中小型水利工程地质勘察中若干问题探讨_姜新慧.pdf

167 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）中小型水利工程地质勘察中若干问题探讨姜新慧(中水珠江规划勘测设计有限公司，广州 510610)摘 要：地质勘察工作是水利工程建设的重要环节，文章结合规范对中小型水利工程勘察中存在的地质测绘、勘探布置、勘探取样、成果整理与分析等方面的一些问题进行分析探讨，提出解决问题的思路及对策，供参考。关键词：地质勘察；中小型水利工程；地质测绘中图分类号：TV221.2文献标识码：B0 引 言随着国民经济的蓬勃发展，水利基础设施建设也大规模开展，不仅有大型的蓄水发电枢纽工程建设、区域引调水工程，水环境治理，还有病险水库除险加固、灌区续建配套和节水改造、农村饮水安全、城市水景观、防洪挡潮工程等，取得了显著的经济、社会和生态效益。地质勘察工作在水利工程建设中占有重要的地位，是不可缺少的一环。一般的勘察工作环节包括：资料收集、现场查勘、编制工作大纲、外业实施（物探、钻探、坑探及试验）、资料分析与整理，综合评价。本文主要结合勘察工作流程，讨论中小型水利工程地质勘察中存在的一些问题，并提出一些问题和建议，供同行参考。1 存在的问题及解决思路探讨1.1 前期准备工作该项工作主要包括：资料收集、现场查勘、勘察大纲编制等。在接到勘察任务后，一些勘察单位为缩短工作周期，没有进行前期准备工作，直接进场进行勘探及试验，导致有限的工作量没有布置在重点和急需的工程部位上，从而影响成果质量1。1）资料收集：实际工作中，应全面收集有关工程资料，包括区域地质资料、已有地质勘察成果。对于已建工程，应了解前期工程设计、施工、运行情况等；了解工程存在的隐患及质量问题。中小型病险水利工程大多年代久远，存在勘察设计施工等资料缺失的问题，在收集资料时应与主管部门落实相关人员回忆资料的搜集，尽可能多方面咨询求证。2）现场查勘：对于已建工程，将收集到的资料进行整理分析，通过现场踏勘、走访工程运行管理人员、周边居民等，了解工程主要存在的险情及隐患，核实前期工程措施的使用及效果等，通过扎实的前期工作可以达到事半功倍的效果2。3）编制工作大纲：传统以勘探工作量来衡量勘察深度，得到勘探资料后再分析总结的工作方法，已不是地质勘察工作的最优选择3。结合现场查勘，针对工程规划设计要求，运用已有工程经验，得到对勘察对象的总体认识，建立“工程地质初步模型”，据此提出可能存在的、需重点勘察的主要工程地质问题，再安排有针对性的方法与手段进行验证4。这对优化工程地质勘察有重要的意义。在编制勘察大纲时，要坚持循序渐进的勘测程序，不同的勘测设计阶段，勘察任务和要求也不同，勘察工作才能够抓住关键，有的放矢。个别项目前期阶段勘探面广而钻探量小，交通不便，钻探设备收稿日期 2022-12-23作者简介姜新慧（1985-），女，河南新密人，工程师，主要从事水利工程地质勘察、水文地质勘察等 工作。文章编号:1007-7596（2023）01-0167-03DOI:10.14122/ki.hskj.2023.01.044 168 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）的搬运费用很高，常常将一次勘测两个阶段共同使用，因而存在针对性不强和缺失问题5。对于勘察依据需指出的是岩土工程勘察规范不适用于水利工程。对于新建水利工程，按照勘察不同的阶段，规范要求的间距和深度要求布置钻孔，宜垂直和平行于建筑物轴线布置勘探剖面。对于线性工程勘探纵剖面上每一工程地质单元（段）都应有钻孔控制，工程地质单元（段）交接处应适当增加钻孔。勘探横剖面应根据各工程地质单元（段）地质条件和设计需要布置。对于除险工程应尽量靠近隐患部位，并根据险情特点确定孔距。对于除险加固工程的地质勘察工作，应根据安全鉴定报告中的地质评价结论去考虑，针对地质病害和隐患，布置相应的勘探试验工作，重点查明与地质条件有关的险段、险情部位的出险原因，而其余没有问题的部位不必进行勘察，除非委托方另有要求3。存在抗滑稳定问题时，应查明软弱夹层、缓倾角裂隙及其他不利结构面的几何形态、组合关系，确定滑动体的边界条件，并取样试验，提出滑裂面或潜在滑裂面的物理力学参数建议值。存在地基沉陷和坝体变形问题的，应取原状样进行室内物理力学试验，提出坝体土物理力学建议参数。存在渗漏问题时，应对渗漏的部位和范围应查明，渗漏性质，估算渗漏量级，判断是否存在渗透破坏的可能。存在坝基渗漏和绕坝渗漏问题时，应查明坝基（肩）岩土体的渗透特性，提出渗透系数建议值和防渗边界建议。对于有加高改造的建筑，新增荷载导致基础受力条件有所变化，故须重新进行工程地质评价。对于历年险情段、建筑荷载集中处、拟采取垂直防渗措施段及不良地基段（粉细砂、淤泥类土、古河道及杂填土等）钻孔孔距应加密，以最终查清主要土层的分布和物理力学性质为原则。钻孔深度宜在满足规范要求下，根据勘察目的适当调整，常规建筑物勘察除满足承载力要求外，还应满足渗流与稳定分析、沉降计算的要求。1.2 勘察方法工程地质勘察方法主要包括：工程地质测绘、勘探（物探、钻探、坑槽探等）和取样、原位测试、室内试验、天然建材调查等。1）工程地质测绘：工程地质测绘是指导地质勘探布置的依据，通过地质测绘，全面了解场区的工程地质条件的形成和空间变化规律，判别物理地质现象和工程地质现象的空间分布和发育规律，据此可以推论工程区可能存在的工程地质问题，采取有针对性的勘探与试验工作。故按规程要求开展工程地质测绘必不可少，各勘察阶段均应认真执行6。对工程有重要影响的地质单元，可进行局部专门性的大比例尺测绘。此外，还应加强工程地质测绘对有关地质现象的研究，除阐明其成因和性质外，应注重定量指标（如基岩产状、软弱夹层的厚度、裂隙发育程度、地下水位标高、物理地质现象的规模等）的取得7。2）勘探：物探以其轻便、高效等特性在水利工程勘察中广泛应用。常用的方法有：电法勘探、地震勘探、声波探测等。针对不同的对象，可选用适当的探测方法。电法勘探能了解和确定覆盖层厚度及基岩风化程度，寻找含水层，查找地下局部不均匀体（如砂层透镜体、古河道、岩溶发育带等），可用以指导钻探工作的布置。地震勘探能探测不同地层界面的埋深，确定地质构造形迹，以及研究岩石物理力学性质。声波探测主要用于岩体工程地质分类，确定岩体或岩石的物理力学参数及灌浆效果检查等。但受非探测对象的影响和干扰，及仪器精度的局限，物探成果有多解性，实际应用中应结合地质测绘及勘探成果，相互验证，以求得到正确的地质结论。钻探对工程勘察至关重要，作为第一手地质资料，钻孔编录须认真、细致做好岩心观察、描述，水文地质观测，钻进动态观察和记录。对于重要钻孔，采用钻孔内摄影和钻孔电视等手段更能直观反映地质情况。然而，钻探队伍水平参差不齐，个别钻机设备和操作员的技术水平不高，常出现片面追求进尺而忽视勘察的质量要求。另外需要指出的是在已有水利建筑物上钻探与新建水利设施钻探不同，遗留钻孔往往易形成管涌、渗漏通道，在洪水期将危及工程安全，故钻探结束后必须按规范要求进行封孔处理。坑槽探能使地质人员直接观察到地质结构，可不受限制地采取原状土样和用作大型原位测试，在水利工程勘察中也被广泛运用。应当注意在地下水 169 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）位以下施工时受限制。3）取样：规范要求取样前应认真清孔，采取土样时宜用快速静力连续压入或重锤少击法取样，取出后及时封装，并采取防震保护措施及时送试验室进行试验。实际上，很多钻探队伍取样操作不规范，一些工程取样后不马上封存，而是暂时搁置，甚至存放很久等，这常使土样会有一定程度的、甚至是严重的失真。另外地下水水样多直接从孔内取水，取得的水样会受钻探冲洗液或受地表水污染，应事先抽干孔内水体。对于沿海地区，地表水样在涨潮、落潮等不同时段采取，分析结果也有一定的差别。4）原位测试：借助原位测试可更直观了解岩土层的工程力学性质，取得的参数更贴近实际。常用的有标贯试验、动力触探试验等，对于淤泥及淤泥质土类，还可开展静力触探、十字板剪切试验等手段取得强度指标。但受操作人员水平限制，一些试验方法不标准，会导致数据失真。例如在进行标贯试验之前没有清理孔底沉渣，预打不足 15cm 等都会导致测试结果不准确。在不同地层中，应使用不同的试验方法，避免所获得的参数无效，对勘察工作意义不大。另外进行水文地质试验的钻孔，禁止泥浆钻进，实际操作中有些钻探人员未按要求进行，导致试验数值有偏差。5）室内试验：由于试验内容较多，试验方法各不同，比如剪切指标可分为快剪、固结快剪、慢剪、饱和固结快剪、还有三轴剪切等，在确定试验项目、提出参数建议值时，勘察人员应与设计人员进行充分沟通，而不是不加分析地选取8。在勘察中综合利用各种手段，不仅能保证基础资料收集齐全，便于对比分析，而且能够提高资料的质量。此外勘察过程中要重视质量监督与管理，获取的资料要及时整理，以便及时发现问题，及时解决。1.3 天然建筑材料勘察这是水利工程区别于岩土工程勘察很重要的一点。对新（改）建水利工程，大多涉及到土石方工程，需要对天然建筑物材料（土料、砂料、石料）的分布、储量和质量评价、开采条件、运距等进行勘察。有些项目未按规范要求进行勘察，料场勘探及取样试验大多放在初设阶段，可研阶段对天然建筑材料调查工作深度不足，试验较少，内容单薄。另外储量计算方法精度不够，会造成土料储量有较大误差9。由于环境保护、土地政策等原因，料场的选择已成为影响工程选址、选型、造价的重要影响因素，不能等到初步设计阶段，因料场选择不合适而陷入被动。1.4 勘察成果编制优秀的的勘察成果，主要体现在实用性，与工程设计密切相关的地质条件应详细论述，不仅有工程区自然地质条件，还包括工程（环境）条件。水利工程一般规模大或线路长，不仅存在多种建筑物，且常穿跨多个地质地貌单元。不同区（段）的工程地质条件不同、工程地质问题也不同，应分区（段）分别评价。一些勘察报告对工程区地质概况只是从区域地质资料中摘抄一些内容，没有结合工程实际，对工程区及周边构造进行针对性论述，工程区的微地貌、库岸、河岸、堤岸等的稳定状况也相对缺乏，对场区的基本地质条件认识不充分10。勘察成果中岩土工程参数的建议是设计工作的主要依据，而实际勘察中采样带有随机性，岩土工程参数分析的内容不仅仅是试验成果的简单统计、误差分析，应针对试验样本先进行代表性分析、可靠性评价，再结合工程经验和规范要求进行取舍。水利工程所要查明和解决的主要工程地质问题有渗透变形、抗滑稳定、沉降变形、抗冲、抗震稳定和特殊土问题。提高工程地质勘察成果质量的关键在于地质综合分析，充分分析评价地质因素、工程因素和环境因素。不同地貌差异本质上就是地质结构的差异，要认识到其相互联系，找出影响工程成败的主要工程地质问题，从不利和有利的角度分析其对工程的影响。某些地质报告，缺乏针对工程建筑物特性的工程地质评价，仅是岩土分层的一般性描述，或仅做简单评价，没有认真分析、推理，或基本结论模糊不清，这显然不能很好地为后续设计、施工提供依据。（下转第 185 页）185 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）对施工过程的材料和设备进行管理，负责精神文明建设、接待服务工作，还需负责对外协调关系等。工地试验室的主要职责有根据工程的技术标准和规范要求，严格控制施工进程的质量，遵循规范，科学合理地使用仪器设备，施工完成后还需要对设备进行维