地下水对岩土工程的危害及预防-建筑设计论文发表

地下水对岩土工程的危害及预防
吴钟平
摘要：地下水问题在工程勘察设计和施工过程中，始终是一个极为重要而又易于被忽视的问题。本文提出了地下水的危害及其解决措施，为工程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岩土工程的危害。
关键词：岩土工程；地下水；预防；措施
一岩土水理性质研究
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。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视，对岩土的水理性质却有所忽视，因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
1．地下水的赋存形式。地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种，其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种
2．岩土的主要的水理性质。
(1) 软化性：是指岩土体浸水后，力学强度降低的特性，一般用软化系数表示，它是判断岩石耐风化、耐水浸水能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时，在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性。特别是在成岩较差的泥页岩当中。
(2) 透水性：是指水在重力作用下，岩土容许水透过自身的性能。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀，其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育，其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示，岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取。
(3)崩解性：是指岩土浸水湿化后，由于土粒连接被削弱、破坏，使土体崩散、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大。以广东地区的残积土为例，一般崩解时间5～24 h，以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解，而以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。
(4)给水性：是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能，以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数，也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。
(5) 胀缩性：是指岩土吸水后体积增大，失水后体积减小的特性，岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚，失水变薄造成的岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一，对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有：膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性、容水性、毛细管性、可塑性等等。
二、地下水引起的岩土工程危害
水文地质和工程地质二者关系极为密切：互相联系和互相作用。地下水是岩土体的组成部分，直接影响岩土体的工程特性，影响建筑物的稳定性和耐久性。
1．地下水位升降变化引起的危害。地下水位的天然变化是区域性、季节性渐变的而且变化幅度较小。但是，人为因素引起局部的地下水位升降变化的幅度和速度往往大于天然变化，它所引起的岩土工程危害更为严重为了正确评价地下水位升降变化对岩土工程的影响，在工程勘察中首先要准确地测定静水位。静水位是指天然状态下地下水稳定水位，在测定静水位时应符合下列要求：
(1)在上部为潜水、下部为承压水或多层含水层地区，均应分层测定水位。
(2)静水位的测定应有一定的稳定时间，钻进过程中的初见水位不一定是静水位。一般地区每小时测定一次，三次所测水位值相同或孔内水位差不超过2 3 o．m者，可作为静水位。
(3)工程勘察应在勘察结束后，统一测量一次静水位。因为静水位是相对的，它也随着地下水补给或排泄条件的变化而变化。
(4)当采用泥浆钻进时，为了避免孔内泥浆对含水层的封闭影响，测定静水位前应将测水管打入含水层20cm或钻孔洗清后，再测量静水位。
潜水位上升引起的危害
潜水位上升的原因很多，主要有：
① 含水层颗粒细小，其渗透性弱，地下逸流差，尤其是上覆粗粒松散地层时，地表水容易下渗。
② 当包气带薄时，毛细带接近地表，土饱和差小。
③ 地下水水流梯度小或者平缓时，排泄不畅。
④ 当含水层沿水流方向岩性突然变细、渗透性减弱或遇到隔水层时，潜水排泄困难。上述四种原因引起潜水位上升，多出现在冲积平原一级阶地及山前平原前缘地带。此外河流、湖塘、水库、渠道等地表水体渗入补给潜水层，也会引起潜水位升高。由于潜水位升高引起的主要危害：
（1) 土壤沼泽化、盐渍化、主要发生于海积平原低洼地带。
(2) 斜坡岩土体产生滑移、崩塌等，主要发生于风化作用强烈的丘陵台地区。
(3) 崩解性岩土软化、崩解，岩体结构破坏，强度降低，压缩性增大。主要发生于风化残积土及强风化岩地区。
（4）导致粉细砂及粉土被水饱和呈松散状态，可能产生流砂、砂土液化等。主要发生于第四系全新统冲积、海积松散粉细砂层中。
(5）可能造成地下洞室内充水淹没，基础上浮，使建筑物失稳。
① 地下水位过大下降引起的危害。地下水位局部集中过量的抽取地下水，使地下水的开采量大于补给量，导致地下水位过大而持续下降，降落漏斗亦相应的不断扩大；另外，矿床疏干、降水工程、施工排水等也能造成局部地下水位过大下降。地下水位局部过大下降造成地面塌陷、地面沉降、地裂，岩土体的不稳定性．危害建筑物的稳定性。
② 地下水位升降变化引起的危害。地下水位升降变化能引起膨胀性岩土产生不均匀的胀缩变形，严重者形成地裂，引起建筑物特别是低层或轻型建筑物的破坏。当地下水位变化频繁或变化幅度大时，不仅岩土的膨胀收缩变形反复，而且胀缩幅度也大。在建筑工程的地基内，当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时，就能直接影响建筑物的稳定性。若水位在压缩层范围内上升时，软化地基土，使其强度降低、压缩性增大，建筑物可能产生较大的沉降变形；若水位在压缩层范围下降时，岩土的自重应力增加，可能引起地基基础的附加沉降，如果土质不均匀或地下水位的突然下降也可能使建筑物发生变形破坏。
2．地下水位对岩土力学性质的影响。土体从地下水位以上至地下水位变动带到地下水位以下，天然含水量、孔隙比由小一大一小，压缩模量、承载力由大一小一大的变化规律。这是由于地下水位以上，经长期淋滤作用，铁铝富集，并对土颗粒起胶结和充填作用，增大了土粒间连接力，往往形成”硬壳层”，因而含水量、孔隙比小而压缩模量和承载力增高；位于地下水位变动带的土层，由于地下水积极交替，士中的铁铝成分淋失，土质变松，因而含水量、孔隙比增大，压缩模量、承载力降低；位于地下水位以下的土层，由于地下水交替缓慢，氧化、水解作用减弱，加之上覆土层的自重压力作用，土质比较密实，因而含水贫、孔隙比减小，压缩模量、承载力增高。
3．地下水水力作用引起的危害。地下水在天然状态下水力作用比较微弱，若人为工程活动中改变了地下水天然动力平衡条件，在一定的动水压力作用下，往往会引起流砂、管涌、基坑突涌等严重的岩土工程危害。例高层建筑深基坑开挖中在基坑下部有承压含水层存在时，开挖基坑减小了承压含水层上覆隔水层的厚度，当隔水层减小到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。
(1)基坑突涌形式及其危害。基坑突涌与承压含水层的类型及其岩性有关。当承压含水层为裂隙水、岩溶水或中粗砂、砾砂；卵砾孔隙水时，基底顶裂后，地下水即从裂缝中涌出，使其基坑积水；如承压含水层为细粒砂层时，基底易产生喷水冒砂现象。
(2)基坑突涌防治措施。工程勘察中首先掌握基坑周围内隔水层的厚度、岩性、重量，承压含水层顶板埋深、承压水头高度，含水层的类型、岩性等情况，然后根据基坑开挖深度，分析能否产生突涌及其造成的危害。控制基坑开挖深度，使基底隔水层保留不致产生突涌的厚度；二是在基坑外围设置排水孔，降低承压水位，减少承压水头压力防治突涌的措施建议。
三、结语
岩土工程问题中，地下水问题占有相当重要的位置，准确合理地查明地下水的水文地质条件，不仅使资料的可靠程度更高，而且可更好地利用岩土体的潜在能力。因此，为提高工程勘察质量，在工程勘察中要求查明与岩土工程有关的水文地质问题，以消除或减少地下水对岩土工程的危害；随着工程勘察的发展，其必将受到越来越广泛的重视，切实做好水文地质工作将对勘察水平的提高起着极大的推动作用。