簡述地下水對建筑工程的作用和影響

王曉明　韓智力　張華軍

[摘要]本文介紹了地下水的概念、分類，簡述了地下水對建筑工程的作用和影響。

[關(guān)鍵詞]地下水；建筑工程；作用和影響

一、地下水的概念

地下水是地殼中一個極其重要的天然資源，也是巖土三相組成部分中的一個重要部分，巖石、土層的空隙即是地下水的儲存場所，又是地下水的滲透通道，空隙的多少、大小極其分布規(guī)律，決定著地下水分布與滲透的特點。

我們把存于地殼表面以下巖土空隙（如巖石裂隙、溶穴、土孔隙等）中的水稱為地下水。地下水有氣態(tài)、液體和固態(tài)三種形式。根據(jù)巖土中水的物理力學(xué)性質(zhì)可將地下水分為：氣態(tài)水、結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水、固態(tài)水以及結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水。其中重力水是一種很活躍的流動介質(zhì)，它對巖土的工程力學(xué)性質(zhì)影響很大。

當(dāng)巖石、土層的空隙完全被水飽和時，黏土顆粒之間除結(jié)合水以外的水都是重力水，它不受靜電引力的影響，而在重力作用下運動，可傳遞靜水壓力。重力水能產(chǎn)生浮托力，對巖土產(chǎn)生化學(xué)潛蝕，導(dǎo)致土的成分及結(jié)構(gòu)的破壞。

巖層、土層中含有各種狀態(tài)的地下水。我們把能夠給出并透過相當(dāng)數(shù)量重力水的巖層或土層，稱為含水層。構(gòu)成含水層的條件，一是巖土中要有空隙存在，并充滿足夠數(shù)量的重力水，二是這些重力水能夠在巖土空隙中自由運動。隔水層是指那些不能給出并透過水的巖層、土層，或者這些巖土層給出與透過水的數(shù)量是微不足道的。

二、地下水的分類

巖石中的空隙是地下水儲存場所和運動通道?？障兜亩嗌佟⒋笮?、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對地下水的分布和運動具有重要影響。巖石中空隙可分為三類：松散巖層中的空隙，堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴。賦存于不同巖層中的地下水，由于其介質(zhì)特征不同，具有不同的分布和運動特點。因此按巖層的空隙類型區(qū)分為三種類型的地下水：孔隙水、裂隙水和巖溶水。

地表以下一定深度上，巖石中的空隙被重力水所充滿，形成地下水面。地下水面以上部分稱為包氣帶；地下水面以下部分稱為飽水帶。包氣帶自上而下可分為土壤水帶、中間帶和毛細(xì)水帶。飽水帶巖石空隙全為液態(tài)水所充滿。飽水帶中的水體是連續(xù)分布的能夠傳遞靜水壓力，水頭差的作用下，這是因為它們的定義具有相對性，含水層、隔水層與若透水層的定義取決于運用它們時的具體條件義。

根據(jù)埋藏條件與含水介質(zhì)類型的不同，可對地下水進行分類。地下水埋藏條件是指含水層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層（弱透水層）限制的情況。據(jù)此可將地下水劃分為包氣帶水、潛水及承壓水。按含水介質(zhì)（空隙）類型，可將地下水分為空隙水、裂隙水和巖溶水。（見表一）

潛水：是飽水帶中的第一個具有自由表面的含水層中的地下水。潛水沒有隔水頂板或只有局部隔水頂板。潛水面為自由面，不承受大氣壓以外的任何附加壓強。從潛水面到地面的距離為潛水埋藏深度。潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層的厚度。

承壓水：是指充滿于兩個穩(wěn)定的隔水層（弱水層）之間的含水層中的地下水。含水層上部的隔水層（弱水層）稱為隔水頂板，下部的隔水層（弱透水層）稱為承壓隔水底板。隔水頂板與隔水底板之間的距離為承壓含水層的厚度。

上層滯水：當(dāng)包氣帶存在局部隔水層（弱透水層）時，局部隔水層（弱透水層）上會積聚具有自由水面的重力水，便是上層滯水。上層滯水分布最接近地表，接受大氣降水的補給，通過蒸發(fā)或向隔水底板（弱透水層底板）的邊線排泄。雨季獲得補充，積存一定水量。旱季水量逐漸耗失。

三、地下水對建筑物工程的作用和影響

地下水對建筑工程的不良影響主要有：降低地下水會使軟土地基產(chǎn)生固結(jié)沉降，不含理的地下水流動會誘發(fā)某些土層出現(xiàn)流砂現(xiàn)象和機械潛蝕，地下水對位于水位以下的巖石、土層和建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托作用，某些地下水對鋼筋混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生腐蝕。

（一）地下水位下降引起軟土地基沉降

在沿海軟土中進行深基礎(chǔ)施工時，往往需要人工降低地下水位。若降水不當(dāng)，會使周圍地基土層產(chǎn)生固結(jié)沉降，輕者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降：重者是建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至掏空，導(dǎo)致建筑物開裂和危及安全使用。

如果抽水升慮網(wǎng)和砂濾層的設(shè)計不合理或施工質(zhì)量差，那么抽水時會將軟土層中的黏粒、粉粒，甚至細(xì)砂等細(xì)小顆粒隨同地下水一起帶出地面，使周圍地面土層很快產(chǎn)生不均勻沉降，造成地面建筑物和地下管線不同程度的損壞。另一方面井管埋設(shè)完成開始抽水時，井內(nèi)水位下降，井外含水層的地下水不斷流向濾管，經(jīng)過一段時間后，在井周圍形成漏斗狀的彎曲水面

降水漏斗。在這一降水漏斗范圍內(nèi)的軟土層會發(fā)生滲透固結(jié)而造成地基沉降。而且，由于土層的不均勻性利邊界條件的復(fù)雜性，降水漏斗往往是不對稱的，因而是周圍建筑物或地下管線產(chǎn)生不均勻沉降，甚至開裂。

（二）動水壓力產(chǎn)生主流砂和潛蝕

流砂是一種不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象，在建筑物深基礎(chǔ)工程和地下建筑工程的施工中所遇到的流砂現(xiàn)象有：

1、輕微流砂：當(dāng)基坑圍護樁排間隙處隔水措施不當(dāng)或施工質(zhì)量欠缺時，或當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻接頭的施工質(zhì)量不佳時，有些細(xì)小的土顆粒會隨著地下水滲漏一起穿過縫隙而流入基坑，增加坑底的泥濘程度。

2、中等流砂：在基坑底部尤其是靠近圍護樁墻的地方，常常會出現(xiàn)一推粉細(xì)砂緩緩冒起，仔細(xì)觀察，可以看到粉細(xì)砂堆中形成許多小小的排水溝，冒出的水夾帶著細(xì)小土粒在慢慢地流動。

3、嚴(yán)重流砂：基坑開挖時如發(fā)生上述現(xiàn)象而仍繼續(xù)往下開挖，流砂的冒出速度會迅速增加，有時會像開水初沸時翻泡，此時基坑底部成為流動狀態(tài)，給施工帶來很大困難，甚至影響鄰近建筑物的安全。如果在沉井施工中，產(chǎn)生嚴(yán)重流砂，那么沉井就突然下沉，無法用人力控制，以致沉井發(fā)生傾斜，甚至發(fā)生重大事故。

（三）地下水的浮托作用

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時，地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮水托力。如果基礎(chǔ)位于粉性土、砂性土、碎性土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100%計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50%計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，其浮托力較難確切確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。

地下水不僅對建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮力，同樣對其水位以下的巖石、土體產(chǎn)生浮托力。所以在有關(guān)規(guī)范中規(guī)定：確定地基承載力設(shè)計時，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，地下水位以下一律有效重度。

（四）承壓水對基坑的作用

當(dāng)深基坑小部有承壓含水層時，開挖基坑回減小含水層上覆隔水層的厚度，在隔水層厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象，基坑突涌將會破壞地基，給施工帶困難。

（五）地下水對鋼筋混凝土的腐蝕

地下水對混凝土建筑物的腐蝕是一項復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。