地下水對工程建設(shè)的影響

地下水對工程建設(shè)的影響摘要：地下水是地質(zhì)環(huán)境的重要組成部分,也是其中最活躍的因素。地下水對工程建設(shè)有不良影響的主要有毛細(xì)水和重力水，本文論述了毛細(xì)水水和重力水對工程建設(shè)的影響原理以及在以后工程建設(shè)中要重視這些的問題，必要時要采取必要措施。關(guān)鍵詞：地下水，工程建設(shè)，腐蝕，地基引言文[1]指出，地下水的活動會對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生影響甚至誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,威脅建筑物的穩(wěn)定與安全,導(dǎo)致建筑物遭受破壞。因此,從工程建設(shè)的角度研究地下水及地下水引起的工程地質(zhì)問題并采取有效的措施加以防治具有重要意義。毛細(xì)水對工程建設(shè)的影響毛細(xì)水指的是地下水受土粒間孔隙的毛細(xì)作用上升的水分。主要存在于直徑為0.5—0.002大小的空隙中。文[2]寫道，毛細(xì)水能傳遞靜水壓力和溶解鹽分，它對成壤作用和植物生長具有重要意義。但由于毛細(xì)力呈現(xiàn)負(fù)壓，毛細(xì)水不能進(jìn)入井中而無供水意義。當(dāng)?shù)鼗林忻?xì)水上升接近建筑物基礎(chǔ)底面時，因土體被浸濕而使地基承載力下降及沉降量加大。毛細(xì)水上升至地表時可引起土壤鹽漬化和沼澤化。在寒冷地區(qū)還將造成凍脹作用。毛細(xì)水對工程建設(shè)的影響主要有：第一，產(chǎn)生毛細(xì)壓力，對于砂性土特別是細(xì)砂、粉砂含有毛細(xì)水的量大，又由于毛細(xì)水產(chǎn)生毛細(xì)壓力將砂粒粘接在一起，所以砂性土具有一定的粘聚力（稱假粘聚力）。在非飽和土中局部存在毛細(xì)水時，產(chǎn)生假粘聚力而使土的強(qiáng)度增加，當(dāng)土體受到侵水飽和或者失水干燥時，這種力消失。在工程建設(shè)中，不可能做到使土壤失水干燥，往往考慮到毛細(xì)水上升使土層含水量增大致使土的強(qiáng)度降低和增加土壓縮性等不利影響。文[3]指出，第二，毛細(xì)水對土中的氣體分布和流通有一定的影響，常常是導(dǎo)致產(chǎn)生封閉氣體的原因。封閉氣體可以增加土的彈性和減小土的滲透性。第三，當(dāng)毛細(xì)水上升到基礎(chǔ)底面時，毛細(xì)壓力作為基底附加壓力的增值，使建筑物沉降量加大，當(dāng)毛細(xì)水上升至地表時，不僅引起沼澤化、鹽澤化，還會引起地基，路基土侵濕，使土的力學(xué)強(qiáng)度降低，水中的鹽分對混泥土和鋼筋具有腐蝕作用，在寒冷地區(qū)，將會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，形成凍土，危害基礎(chǔ)，破壞路面。2．重力水對工程建設(shè)的影響當(dāng)土壤水分超過田間持水量時，多余的水分不能被毛管所吸持，就會受重力的作用沿土壤的大孔隙向下滲透，這部分受重力支配的水稱重力水。重力水對工程建設(shè)的影響分以下幾點(diǎn)論述：（1）潛水位上升和地下水位下降引起的巖土工程問題潛水是埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定的隔水層的上面，具有自由表面的重力水。潛水的水面稱為潛水面，潛水面上的各點(diǎn)的高度差就是潛水位。潛水位上升后，改變土體力學(xué)性質(zhì)，增加了巖土和地下水對建筑材料的腐蝕，干燥的巖土被水飽和、軟化，降低了巖土的抗剪強(qiáng)度，會誘發(fā)很多不良的地質(zhì)現(xiàn)象（滑坡，巖土體的變形、崩塌失穩(wěn)），潛水位上升還會使洞室淹沒，建筑物地基上浮，危及安全。地下水位下降改變了水的動力條件，在斷裂帶、溶蝕洼地、河床及一些土層較薄而土顆粒較疏松的地段，引起地表塌陷，當(dāng)面積過大時，有地面沉降。在沿海地區(qū)，原來陸地淡水含水層與海水層相平，淡水由于大量的開采地下水，引起大面積地下水位下降，導(dǎo)致海水倒侵，嚴(yán)重腐蝕地基，路基。地下水的大量開采，由于補(bǔ)給不夠時，其中大量對工程建設(shè)有害的離子濃度增多，礦化度增高，對建筑物的基礎(chǔ)腐蝕就在不斷的增大，嚴(yán)重時，可能會使建筑物全部倒塌。（2）地下水對鋼筋混泥土的腐蝕機(jī)理地下水對混凝土的腐蝕作用，經(jīng)常發(fā)生在浸沒在地下水位以下的各種混凝土的基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物中。地下水對混凝土的破壞，可分為分解性腐蝕，結(jié)晶性腐蝕和結(jié)晶分解復(fù)合性腐蝕三類。分解性腐蝕：礦化度極低的水，水中的氫離子、二氧化碳、游離碳酸及某些鹽類含量處于極限值時，使混泥土碳酸化，或?qū)е滤嗍?，使水泥石中的氫氧化鈣和氧化鈣及其他成分溶解流失，降低混泥土的堿度，從而使混泥土強(qiáng)度降低。結(jié)晶性腐蝕：水中含有某些一定量的鹽，與混凝土接觸，并入滲到混凝土內(nèi)部，使水泥石水化，或與混凝土成分起化合作用，形成水化物及穩(wěn)定的含水結(jié)晶體，由膨脹引起脹裂破壞，影響混凝土的耐久性。結(jié)晶分解復(fù)合性腐蝕：水中含有某些一定量的化學(xué)成分，與混凝土成分、水泥石產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，分解類腐蝕與結(jié)晶類腐蝕兼而存在。往往由陰離子產(chǎn)生結(jié)晶類腐蝕，陽離子產(chǎn)生分解類腐蝕；水中不同的鹽與水泥石產(chǎn)生化學(xué)作用，有的產(chǎn)生分解類腐蝕，有的產(chǎn)生結(jié)晶類腐蝕。此類復(fù)合性腐蝕作用歸結(jié)為結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕。地下水中的主要的離子成分有：氫離子，鉀離子，鈉離子，鎂離子，鈣離子，鐵離子；氫氧根，氯離子，硫酸根，硝酸根，亞硝酸根，碳酸氫根，碳酸根，硅酸根，磷酸根等，文[4]指出，在氧和水的條件下，鋼筋表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，在陽極離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化亞鐵、氫氧化鐵等腐蝕物。鋼筋腐蝕后，有效直徑減小，直接危及到混泥土結(jié)構(gòu)的安全性；同時，鋼筋銹蝕后，銹蝕生成物的體積膨脹，致使混凝土保護(hù)層順筋開裂，混凝土自身免疫性大幅度減低，品質(zhì)迅速劣化。（3）承壓水對地基的作用承壓水是充滿于兩個隔水層之間的含水層中的重力水，具有承壓性。在開挖基坑時會減小含水層上的隔水層的厚度，當(dāng)隔水層的厚度達(dá)到某一程度時，承壓水的水頭壓力就能沖毀基坑地板，出現(xiàn)突涌現(xiàn)象。這樣就破壞了基坑的強(qiáng)度，給施工帶來困難，甚至?xí)┕るy以繼續(xù)。為了避免突涌現(xiàn)象，必須采用人工方法抽取承壓含水層的地下水，局部降低承壓水頭。不能過度的抽，否則會使周圍的地下水位降低，而導(dǎo)致旁邊的建筑物地基下沉一部分，建筑物發(fā)生傾斜。（4）地下水的滲透作用和浮托作用地下水的滲透破壞主要有潛蝕、流砂、管涌。滲透水流在水力坡度下產(chǎn)生交大的動水壓力沖刷，帶走細(xì)小顆粒的土粒，使巖土體的空隙擴(kuò)大，甚至形成洞穴，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)松動，使地表產(chǎn)生裂隙，坍塌，這就是潛蝕。防止巖土層中發(fā)生潛蝕破壞的措施：第一，改變地下水滲透的水動力條件，第二，改善巖土性質(zhì)，增強(qiáng)抗?jié)B能力（如：對巖層爆破，壓密，化學(xué)加固等等）流砂是松散的小顆粒土吸水后，在東水力的作用下，產(chǎn)生懸浮動的現(xiàn)象。流砂導(dǎo)致的后果是使基礎(chǔ)發(fā)生滑移或不均勻沉降，基坑塌陷，基礎(chǔ)懸浮等。流砂對工程建設(shè)的影響較大，在可能發(fā)生流砂的地域施工時，盡量避免水下大開挖施工，如必要時，可采取人工降低水位，打板樁，水下挖井，用凍結(jié)方法、化學(xué)加固法、提高巖土密實(shí)度，減小巖土滲透性的措施，以保證順利施工和安全性。地基土在滲透作用下以某一速度帶走細(xì)小顆粒，致使巖土孔隙增大，最后形成能穿越地基的管狀滲流通路，掏空地基和壩體，使得地基或斜坡變形，失穩(wěn)，這就是管涌。在可能發(fā)生管涌的巖層地域施工時，必須控制地下水的滲流，降低水力坡度，設(shè)置保護(hù)層，打板樁等。文[5]指出，地下水對水位以下的巖土體產(chǎn)生靜水壓力，并產(chǎn)生浮托力。浮托力的大小可以按阿基米得原理確定，即當(dāng)巖土體空隙或孔隙中的水與巖土體外界的地下水相通，浮托力等于巖土體骨架顆粒體積部分的浮力。當(dāng)建筑物以粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石作地基時，按設(shè)計水位100%計算浮托力；當(dāng)建筑物以節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石作地基時，按設(shè)計水位50%計算浮托力；當(dāng)建筑物以粘性土作地基時，其浮托力難以確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)考慮。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》Gb50007-2002的規(guī)定，確定地基承載力特征值時，無論是基礎(chǔ)底面以下土的天然重度或是基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度的確定，地下水位以下均取有效重度。3．結(jié)論毛細(xì)水對建筑物的不良影響主要有毛細(xì)作用體現(xiàn)出來，重力水對工程建設(shè)的影響主要由潛水位和地下水位的變化，水對鋼筋混凝土的腐蝕，滲透作用和浮托作用體現(xiàn)出來。通過對毛細(xì)水和重力水從不同角度對工程建設(shè)的影響，在施工時要采取必要的防護(hù)措施，能夠保障安全施工，保障周圍地質(zhì)環(huán)境，地下環(huán)境，水的循環(huán)不遭到到破壞以及地下水不被污染。參考文獻(xiàn)[1]于廣平，2007年建筑教育改革理論與實(shí)踐研討會，2007[2]《中國地質(zhì)學(xué)》第106頁，6.2.2.2，毛細(xì)水