地下水對(duì)巖土工程的影響及水文地質(zhì)的條件評(píng)價(jià)

郭　輝 / 河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院

地下水對(duì)巖土工程的影響及水文地質(zhì)的條件評(píng)價(jià)

郭輝 / 河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院

地下水是巖土體的一種重要組成部分，在巖土工程的施工中，地下水具有重要的影響作用，因此，在巖土工程施工前，要對(duì)巖土體進(jìn)行勘察，在設(shè)計(jì)階段，要對(duì)地下水可能在工程中造成的危害進(jìn)行分析，并加以預(yù)防，確保工程施工的順利進(jìn)行。本文就地下水對(duì)巖土工程的影響進(jìn)行了探討，并針對(duì)巖土工程中水文地質(zhì)的條件進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。

地下水；巖土工程；影響；勘察要點(diǎn)

1.引言

本文中的地下水是指存在于地表以下松散堆積物和基巖空隙中的潛水或承壓水，也指施工工程中由于管道滲漏、破損帶來(lái)的水。由于巖土具有崩解性、脹縮性、軟化性和透水性等明顯的水理性質(zhì)［1］，因此對(duì)基坑工程、基礎(chǔ)工程和邊坡工程等常見(jiàn)的巖土工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)必須考慮地下水的存在對(duì)其的不利影響。

2.地下水對(duì)基坑工程的影響

地下水對(duì)基坑工程的影響主要體現(xiàn)在對(duì)基坑側(cè)壁和基坑底上。對(duì)基坑側(cè)壁的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行土壓力分析，可知地下水位上升時(shí)，對(duì)于按水土分算的砂土類的基坑外向主動(dòng)土壓力［2］并與無(wú)地下水的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算比較如下：

對(duì)于按水土合算的粘土類

由上述分析可知，單考慮靜水壓力的影響，地下水的存在使得主動(dòng)土壓力增加，從而增加了支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載，影響到其傾覆和整體穩(wěn)定性，使得嵌固深度比無(wú)水時(shí)要長(zhǎng)。如果有水從坑外向坑內(nèi)滲流時(shí)，則坑外向下滲透力使得主動(dòng)土壓力增加，而坑內(nèi)向上滲透力使得被動(dòng)土壓力減少，對(duì)基坑穩(wěn)定更加不利。另一方面，對(duì)坑底而言，承壓水的存在將會(huì)引起坑底突涌和流砂。第三，軟化基坑周圍的土質(zhì)，降低坑壁、坑底巖土體的強(qiáng)度，產(chǎn)生側(cè)壁變形和、底鼓等。所以基坑施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取以下措施防止出現(xiàn)基坑事故：（1）明溝排水，在基坑內(nèi)設(shè)置排、截水溝和集水井，用抽水設(shè)備將地下水排走；（2）井點(diǎn)降水，利用井孔在基坑周圍同時(shí)抽水，把地下水降低到基坑底面以下的降水方法；（3）隔滲，包括側(cè)向隔滲和封底隔滲即側(cè)向隔滲有截水墻、截水帷幕和凍結(jié)法。

3.地下水對(duì)基礎(chǔ)工程的影響

地下水對(duì)基礎(chǔ)工程的影響主要集中在對(duì)地基土的承載力和沉降及對(duì)基礎(chǔ)腐蝕的影響上。當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，土中水的增加使得非飽和土的粘聚力減少，達(dá)到飽和時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度降低由下式可知，土的承載力也將下降。

同時(shí)，土中水將使巖土礦物軟化，土的結(jié)構(gòu)也遭到破壞，土的承載力降低，從而導(dǎo)致地基土容易出現(xiàn)剪切破壞。另一方面，當(dāng)?shù)叵滤疂B入到基礎(chǔ)內(nèi)部時(shí)，將會(huì)腐蝕混凝土與鋼筋，使基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度下降，地下水甚至進(jìn)入建筑物內(nèi)部，引起受潮等問(wèn)題。

地下水的突然下降將會(huì)產(chǎn)生附加沉降，如圖2所示當(dāng)?shù)叵滤唤瞪顬閔1，僅考慮地下水的降低影響時(shí)，a點(diǎn)附加應(yīng)力增加值為0，b點(diǎn)增加值為：

c 點(diǎn)增加值為：

繪成附加應(yīng)力曲線圖后可知，可用應(yīng)力面積法計(jì)算基底中心的沉降值，當(dāng)?shù)叵滤患眲∠陆禃r(shí)，產(chǎn)生的沉降值不容忽視。

在基礎(chǔ)工程中，采取以下措施可有效減少地下水對(duì)基礎(chǔ)工程的影響：（1）選擇不受地下水影響的地段作為地下工程的位置；（2）控制地表水的補(bǔ)給；（3）基底設(shè)置墊層；（4）采取超前探水、放水、修防水墻和防水等措施。

4.地下水對(duì)邊坡工程的影響

邊坡工程主要含兩類問(wèn)題，一是邊坡本身的穩(wěn)定問(wèn)題，如果失穩(wěn)，即發(fā)生滑坡；而是對(duì)經(jīng)計(jì)算或勘察后易發(fā)生滑坡失穩(wěn)的地段采取的邊坡支護(hù)問(wèn)題。無(wú)論哪一類，地下水都將是重要的影響因素。地下水是滑坡的顯要觸發(fā)因素；由于邊坡中存在大量的張開(kāi)裂隙，當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，裂隙中將充滿水，則充水的張開(kāi)裂隙將承受裂隙水靜水壓力的作用，如發(fā)生滲流，還將受到動(dòng)水壓力的作用，如圖3所示F1為靜水壓力，F(xiàn)2為靜水壓力，顯然F1和F2都對(duì)邊坡的穩(wěn)定起不利作用。同時(shí)地下水對(duì)邊坡巖體還產(chǎn)生軟化或泥化作用，使巖土體的抗剪強(qiáng)度大為降低。

5.巖土工程水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

5.1地下水力學(xué)作用評(píng)價(jià)

地下水的力學(xué)作用是可以進(jìn)行定量計(jì)算的，通過(guò)參數(shù)的測(cè)定和力學(xué)模型的簡(jiǎn)陋，可以使用數(shù)值法或者是解析法進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。擔(dān)憂由于地下水的作用較為復(fù)雜多變，即使在水質(zhì)和賦存條件不變的基礎(chǔ)下，地下水對(duì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和巖土體的影響也是一個(gè)變化的過(guò)程，在最初時(shí)的影響并不明顯，但是一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則處理起來(lái)較為困難，因此西藥要防范于未然，進(jìn)行必要的水文地質(zhì)評(píng)價(jià)。

（1）降水和周圍環(huán)境評(píng)價(jià)。降水和基坑挖掘必須要對(duì)周圍的建筑物安全進(jìn)行考慮，尤其是在細(xì)顆粒的軟弱土層中，必須要進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)價(jià)分析。降水對(duì)周圍環(huán)境的影響要按照抽水試驗(yàn)資料對(duì)含水地層的富水性和滲透性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)因?yàn)楣こ淌┕そ邓诘叵滤幌陆涤绊懙姆秶?，是否?huì)發(fā)生影響周圍建筑物的穩(wěn)定性、地面邊坡失穩(wěn)或者是沉降、土體沉降等問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）地下水滲流作用評(píng)價(jià)。為了防止地下水對(duì)基坑產(chǎn)生破壞影響，要對(duì)區(qū)域的水文資料進(jìn)行調(diào)查，對(duì)有關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于基坑的巖土工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，做出綜合的評(píng)價(jià)分析。從土質(zhì)條件角度出發(fā)，如巖土層的不均勻系數(shù)Cu＞10時(shí)，會(huì)發(fā)生潛蝕的現(xiàn)象，所以在工程的勘察中，要對(duì)基坑范圍內(nèi)的隔水層重度、巖性、厚度和承壓含水層的承壓水頭高度、頂板埋深以及含水層的巖性、類型等進(jìn)行調(diào)查，要按照基坑挖掘的深度，對(duì)是否會(huì)出現(xiàn)突涌現(xiàn)象進(jìn)行判斷，同時(shí)對(duì)突涌的形式和危害進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（3）抗浮評(píng)價(jià)。地下水對(duì)基礎(chǔ)的浮力作用是較為顯著的一種力學(xué)影響。通常在節(jié)理發(fā)育的巖石地層或者是透水性較好的圖層中，浮力可以適應(yīng)阿基米德原來(lái)進(jìn)行計(jì)算，但是對(duì)滲透系數(shù)較低的粘性土而言，因?yàn)闈B透的過(guò)程較為復(fù)雜，基礎(chǔ)受到的浮力較水柱的高度較低。當(dāng)?shù)叵滤疄闈撍愋蜁r(shí)，丙炔沒(méi)有長(zhǎng)期的水位觀測(cè)資料，只根據(jù)勘察期間所測(cè)得的水位對(duì)抗浮設(shè)防水位進(jìn)行確定是不足夠的，需要和場(chǎng)地的含水層頂板標(biāo)高、排泄條件、地下水補(bǔ)給、地貌、地形等因素進(jìn)行結(jié)合，做出綜合評(píng)價(jià)。

5.2地下水化學(xué)、物理作用評(píng)價(jià)

如建筑地基的基礎(chǔ)需要埋藏在地下水位以下，需要按照地下水質(zhì)對(duì)資料和地基基礎(chǔ)所在的地下水環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)地下水對(duì)混凝土的腐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)。如建筑場(chǎng)地選擇使用膨脹土、殘積土、強(qiáng)風(fēng)化石、軟質(zhì)巖石等巖土體作為地基的基本持力層，需要按照地下水的動(dòng)態(tài)變化和埋藏深度資料對(duì)地下水活動(dòng)對(duì)巖土體會(huì)產(chǎn)生的脹縮、崩解、軟化等不良影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

地下水的影響在巖土工程中是較為重要的因素，對(duì)地下水進(jìn)行準(zhǔn)確合理的勘察，可以使資料的可靠程度提高，更好的對(duì)巖土體的潛在能力進(jìn)行利用。所以為了使巖土工程的施工質(zhì)量得到提高，在施工前要對(duì)地下水對(duì)巖土的影響和與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少或者是防止地下水對(duì)巖土工程的影響。

6.結(jié)語(yǔ)

巖土工程質(zhì)量常受到地下水的影響，因此在當(dāng)前的巖土工程設(shè)計(jì)與施工中加入了地下水的勘探察。參照嚴(yán)格的地下水勘察要求能夠就地下水對(duì)土體的影響制定方案，降低地下水的危害，進(jìn)而增加工程的穩(wěn)固性。

［1］滕玉奎.地下水對(duì)巖土工程的影響及勘察現(xiàn)場(chǎng)需要注意事項(xiàng)［J］.中華民居，2012（12）.

［2］王道煬.地下水對(duì)巖土工程的危害及預(yù)防［J］.吉林地質(zhì)，2009（28）.