工方法的操作相對簡單,一般常規的工作順序有:使用移動式鉆井臺車,先全斷面一次鉆探并進行裝藥,然后鉆進小車返回到50m安全位置外,然后引爆,一次爆破成型,將鉆孔車開往開挖面推入到位,開始鉆探及爆破作業的下一個步驟。與此同時,在施工前的防水隔離層作為初期的支護,進行第二次的堆砌。這個步驟主要有兩個點比較重要:一是增加了機械施工用具進行二次噴作業,通過兩次的噴,可以穩定地基并且可以加速隧道施工的進度;第二是必須提前進行混凝土的鋪設,并且不滯后200m。這是確保安全質量的一個重要的方法。全斷面開挖法主要使用在Ⅰ~Ⅲ級圍巖。全斷面開挖法的工作特點:優點在于,在一個開放的地點施工,可以相對多一點的使用大型機械;只需要一次開挖,就可以進行工作,加快了工作速度,降低了工作中產生的不必要的干擾。缺點在于,施工連續性很強,需要高度的機械化用具的支持,若某部分出現問題,整體進度都會被影響。
1.2臺階法臺階法又分為正臺階和反臺階法。施工在穩定性差的巖石,整個隧道斷面分為若干層,由上到下段開挖,前后各從一個小一些積極步驟形成開挖面。上部臺階的鉆研作業和下部臺階的出渣可以同時進行,而使效率可以改善。之后,整個斷面開挖出來后,然后由邊墻到拱頂襯砌。在隧道的第一層頂部的第一個挖掘是一個彎曲的導坑,需要鉆更多的井眼,以防止倒塌。導坑超前距離很短,使石碴爆破直接拋落到范圍以外的坑,以減少扒碴的工作量,提高施工速度。如果巖石隧道頂部松動,應立即用臨時支撐螺栓或鋼拱坑,以防止倒塌。臺階法作為目前的最廣泛的應用方法,缺點在于上部作業和下部作業有相互的干擾,這時候技術人員和施工人員就應該注意下部作業對上部結構的穩定性的影響。
1.3分部開挖法較為軟弱的圍巖不能大斷面的開挖,應該采取分部開挖的方法。當前的分部開挖法有三個主要形式:預留核心土法,雙側壁導坑法,交叉中隔壁法和中隔壁法。預留核心土法主要用于五到六級的圍巖隧道的施工。施工順序主要分為:初期的人力和機械相結合的施工,在開挖拱部土體的支撐;在初期的支撐保護下,進行第二次的挖掘,這次主要是挖核心土體和下半部的土體,并且進行封底;根據現場的實際情況,再次進行二次襯砌。這類方法的施工穩定性好,施工安全。雙側壁坑導法也稱為“眼鏡工法”,此方法現在兩遍進行挖掘,再挖掘剩下的部分。這種方法大多用在第四到五級的圍巖,也是能夠在大斷面土質隧道的施工方法。由于這方法先是在兩邊施工,初期的支護由下到上,很好的解決了土體承載力的不足,這樣也保護了施工的安全,控制可能到來的危險,避免出現地表下稱的問題。但是這種方法實施起來很復雜,因為在這種方法的應用過程中有太多的工序,讓技術人員和管理人員的工作變的復雜,會拖慢施工的進度,也會讓隧道施工的成本有不必要的增加。交叉中隔壁及中隔壁法,一般都是沿著一邊從上到下分兩到三步完成,每當完成一部分工作時,都要進行專門的保護措施,例如安裝腳手架,中隔墻的建立,支護的搭建,中隔墻需要分布完成,然后再進行另一邊的隔墻的挖掘,他們的分步次數和支護形成與開挖的次數是相同的。交叉中隔壁及中隔壁法先進行開挖的那一邊要及時的受到保護,完成相應的幾步之后,可以開始另一邊的施工,這樣兩邊的交叉工作可以同時進行并且減少工作時間。
2復雜環境下隧道開挖施工原則
我們所知道的隧道施工,是將山體內的巖石進行挖除,與此同時,也要保持在施工過程中巖石的穩定性。在隧道施工的過程中,最最關鍵的一步是第一步,開挖。因為在開始施工的過程中,對于圍巖的判斷很重要,不僅需要因地制宜,還要擁有正確的開挖方法和過硬的技術支持。這對接下來的工作有著重要的影響。在進行隧道開挖的過程的工作中,我們遵循的基本原則就是:我們要保證首要前提是圍巖一定要穩定,并且不能對圍巖進行進行大規模的擾動。在這種情況下,我們才能進一步的選擇挖掘方法,也能從速度方面得到突破。再考慮如何進行施工的時候,技術人員需要考慮圍巖的地質條件還有變化的情況,這樣的選擇能夠適應地質條件的變化,能夠保證安全,也要考慮威嚴的穩定性;另一點需要考慮的就是在我們挖掘的過程中出現的意想不到的情況,要能夠及時的應付,并保證部隊施工進度產生影響,不會降低施工的安全性。隧道施工中,影響圍巖穩定的最重要的一個因素是施工人員選擇的開挖方法。所以,技術人員一般在選擇前,都會進行專業性的分析,施工是否安全,是否有難度,穩定性怎么樣,施工時間是多少,經濟問題都會被考慮進去,這樣字選擇出來的開挖方法才是最恰當的。橋隧工程1922014年7期(總第115期)只有有原則的分析和綜合選擇的相結合,才能在如何進行隧道施工的方法上選出最佳方案,而這也是每次隧道施工都要遵守的,也是方案選擇和正確解決問題的正確方向。
3結語
本文在對隧道施工方法的選擇上進行了優化的選擇,并且文章從多方面進行分析,通過模擬現場可能出現的情況,施工檢測相結合,重點探索了在隧道施工時,圍巖和支護結構的關系,應力場可能會產生的變化的規律的研究,驗證了選擇隧道施工方法的可行性:隧道施工過程中,相關人員測量出的數據都是對施工的一種反射,他們之間是有著相互聯系的,并且他們的變化也是有規律的。對于測量的結果,我們做要做的分析就是聯系實際,通過當地的時間,空間的變化的發展來分析,只有將我們所收集到的不同的數據進行一定的分析,不考慮偶然因素,就能在隧道的施工和建設中取得更好的進步。
(1)中洲圩興建于1949年,經過1954年在昌江中心3個小洲的基礎上圍墾重建,不斷加固、培修而成的,至1989年基本達到現有規模。其水利設施較差,特別是防洪工程,不能保證區內居民生活、農業生產的需要。
(2)中洲圩保護區地勢低洼,受昌江洪水的影響,頻繁的洪、澇、旱等災害的侵擾,造成該地區的相對貧窮與落后。
(3)圩堤現狀堤身斷面低矮,邊坡陡,達不到設計要求;局部堤段堤身土質差,汛期出現滲漏滑坡險情;堤基未進行防滲處理,基礎出現滲漏、管涌險情;風浪水流對堤坡、岸坡沖刷嚴重;影響大堤防洪安全。
(4)現狀堤頂大部分均已設混凝土路面,均為當地農民逐年集資建設和施工;路面寬度不一,厚度薄,設計施工不規范;由于年久失修破損嚴重。
(5)堤防坡面無硬化護坡處理,雜草叢生,給釘螺的生存提供了條件,為當地血防安全和滅螺工作帶來不利影響。
(6)穿堤建筑物老化失修,涵管管身短,裂縫漏水,不能正常運行,影響大堤防洪安全;且在設計布置時均未考慮血防要求。
1.2工程目標
為了維護人民身體健康,減少洪澇損失,防治血吸蟲病,合理利用水資源,改善河道水環境,加快鄱陽縣中洲圩堤防整治(血防)工程建設是十分必要和迫切的。根據圩堤存在的問題,結合考慮防螺滅螺,進行血吸蟲的防治,中洲圩堤防整治水利血防工程建設內容主要包括:按設計標準加高加固河堤及堤坡硬化護坡處理,并對存在防洪隱患的建筑物進行除險加固處理。
2工程設計
按《江西省鄱陽湖區水利建設規劃》及批復和《江西省1~5萬畝圩堤除險加固規劃報告》,江西省1~5萬畝一般圩堤為5級堤防,確定該工程為5級堤防。防洪標準為防御昌江10年一遇洪水。穿堤建筑物的級別根據其規模按相應建筑物設計標準和SL265-2001《水閘設計規范》確定,但不應低于5級,建筑物的設計洪水位比所在堤段設計洪水位提高0.5m。
2.1圩堤加高培厚設計
該設計堤段土堤采用土堤標準斷面為:設計堤頂超高為1.30m,臨水坡為1∶2.5、背水坡為1∶3.0;設計堤頂寬4.0m,堤頂混凝土防汛公路路面寬3.5m。根據實測資料,圩堤斷面都達不到設計要求,該次設計按設計斷面進行加高培厚。對堤身土料的要求如下。從外側加寬加高的,要求選取防滲性能好的土料,至少與原堤身土質相當的土,新老土結合面必須先疏松土層,并清除表面雜物和不合格土料。從背水側加寬加高的,選防滲性能稍差或與原堤身相同的土,亦須逐層夯壓密實,新老土結合面處理方法與上述方法相同,以利于圩堤防滲及降低堤身浸潤線,增加堤身抗滑穩定和滲透穩定。堤身填土填筑含水量按最優含水量控制,壓實度要求不小于0.90。
2.2護坡固岸
為防止圩堤迎水坡遭受波浪和水流沖刷和侵蝕,結合考慮防螺滅螺,進行血吸蟲的防治,對該次設計的堤段迎水坡進行硬化護坡,背水坡均采用草皮護坡。區內塊石運距較遠,干砌塊石護坡不滿足血防要求,相比漿砌石預制混凝土護坡,造價較為經濟,且防風浪及防螺效果好,施工簡單,進度快,較為美觀,施工質量容易控制,因此該次設計推薦采用混凝土預制塊護坡。混凝土護坡厚度經計算,采用厚10cm,下鋪10cm的砂卵石墊層?;炷令A制塊護坡規格型式:厚10cm,邊長30cm的正六邊形預制塊,采用M10水泥砂漿勾縫,護坡下鋪設10cm厚砂卵石墊層?;炷磷o坡范圍:下至堤腳,上至最高無螺高程線(該工程為設計洪水位)以上0.5m。護坡下設現澆混凝土齒槽,上設現澆混凝土壓頂。根據《江西省鄱陽湖區水利建設規劃》及批復、《江西省1~5萬畝圩堤除險加固規劃報告》及江西省類似工程經驗,對迎流頂沖、急流傍岸、堤外無灘,直接危及圩堤安全的河段,采用平順式拋石護岸形式進行處理。平順護岸主要采用水下拋石固腳處理穩定河勢。根據實測地形資料,設計枯水位以下部分拋石固腳,拋石體頂高程為設計枯水位以上0.5m。岸坡陡于1∶2的拋石體頂寬1~2m,邊坡1∶2,再外拋厚0.6m,寬2~6m的水平護腳,具體寬度視河道寬度、流速的大小和沖刷程度及拋石體高度而定。坡度緩于1∶2的陡岸,按原坡拋護,斜坡上拋石厚度按0.6m控制,拋到緩于1∶3平緩處或河深泓。
2.3穿堤建筑物設計
根據堤防現狀和險情情況,按先除險后加固和輕重緩急的原則,對存在安全隱患大的自排閘拆除重建,并在原設計規模的基礎上增設沉螺池及攔螺網,以便及時排出堤內低洼地域的積水或降低其水位的同時減少有螺面積,達到血防目的。
從以上三種定義的實質中均不難看出,工程地質學強調的工程和地質的關系,研究的是人類工程活動與自然地質環境的相互作用。但是,近年來工程地質學科卻正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質學被異名為巖土工程學,工程地質勘察被稱之為巖土工程勘察。工程界有此呼聲,學術界有此呼應,一些大專院校也紛紛效仿,甚至工程地質這個專業在高校也被取消了。一時間,似乎工程地質已經成了守舊傳統,巖土工程才是先進時髦的,才是可以適應市場經濟并與國際接軌的。這是近年來分歧最大的爭議。
這些年來工程地質勘察的不景氣以及市場競爭的不規范化,工程地質勘察隊伍增加了巖土工程的業務是完全必要的,但將巖土工程作為工程地質的救世主,則值得商榷了。
根據筆者的理解,巖土工程是一項工程應用技術,是針對地質體的工程缺陷實施的工程措施而進行的一系列設計和施工過程的總稱。巖土工程的任務是“處理”地質體的工程缺陷,使之滿足工程建筑物對地基的工程要求,因此又有“巖土工程處理技術”的別名,說明巖土工程的確是一項實實在在的工程技術。確立工程地質學是一門獨立的學科,盡管也僅僅是本世紀初的事,并不象數學、物理學、天文學等等著名學科那樣歷史悠久,然而,之所以將工程地質定義在“學科”這樣的高度上,是因為她具備學科的一些基本特性和基本理論,這就是地質學的基本特性和基本理論,換句話說,工程地質學的基本理論就是地質學(當然更包括數學、力學、化學等等),因此,又將工程地質學界定為地質學的一個分支學科或應用學科,這是符合實際的。工程地質學的最新定義也是較為全面的:研究人類工程活動與地質環境相互作用的科學。顯然,工程地質與巖土工程盡管有相似之處,但也有天地之別。如果將巖土工程界定為工程地質學科的一個分支,好象還說得過去;而反過來用巖土工程來代替工程地質,則實在有些牽強附會。
1997年6月20-27日,國際工程地質學會在希臘召開了一次學術討論會,會上決定將本學會名稱改為:國際工程地質學與環境學會。我國組團15人參加,王思敬任團長。隨后國內也有人提出工程地質學會改名,以便與國際接軌,但一直未獲通過。在近幾年的中國地質學會工程地質專委會會議上,學科和學會更名問題的交鋒一直也沒有停止過。我國工程地質界的前輩專家學者們多數也不同意更名,認為如此嚴肅的基礎性應用性學科,沒有必要放棄自己的傳統風格,我國的工程建設任務十分繁重,工程地質學科的研究和發展前景仍然是艱巨和光明的。
2.工程地質工作的任務
在工程建設中,工程地質工作的任務十分繁重,也異常艱巨,主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建筑地區或場地;②評價,闡明工程建筑區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,準確界定工程地質問題;③預測工程建筑物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和防治工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建筑物所需的天然建筑材料等。
3.工程地質專業的尷尬
工程地質專業是工程建設的基礎性專業,沒有這個專業,一切工程建設均將成為空中樓閣,這是常識性問題,我們在這里反復強調好象有些多于。然而,現實確讓這一基礎性專業處于一個十分尷尬的境地,主要表現在:
①工程地質專業本身的特殊性、復雜性和實踐性;
②專業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,擇業行為中的浮躁動機,專業本身的局限性;
③規程規范存在的問題;
④工程地質勘察技術的局限性;
⑤相關專業對工程地質專業的輕視;
⑥長官意志,某些決策者對工程地質專業的無知或輕視;
⑦世人對工程地質專業的不了解與不理解。
4.在工程建設中的地質教訓
由于地質問題而嚴重影響工程建設的實例太多,教訓太深刻,順手拈來幾個實例:
①云南漫灣水電站左壩肩順層滑坡和建材問題;
②貴州天生橋二級水電站廠址、隧洞等問題;
③貴州東風水電站右壩肩和帷幕線上的巖溶問題;
④烏江彭水水利樞紐前期工作重復問題;
⑤雅礱江錦屏二級水電站巖溶地下水問題;
⑥軟弱夾層的遺漏對工程建設的重大影響,葛州壩、西津溢洪道等。
5.工程地質在工程建設中的決定性作用
任何地質條件下都可以建工程,對嗎?這個問題也是這些年來工程界的一個熱門話題,筆者認為答案是否定的。
①陜西東莊水庫灰巖壩址滲漏嚴重不能建壩;
②小浪底滑坡性質界定對設計的影響;
③天生橋二級水電站移民區是否滑坡對移民安置的影響;
④堤防工程中的堤基垂直防滲引起的環境地質問題,有時可能是決定性的;
⑤地質邊界條件和地質參數對工程設計的影響。
6.相關學科在工程地質中的應用
①系統工程在工程地質中的應用;
②計算機技術在工程地質中的應用;
③遙感、物探、GPS等;
④水工設計施工與工程地質的關系。
清晰的工程概念是地質師所必需的。潘家錚院士對地質師的要求:應該有系統地學習水工建筑物的基本設計理論,計算方法,以及地基缺陷的影響,各種處理的措施,各種成功和失敗的經驗;最好補一些數學、力學、水力學、巖土力學、巖石試驗、有限元分析和計算機應用等方面的基礎課。五十年代初,由于我國水利水電工程地質專業人才奇缺,一批設計師改行從事工程地質專業的學習和工作,后來大都成為工程地質專業的優秀專家。實踐證明,地質師的工程概念清晰,地質工作會得心應手;反之則可能事倍功半。
7.工程地質要面對現實著眼未來
汪恕誠部長最近講話強調:不能老修改設計,因為搞招投標尤其是國際合同,修改設計就意味著被索賠。修改一個設計,似乎節省了某一個工程量,而索賠量比這個還大,大量修改設計怎么得了?汪部長的這段講話似乎在批評設計,實則是水利水電工程地質的一個千載難逢的新的契機。
如何理解汪部長的這段話?我們認為首先要搞清楚為什么修改設計,水利工程因為地質問題而修改設計的可以舉出若干例子來。
修改設計往往賴地質,我們當然可以理直氣壯地說:前期地質工作投入不夠,工程地質條件不清楚,地質基礎資料不準確,工程地質分析出力不夠或分析工作的深度不到家,工程地質問題的界定不明確或界定有錯誤,學術技術問題得不到廣泛的討論和爭論,工程地質問題的真理有時往往掌握在少數人手里。
1.1工程勘察功能分析工程勘察分析的最終目的是為今后的設計與施工提供必要的科學的依據。具體表現在:第一,要有充分的依據。一方面,不能與工程建設標準強制性條文相沖突。另一方面,要進行充分的調查研究,不僅要掌握該地區的工程地質特點,還要掌握相鄰建筑地的地基基礎情況。第二,要有可靠的技術。具體體現為:運用科學的勘察方法和手段,勘察工作細致到位,有足夠的勘察工作量與清晰度,準確分析巖土技術參數,準確描述場地穩定性與適宜性。第三,要切實可行。具體體現為:地基條件評價高,方便進行施工,而且對環境影響小。第四,要有合理的經濟效益。具體體現為:勘察費用合理,基礎直接費用合理,而且工期效應良好。
1.2地基基礎功能分析第一,要有合理的技術。具體表現為:選擇合理的持力層;滿足地基強度的要求,具體包括持力層強度和軟弱下臥層強度兩個方面;符合地基變形的要求,要熟練掌握地基變形計算的方法,并達到符合規范要求的標準;符合穩定性的要求,例如位于坡地岸邊,要有合理的基礎選型,滿足基礎本身的強度與剛度等各項要求。第二,要切實可行。具體表現為:滿足當地的地質條件的要求,施工技術力量十分雄厚,施工經驗十分豐富。第三,要對環境影響小。具體表現為:場地規劃合理,施工噪音小,不影響臨近建筑內人們的正常生活,污水、排漿等方面不存在問題,不影響其他建筑的地下溝管。第四,要有合理的工期。具體表現為:工期效應良好,占據總工期的時間合理。第五,要有合理的經濟效益。具體表現為:基礎直接費與工程直接費合理。
2地基基礎價值工程實際應用
2.1功能指數的表達由價值工程的基本原理,我們可以得出其相應的價值功能評價公式,即為:V=F/C。其中V代表著功能價值,C代表著功能的成本,F代表著功能的指數。
2.2功能指數的定量化根據上面的功能分析的結果,通過層次分析的理論來確定權向量。其具體的步驟是:首先,建立遞階層次結構的功能系統圖。其次,建立矩陣,計算各層次中因素的相對權重。第三,進行一致性檢驗。第四,計算各個次級的功能對總功能的合成權重。
2.3功能指標的評分在整個的功能系統中,不僅有定量的指標,同時也有定性的描述,因此要統一處理所有指標的評分標準,對比其評價結果。
2.4功能指數的計算對層次分析所得到的各項指標的權重和指標評分的結果進行列表計算,所得到的結果就是可完成的功能指數的量化形式。如果功能指數F和功能成本C是已知的,那么所得到的功能價值V(V=F/C)越大則建筑工程的方案越優。利用加權評價判據的形式優化目標,能夠得到所期望的主體或主體間的最大價值。實際整體總價值V越接近V的最大價值,那么整體的總價值越高,方案越成功。價值分量結構圖能夠全面反映出整體總價值的構成,方便我們直觀地看出地基基礎方案的優劣,有利于我們準確并且快速地進行決策工作。