地下水对工程建设的影响

地下水对工程建设的影响【摘要】地下水是水资源的重要组成部分。生产、生活与工程建设使得地下水发生变化，一定条件下，也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡等不利自然现象，在工程建设中还会产生地面沉降、地面塌陷、流砂、管涌、浮托作用、基坑突涌以及对钢筋混凝土的腐蚀作用等现象，因此，了解和掌握地下水的不利影响对工程建设有着重大的意义。【关键词】工程建设；地下水；影响；防治措施一、前言。地下水作为地球上重要的水体，与人类社会有着密切的关系。地下水的贮存有如在地下形成一个巨大的水库，以其稳定的供水条件、良好的水质，而成为农业灌溉、工矿企业以及城市生活用水的重要水源，成为人类社会必不可少的重要水资源，尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区，地下水常常成为当地的主要供水水源。生产、生活与工程建设使得地下水发生变化，在工程建设中，会引起地面沉降、地面塌陷、流沙、管涌、浮托作用、基坑突涌以及对钢筋混凝土的腐蚀作用等现象。下面主要介绍了地下水对工程建设的不利影响、产生原因以及防治措施。二、地下水对工程建设的不利影响、产生原因以及防治措施。1、地面沉降在松散沉积层中进行深基础施工时，往往需要人工降低地下水水位。若降水不当，会使周围地基土层产生固结沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降；重者使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至被掏空，导致建筑物开裂和危及安全。如果抽水井滤网和砂滤层的设计不合理或施工质量差，则抽水时会将软土层中的黏粒、粉粒甚至细砂等细小土颗粒随同地下水一起带出地面，使周围地面土层很快产生不均匀沉降，造成地面建筑物和地下管线不同程度的损坏。另一方面，尽管开始抽水时，井内水位下降，井外含水层中的地下水不断流向滤管，经过一段时间后，在井周围形成漏斗状的弯曲水面——降水漏斗。在这一降水漏斗范围内的软土层会发生渗透固结而造成地基土沉降。而且，由于土层的不均匀性和边界条件的复杂性，降水漏斗往往是不对称的，因而使周围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。控制方法：合理开采地下水；对已开发的地区，对含水层进行回灌。2、流砂流砂是土体的一种现象，通常细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生这个现象。流砂的形成是多种多样的，但它对建筑物的安全和正常使用影响极大。流砂现象的防治原则是：①减小或消除水头差，如采取基坑外的井点降水法降低地下水位，或采取水下挖掘；②增长渗流路径，如打板桩；③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力；④土层加固处理，如采用换土垫层法、深层密实法、排水固结法、化学加固法、加筋法、热学法等。3、管涌在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。可见，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。发生原因：(1)堤坝、水闸地基土壤级配缺少某些中间粒径的非粘性土壤，在上游水位升高，出逸点渗透坡降大于土壤允许值时，地基土体中较细土粒被渗流推动带走形成管涌；(2)基础土层中含有强透水层，上面覆盖的土层压重不够；(3)工程防渗或排水(渗)设施效能低或损坏失效；管涌发生时，水面出现翻花,随着上游水位升高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。抢护方法：临截背导，导压兼施，降低渗压，防止渗流带出泥沙。①反滤围井．在冒水孔周围垒土袋，筑成围井．井壁底与地面紧密接触．井内按三层反滤要求分铺垫沙石或柴草滤料．在井口安设排水管，将渗出的清水引走，以防溢流冲塌井壁．如遇涌水势猛量大粗沙压不住，可先填碎石、块石消杀水势，再按反滤要求铺填滤料，注意观察防守，填料下沉，则继续加填，直到稳定为止．此法适应于地基土质较好，管涌集中出现，险情较严重情况。②养水盆：在管涌周围用土袋垒成围井，井中不填反滤料，井壁须不漏水，如险情面积较大．险口附近地基良好时，可筑成土堤，形成一个蓄水池(即养水盆)，不使渗水流走，蓄水抬高井(池)内水位，以减小临背水位差，制止险情发展．此法适用于临背水位差小、高水位持续时间短的情况，也可与反滤井结合处理。③滤水压浸台：在大片管涌面上分层铺填粗沙、石屑、碎石，下细上粗，每层厚20cm左方，最后压块石或土袋。如缺乏沙石料，可用秸柳作成柴排(厚15-30cm)，再压块石或土袋，袋上也可再压沙料，厚度以不使柴草压辱太紧为限。此法适用于管涌数目多，出现范围较大的情况。如系水下发生管涌：切不可将水抽干再填料。以免险情恶化4、地面塌陷地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象。其类型可分为岩溶塌陷和非岩溶塌陷。岩溶塌陷是由于可溶岩（以碳酸岩为主，其次有石膏、岩盐等）中存在的岩溶洞隙而产生的。在可溶岩上有松散土层覆盖的覆盖岩溶区，塌陷主要产生在土层中，称为“土层塌陷”，其发育数量最多、分布最广；当组成洞隙顶板的各类岩石较破碎时，也可发生顶板陷落的“基岩塌陷”。由于非岩溶洞穴产生的塌陷，如采空塌陷，黄土地区黄土陷穴引起的塌陷，玄武岩地区其通道顶板产生的塌陷等。后两者分布较局限。采空塌陷指煤矿及金属矿山的地下采空区顶板易落塌陷，在我国分布较广泛。防治措施：①采取措施减少地表水的下渗；②合理采矿，预留保护煤柱；③加强采空区的地质工程勘察工作④防治结合，加强工程自身防护能力以及⑤在重大工程附近应严格禁止会引起地下水位大幅度改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。5、浮托作用地下水对位于水位以下岩土体产生静水压力，并产生浮托力，浮托力的大小可以按照阿基米德原理确定，即当岩土体空隙或孔隙中的水与岩土体外界的地下水相通时，浮托力等于岩土体骨架颗粒体积部分的浮力。当建筑物以粉土、砂土、碎石土或节理裂隙发育的岩石作地基时，按设计水位100%计算浮托力；当建筑物以节理裂隙不发育的岩石作地基时，按设计水位50%计算浮托力；当建筑物以粘性土做地基时，其浮托力难以确切地确定，应结合地区实际经验确定。如建筑物处于地下水位较浅，而基础埋深较深时，若不考虑地下水浮托力的影响，就可能会产生地下室裂缝、地下室渗水、以及桩基抗拉破坏等严重影响使用功能现象甚至产生建筑物安全问题，因而必须加以考虑。6、基坑突涌当基坑下有承压水存在，开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，在厚度减小到一定程度时，承压水的的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成基坑突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难。发生基坑突涌处理方法主要有两种：①降压，即通过降压井降低承压水的水头；②对基底进行加固处理，可采用化学注浆法或高压旋喷注浆法即通过对基底隔水土层加固，形成具有一定厚度和强度的隔水底板利用压力平衡防止突涌发生。7、对混凝土的腐蚀性当地下水中的某些化学成分含量过高时，水对建筑材料有腐蚀性，地下水对建筑材料的腐蚀性分三类：①结晶类腐蚀：如果地下水中SO42－离子的含量超过规定值，那么SO42－离子将与混凝土中的Ca(OH)2起反应，生成二水石膏结晶体CaSO4·2H2O，这种石膏再与水化铝酸钙CaOAl2O3·6H2O发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前增大很多，约为原体积的221.86%，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受破坏；②分解类腐蚀：地下水中含有CO2和HCO3－，CO2与混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸钙沉淀。当地下水中C02的含量超过一定数值，再与碳酸钙反应，生成重碳酸钙并溶于水，即：CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3－。所以地下水中腐蚀性的C02愈多，对混凝土的腐蚀愈强。地下水流量、流速都很大时，C02易补充，平衡难以建立，因而腐蚀加快。另一方面，HCO－离子含量愈高，对混凝土腐蚀愈强；③结晶分解复合腐蚀：当地下水中NH+，N03－，Cl－和Mg2+离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)反应，生成Mg(OH)2不易溶解；CaC12则易溶于水，并随之流失；硬石膏CaSO4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏；二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。当有足够经验或充分资料认定工程场地及其附近的地下水(或地表水)和土对建筑材料为微腐蚀性时，可不取样进行试验。否则，应取水或土试样进行试验，评定其对建筑材料的腐蚀性。三、结论综上所述，地下水是重要的人类生产、生活的水资源之一，但在工程建设必须考虑地下水的影响（特别是不利影响）与作用，合理利用、开发与保护地下水，否则就有可能出现地面沉降、地面塌陷、流砂、管涌、浮托作用、基坑突涌以及对钢筋混凝土的腐蚀作用等，并做好防治措施，使得工程建设得以顺利进行。参考文献[1]《岩土工程中地下水危害防治》郭志业等编著.人民交通出版社,2009年8月1日出版[2]《工程地质》（第四版）孙家齐,陈新民主编.武汉理工大学出版社,2011年12月出版[3]《建筑地基基础设计规范》.GB50007-2011