淺論地下水對巖土工程的危害

文/王樹坡 北京市建平工程勘察有限責(zé)任公司 北京 102200

根據(jù)埋藏條件，地下水分為包氣帶水、潛水、承壓水三大類。包氣帶水處于地表面以下潛水位以上的包氣帶巖土層中，雨季水量多，旱季水量少；潛水是埋藏在地表以下第一層較穩(wěn)定的隔水層以上具有自由水面的重力水，受氣候條件影響，季節(jié)性變化明顯，也受地形、地質(zhì)、氣象、水文等自然因素控制，并常與地形有一定程度的一致性；承壓水是地表以下充滿兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間具有一定壓力的重力水，不受氣候的影響，動(dòng)態(tài)較穩(wěn)定。地下水引起的巖土工程危害，主要是由于地下水位升降變化、地下水動(dòng)水壓力作用、地下水的腐蝕性等幾個(gè)方面的原因造成的。

1、地下水位升降帶來的危害

1.1 地下水位下降的危害

地下水位下降很多情況下是人為因素導(dǎo)致的，例如：采礦活動(dòng)中的礦床疏干以及上游筑壩工程、人工灌溉中大量抽取地下水、修建水庫工程中截奪下游地下水的補(bǔ)給等。地下水位下降的危害通常表現(xiàn)在：①常常誘發(fā)地裂、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降、建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至掏空，對巖土體、建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響并直接威脅人類生命財(cái)產(chǎn)安全。②地下水資源枯竭、水質(zhì)惡化、土壤鹽漬化等環(huán)境問題，對人類的生活和生存環(huán)境造成巨大影響。

1.2 地下水位上升的危害

地下水水位上升的原因是多種多樣的，例如含水層結(jié)構(gòu)、總體巖性產(chǎn)狀、水文氣象因素如降雨量、氣溫等及一些人為因素如灌溉、施工等。其危害主要有以下幾點(diǎn)：

① 土壤沼澤化、鹽漬化。

② 斜坡、河岸等巖土產(chǎn)生滑移、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。充滿裂隙的地下水及其流動(dòng)對潛在的崩塌體產(chǎn)生靜水壓力和動(dòng)水壓力，也可以產(chǎn)生浮托力。地下水降低了潛在崩塌體與穩(wěn)定巖體之間的抗拉強(qiáng)度，也使裂隙充填物的抗剪強(qiáng)度在水的軟化作用下大大降低。這些都使得邊坡上潛在的崩塌體更易于失穩(wěn)。

③ 一些具特殊性的巖土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低、軟化。

④ 引起飽和砂類土及粉土液化、出現(xiàn)流砂、潛蝕等現(xiàn)象。流砂是在地下滲流動(dòng)水壓力作用下細(xì)小顆粒隨著地下水滲漏穿過縫隙而流失，造成地層塌陷或崩潰的現(xiàn)象。在地下水的滲流作用下單個(gè)土顆粒發(fā)生獨(dú)立移動(dòng)的現(xiàn)象，稱潛蝕或管涌。潛蝕較普遍地發(fā)生在不均勻的砂層或砂卵(礫)石層中，細(xì)粒物質(zhì)從粗粒骨架孔隙中被滲流攜走，使土層的孔隙增大，強(qiáng)度降低，發(fā)展下去會(huì)呈現(xiàn)"架空結(jié)構(gòu)"甚至造成地面塌陷。

⑤ 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(shí)，地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即浮托力。浮托力減少地基對基礎(chǔ)底面的正壓力，即減小對基礎(chǔ)滑動(dòng)的抗滑力，嚴(yán)重影響基礎(chǔ)的抗滑穩(wěn)定性。

地下水位不論過度上升還是下降都會(huì)帶來土地鹽堿化，但原理是不一樣的，地下水位上升會(huì)使鹽分殘留在土壤內(nèi)，而地下水位下降則是引起了海水倒灌，從而造成土地鹽堿化。相比較而言，地下水位下降帶來的危害要更為嚴(yán)重。

2、承壓水對基坑的作用

當(dāng)深基坑下部有承壓含水層存在，開挖基坑會(huì)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(shí)，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(huì)破壞地基強(qiáng)度，并給施工帶來很大困難。

3、地下水的腐蝕性

地下水對鋼筋及混凝土的腐蝕。當(dāng)?shù)叵滤械亩趸蓟蚨趸蜻^多、H+濃度較高時(shí)，水就具有侵蝕性。含侵蝕性二氧化碳的水能溶解混凝土中的鈣質(zhì)而使混凝土崩解。二氧化硫與混凝土作用時(shí)能生成硫鋁酸鈣，這種化合物形成時(shí)體積要膨脹而使混凝土脹裂。有時(shí)地下水因污染原因會(huì)帶有某些礦物質(zhì)，也會(huì)對鋼筋及混凝土產(chǎn)生腐蝕影響。巖土工程的地基長時(shí)間受地下水腐蝕，將會(huì)大大影響建筑物的使用壽命。

結(jié)論：

地下水對場地的土質(zhì)和地基有巨大影響，在巖土工程勘探中十分重要。如何切實(shí)做好水文地質(zhì)勘察，是關(guān)系到能否提高工程勘察質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，這應(yīng)該引起廣大勘察工作者的高度重視和深入研究。地下水的性質(zhì)是多種多樣的，產(chǎn)生的危害也不容小覷。在勘探過程中，需要對地下水進(jìn)行全面分析，才能夠根據(jù)各方面參數(shù)綜合制定出最為合理的防治措施，保證巖土工程的安全進(jìn)行和經(jīng)濟(jì)效益的最大優(yōu)化。