地质勘查与地下水作用的问题2

指导老师：罗云菊教授小组成员：工程勘察中地下水作用问题2020/2/17摘要：通过分析地下水对建筑工程的重要性和影响，作出地下水问题评价，分析其带来的不良影响及防治建议，并提出了今后在工程勘察中加强地下水问题的评价的几点建议。2020/2/171.地下水问题对建筑工程的重要性自然界中岩土层中的水按其存在的形式可分为气态水、液态水和固态水，工程界中常说的地下水均指液态水。其存在于地下似乎对建筑工程无关紧要，实际情况恰恰相反，地下水与工程的设计方案、施工方法、工期、工程投资以及长期使用都有着密切的关系。地下水既是岩土体的组成部分，直接影响岩土体工程特性，又是工程基础的环境，影响工程的稳定性和耐久性。若对地下水处理不当，可能产生不良作用，甚至发生工程事故。在实际的勘察工作中，勘探成果大多只是简单地对天然状态下的地下水作一般性评价。在一些水文地质条件较复杂的地区，由于工程勘察中对地下水问题勘察不深人，设计中又忽视了此问题，经常发生由地下水引发的各种工程地质危害问题。为了提高工程勘察质量，在工程勘察中加强地下水问题的研究是十分必要的。2020/2/172.地下水对建筑工程的影响地下水的埋深与地下水对建筑工程的影响主要表现在以下7个方面。1)确定基础埋深通常设计基础的埋置深度应小于地下水位深度。当寒冷地区基础底面的持力层为粉砂或粘性土，若地下水位埋藏深度低于冻深，小于1．5一2．0m，则冬季可能因毛细水上升而使地基冻胀，顶起基础，导致墙体开裂。2020/2/172)施工排水当地下水位埋藏浅，基础埋深大于地下水位深度时，基槽开挖与基础施工必须进行排水。中小型工程水量不大，可能采用开挖水沟与集水井排水。重大工程地下水深度大、涌水量多时，应采用井点降低地下水位法，根据具体情况，选用轻型井点、管井井点或深井井点等。如不排水或排水不好，基槽被踩踏，破坏地基土的原状结构，甚至地基成软烂泥或橡皮土，则承载力降低，形成工程隐患，应当避免。2020/2/173)地下水位升降当地下水在地基持力层中上升，则将使持力层土质增大压缩性；湿陷性黄土则产生严重湿陷；膨胀土地基吸水膨胀，将基础顶起。4)地下室防水随着地下空间的不断开发利用，地下建构筑物越来越多。当地下室常年或雨季处在地下水位以下，必须做好防水层。2020/2/175)水质侵蚀性当地下水中含有害的化学物质，如硫酸根离子、侵蚀性二氧化碳过多时，会对建筑基础侵蚀性，需采取必要的措施。6)空心结构物浮起地面下的水池与油罐等空心结构物，位于地下水位埋藏浅的场地，在竣工使用前，因场地的浮力，可能将空心结构物浮起，需要进行计算并采取适当的措施来解决。2020/2/177)承压水冲破基槽存在承压水的地区，基槽开挖的深度需要考虑承压水上面的隔水层的自重压力应大于承压水的压力，否则承压水可能冲破基槽底部的隔水层，使承压水涌上基槽，不可收拾。2020/2/173工程地质勘察中地下水评价内容根据上述的影响内容，在工程勘察中不仅要求查明与建筑工程地质有关的地下水问题，评价地下水对岩土体和建筑工程的作用及其影响，更要提出预防及治理措施的建议，为设计和施工提供必要的水文地质资料，以消除或减少地下水对建筑工程的不良作用。今后在工程勘察中对地下水问题的评价，主要应考虑以下内容：1)不仅要查明地下水的类型、赋存状态及主要含水层的分布规律，更重要的是分析预测在人为工程活动中地下水的变化情况，及对岩土体和建筑物的反作用。2020/2/172)应重点评价地下水对岩土体和建筑物的作用和影响，预测和评估可能产生的工程地质危害，提出评价的结论与防治措施。3)工程勘察中还应密切结合建筑物地基基础类型的需要，查明有关水文地质问题，包括地下水的补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及对地下水位的影响、勘察时的地下水位、历史最高水位、3—5年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素提供选型所需的水文地质资料。4)应从工程角度，按地下水对工程的作用与影响，提出不同条件下应当着重评价的地质问题。2020/2/174重视岩土水理性质的测试和研究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地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形，而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。因而正确认识岩土的水理性质有着重要的意义。岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质，而地下水在岩土中有不同的赋存方式，不同形式的地下水对岩土水理性质的影响程度有所不同，而且影响程度又与岩土类型有关。液态水按水分子的受力状态可分为结合水、重力水和毛细管水。其中的结合水又分为强结合水和弱结合水。而结合水是地下水在粘性土中的主要赋存形式，在砂土中由于颗粒的比表面积较小以及其它原因，结合水含量甚微。结合水尤其是弱结合水由于抗剪强度较小，在外界土压力作用下可以变形、蒸发，可从土中逸出地表，粘性土的性质如可塑性、膨胀性、收缩性等物理力学性质与之密切相关；因其受强力束缚，活动范围极为有限，对岩土的动态水理性质影响较小。2020/2/175重视地下水的水质分析和腐蚀性评价由于地下水中某些化学成分的含量过高、过低或微生物组分的存在，从而产生对人体健康或某些经济活动产生不良影响的地下水环境问题。按其形成原因可分为两类：受天然、地球化学因素控制的称为天然水质不良问题；由人类活动造成的，称为地下水污染问题。对于地下水位以下的各类工程结构物，应评价地下水对混凝土及金属材料的腐蚀性。当地下水中含有害的化学物质，如硫酸根离子、侵蚀性二氧化碳过多时，对建筑基础具有侵蚀性，需采取必要的措施。地下水因所含的酸碱物质或某种离子超过一定限度，会对金属管材或混凝土等发生腐(侵)蚀作用，如分解性腐(侵)蚀，结晶性腐(侵)蚀及分解结晶复合性腐(侵)蚀。2020/2/171)结晶类腐蚀①当地下水中含过多的硫酸根时，与砼作用生成二水石膏，硬石膏中二水石膏使体积增大31％，产生O．15MPa的膨胀压力，破坏砼。②当硫酸根浓度不大时，与砼中的铝酸三钙起作用生成水化硫铝酸钙，水化硫铝酸钙结合着很多化合水，体积可膨胀近2．5倍，破坏力很大。2)分解类侵蚀。主要由于水中的pH值低，碳酸氢根及腐蚀性二氧化碳(过多的游离)等成分引起的分解破坏作用。硅、酸盐水泥遇水生成Ca(OH)：，它与HCI、H2S04、HNO，反应。3)结晶分解复合类侵蚀当地下水中铵根离子、硝酸根离子、氯离子、镁离子的离子含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)：发生反应。2020/2/17在工程中主要通过对水质进行水质简分析后，得出该场地浅层地下水对建筑基础工程、地下隐蔽工程的主要材料——钢筋和混凝土的物理化学影响规律。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)第12．1．1规定：当有足够经验或充分资料，认定工程场地的土或水(地下水或地表水)对建筑材料不具腐蚀性时，可不取样进行腐蚀性评价；否则，应取水试样或土试样进行试验，并按本章评定其对建筑材料的腐蚀性。如果建筑物(构筑物)地下结构位于地下水位之上，且基础持力层以下又存在一定厚度的隔水层，可不做地下水的腐蚀性试验。如果地下水与建筑物(构筑物)地下结构或基础接触，地方又未出台相关规定，是必须做这个试验，因为一般建筑物使用基准年限为50年，如果在建筑物使用周期内，地下结构或基础被腐蚀、破坏，极易发生工程事故，造成财产损失、人员伤亡。2020/2/176重视现场水文地质测试工程勘察中为了查明建筑场地天然岩(土)层地下水的流向流速、裂隙性、渗透性和富水性，通过现场测试测定有关水文地质参数，为建筑设计提供水文地质资料。测定水文地质参数的方法有多种，包括现场地下水流向流速的测定、抽水试验、压水试验、注水(渗水)试验，应根据地层透水性能的大小和工程的重要性以及对参数的要求，选择测试方法。其中，渗透系数等水文地质参数的测定，有现场试验和室内试验两种方法。一般室内试验误差较大，现场试验比较切合实际，故应重视通过现场试验测定。同样，多层地下水分层水位(水头)的观测，尤其是承压水压力水头的观测，虽然对基础设计和基坑设计都十分重要，但目前不少勘察工程忽视这项工程，造成勘察资料的欠缺。故现场水文测试是十分重要和必要的。2020/2/177全面了解地下水引起的不良作用及其防治措施地下水引起的不良作用，主要是由于地下水位升降变化和地下水动水压力作用两个方面的原因造成的。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，都会对工程地质造成危害。地下水位变化引起危害又可分为以下3种方式。2020/2/171)水位上升引起的不良作用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、工程活动等的影响，有时往往是几种因素的综合结果。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有地下水出露的斜坡、河岸等岩土产生滑移、崩塌等不良地质现象。③一些具特殊性的岩土体结构破坏，强度降低、软化。④引起有水头压差的粉细砂及粉土饱和液化，出现潜蚀、流砂、管涌等现象。⑤地下洞室充水淹没，基础上浮，建筑物失稳。⑥在湿陷性黄土地区引起湿陷性变化。⑦当基坑底下存在高水头的承压含水层时，会使坑底土层的隆起或产生突涌。2020/2/172)地下水位下降引起的不良作用当地下水流速较大时，如果土体粗粒孑L隙中充填的细粒土被冲走，则产生潜蚀，长期潜蚀会形成地下土洞并导致地表塌陷。在石灰岩溶洞发育地区或矿产开采采空区，在地下水渗流作用下，溶洞或采空区顶部土体不断塌落或潜蚀，最终也可导致地表塌陷。例如，徐州市故黄河河道区域，沉积有较厚的粉砂和粉土，其底部即为古生代奥陶系灰岩，中间缺失老粘土隔水层，灰岩中存在大量溶洞与裂隙。而过量开采地下水引起的水位下降导致覆盖层粉砂和粉土中形成潜蚀与空洞并不断扩大，最终形成多处地面塌陷事故，导致塌陷区房屋倒塌，邻近区域房屋开裂。地下水位的下降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。若在施工中，对地下水的降水不当，造成基坑侧面地面变形过大，引起邻近建筑、道路或地下设施的破坏时常发生。2020/2/173)地下水频繁升降引起的不良作用。地下水的升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工程地质危害，如流砂、管涌、基坑突涌等。在工程勘察中，我们应提出对其危害的预防及治理措施的建议。一些不良作用的形成条件和防治措施见表1。2020/2/178结语在工程地质的勘察、设计、施工过程中，地下水的影响始终是一个极为重要的问题，因此，在工程勘察中应当对其作用进行预测和评估，提出评价的结论与建议。随着工程勘察的发展，地下水问题必将受到越来越广泛的重视，切实做好地下水问题工作将对建筑工程的提高起着极大的推动作用。2020/2/172020/2/17