城市地下水的開采對工程結(jié)構(gòu)的影響探究

譚茂蘭 肖綱通

湖南省核工業(yè)地質(zhì)局306大隊-核工業(yè)衡陽第二地質(zhì)工程勘察院 湖南 衡陽 421008

正文：

地下水資源包括埋藏于地表以下的各種狀態(tài)的水，不僅清潔環(huán)保，而且在一定條件下是可以再生的。但是由于人口的劇增以及工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，人們加大了對地下水的開采力度，地下水資源的大量消耗引發(fā)了地裂縫、地面沉降等一系列的地質(zhì)問題，還影響了地面上各種建筑物的穩(wěn)定性。所以，為了在工程建設(shè)時有效地預(yù)防安全事故的發(fā)生，我國水文地質(zhì)勘測人員很有必要深入研究城市地下水的開采對工程結(jié)構(gòu)的影響以及對應(yīng)的防治方法。

一、開采城市地下水的發(fā)展趨勢

近幾年來，城市居民的用水量大大提升，許多城市中已有的水資源已經(jīng)無法滿足人們巨大的用水需求了，有的城市的地下水已經(jīng)處于過度開采的狀態(tài)了。然而由于地下水自然補給的速度遠遠低于人類開采的速度，導(dǎo)致水資源的自然平衡狀態(tài)崩潰，極易出現(xiàn)各種不利的自然現(xiàn)象。而且在部分地區(qū)盡管水資源已經(jīng)十分短缺，但是還是有人不夠珍惜，隨意浪費。此外，大量生活污水及工業(yè)廢水的排放使得地下水的水體污染愈加嚴(yán)重，地下水的過度開采也使得供水成本逐年提高，長此以往，部分地區(qū)城市居民的用水問題將令人堪憂。

二、開采城市地下水對工程結(jié)構(gòu)的影響及危害

2.1 水位下降

自然條件下，地下水位將處于一個平衡狀態(tài)，而一旦涉及到人類的活動，如過度開采地下水、在上游修大壩和水庫等，都會破壞地下水的自然補給，進而破壞其平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵滤幌陆档侥骋粯O限值時，會引發(fā)地面下沉、塌陷等一系列地質(zhì)問題，甚至可能使得地下水完全枯竭，除此之外，水位下降過大還會影響地面建筑物的穩(wěn)定性，降低地基的承受力，造成安全事故。

2.2 地面沉降

地面沉降分為兩種，一是自然因素引發(fā)的地面沉降，二是人為因素引發(fā)的地面沉降。前者可能是由地震、地質(zhì)結(jié)構(gòu)活動等引起的地面沉降或者是因為重力作用引發(fā)的地表松散層變密的成巖現(xiàn)象。而后者主要是地下水的過度開采導(dǎo)致的，人們在開采與地下水有關(guān)的工程活動中，會影響地下松散地層，導(dǎo)致其固結(jié)壓縮，引起局部地面沉降。由于地面沉降成災(zāi)緩慢且其成因機制極為復(fù)雜，所以國家很難對其進行有效防治。地面沉降不僅會危害地表及地下的建筑物，對城市規(guī)劃和建設(shè)造成威脅，而且還會降低城市抵御洪水、海水入侵的能力，破壞港灣設(shè)施，甚至引起橋墩、碼頭、倉庫地坪下沉，影響交通。截至2011年12月，中國有50多個城市出現(xiàn)了地面沉降的現(xiàn)象，其中長三角地區(qū)、華北平原和汾渭盆地已成重災(zāi)區(qū)。此外，如果想要治理地面沉降帶來的危害和后果,必須花費大量的金錢、時間和人力資源。

2.3 地面塌陷

地面塌陷既有可能是自然造成的，也有可能是人為造成的，不過其最終結(jié)果都是形成一個大范圍的坍塌坑。地面塌陷有兩種形成原因，其一是由地下水引發(fā)的塌陷，稱之為巖溶塌陷；其二則是由非巖溶洞穴產(chǎn)生的塌陷，如礦石采空區(qū)頂板的塌陷，稱之為非巖溶塌陷。由于地面塌陷極具突然性，所以無論哪種塌陷都會對人類的活動以及地面建筑造成巨大的影響，如房屋傾斜、橋墩錯位、地下管網(wǎng)斷裂等，造成經(jīng)濟損失，更嚴(yán)重的話還會引起大量人員傷亡。

2.4 地裂縫

地表巖石或者土體受到一定影響會產(chǎn)生開裂并逐漸形成一條裂縫，這種現(xiàn)象就被稱之為地裂縫。地裂縫在城市地質(zhì)災(zāi)害中極為常見，如地震或松散土體潛蝕都有可能引起地裂縫。過度地開采地下水會引地面沉降，進而出現(xiàn)地面開裂，導(dǎo)致地裂縫。由于地面開裂，地上的建筑物大都下沉坍塌，路面、地下供水以及輸氣管道都會被破壞，一些歷史文化遺跡也無法保住，不僅給人們的日常生活帶來了不便，而且還損壞了許多文化遺產(chǎn)。如果以西安為例進行研究，我們會發(fā)現(xiàn)在此地的黃土梁區(qū)極易出現(xiàn)地裂縫現(xiàn)象。這是因為西安黃土梁區(qū)的粘性土層厚度較小，當(dāng)過度開采地下水時，極易導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)粘性土層釋水壓密變形，進而引發(fā)地裂縫。

三、預(yù)防措施及建議

3.1 利用網(wǎng)絡(luò)加強對地下水狀況的檢測

為了降低城市地下水的開采對工程結(jié)構(gòu)的影響，有關(guān)勘測人員需要設(shè)置一些監(jiān)測點，利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對地下水狀態(tài)的實時監(jiān)控，定時發(fā)布地下的有關(guān)信息，為研究出合理開采地下水的方法提供參考資料。

3.2 對經(jīng)常出現(xiàn)不利自然現(xiàn)象的城市進行勘測和研究

建議國家地質(zhì)勘測人員對于一些常常出現(xiàn)地面下沉、地裂縫等地質(zhì)問題的城市應(yīng)當(dāng)進行深入的研究和勘測，如西安、咸陽等，分析其地質(zhì)結(jié)構(gòu)，實時檢測該區(qū)域內(nèi)的環(huán)境地質(zhì)變化情況。先了解地下水的動態(tài)活動，進而確定發(fā)生不利自然現(xiàn)象時水位的臨界值，設(shè)置報警裝置，預(yù)報風(fēng)險，規(guī)避安全隱患。此外，在對地下水資源進行較為合理的配置時應(yīng)該依據(jù)其實際開采量，以免影響地下水的補給平衡。

3.3 研究出較為科學(xué)合理的地下水開采方法

對于常常出現(xiàn)嚴(yán)重地質(zhì)問題的區(qū)域，應(yīng)該緊急組織勘測小組，進行區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況進行分析，研究出科學(xué)合理的補救措施，如人工回灌等，都是通過加強對地下水位的控制來緩解地質(zhì)問題的發(fā)展趨勢，當(dāng)然，在進行回灌時必須加強對回灌水的水質(zhì)的控制，規(guī)范操作，避免對剩余的地下水造成污染。

結(jié)語；綜上所述，城市地下水的開采對工程結(jié)構(gòu)影響甚大。因此，為了降低地下水的開采對地面建筑的影響，水文地質(zhì)勘察人員需提前了解并分析該區(qū)域內(nèi)地下水的實際狀況，并有針對性地采取應(yīng)對的措施。如果能夠?qū)ο鄳?yīng)區(qū)域內(nèi)的地下水位進行準(zhǔn)確地勘測，那么就能夠充分發(fā)揮出巖土體的潛在力量，使資料更加真實可靠。此外，在實際工程勘察中，勘測人員應(yīng)該對與巖土工程有關(guān)的水文地質(zhì)問題進行深入研究與勘測，并予以高度重視。因為只有這樣才能提高水文地質(zhì)的勘測水平，進而消除地下水的開采對工程結(jié)構(gòu)的不利影響。