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、液體和固態三種形式。根據巖土中水的物理力學性質可將地下水分為：氣態水、結合水、毛細水、重力水、固態水以及結晶水和結構水。其中重力水是一種很活躍的流動介質，它對巖土的工程力學性質影響很大。

當巖石、土層的空隙完全被水飽和時，黏土顆粒之間除結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。重力水能產生浮托力，對巖土產生化學潛蝕，導致土的成分及結構的破壞。

巖層、土層中含有各種狀態的地下水。我們把能夠給出并透過相當數量重力水的巖層或土層，稱為含水層。構成含水層的條件，一是巖土中要有空隙存在，并充滿足夠數量的重力水，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?、大小、形狀、連通情況和分布規律，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、中間帶和毛細水帶。飽水帶巖石空隙全為液態水所充滿。飽水帶中的水體是連續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。

根據埋藏條件與含水介質類型的不同，可對地下水進行分類。地下水埋藏條件是指含水層在地質剖面中所處的部位及受隔水層（弱透水層）限制的情況。據此可將地下水劃分為包氣帶水、潛水及承壓水。按含水介質（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生固結沉降，不含理的地下水流動會誘發某些土層出現流砂現象和機械潛蝕，地下水對位于水位以下的巖石、土層和建筑物基礎產生浮托作用，某些地下水對鋼筋混凝土基礎產生腐蝕。

（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施工時，往往需要人工降低地下水位。若降水不當，會使周圍地基土層產生固結沉降，輕者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降：重者是建筑物基礎下的土體顆粒流失，甚至掏空，導致建筑物開裂和危及安全使用。

如果抽水升慮網和砂濾層的設計不合理或施工質量差，那么抽水時會將軟土層中的黏粒、粉粒，甚至細砂等細小顆粒隨同地下水一起帶出地面，使周圍地面土層很快產生不均勻沉降，造成地面建筑物和地下管線不同程度的損壞。另一方面井管埋設完成開始抽水時，井內水位下降，井外含水層的地下水不斷流向濾管，經過一段時間后，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的軟土層會發生滲透固結而造成地基沉降。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生不均勻沉降，甚至開裂。

（二）動水壓力產生主流砂和潛蝕

流砂是一種不良的工程地質現象，在建筑物深基礎工程和地下建筑工程的施工中所遇到的流砂現象有：

1、輕微流砂：當基坑圍護樁排間隙處隔水措施不當或施工質量欠缺時，或當地下連續墻接頭的施工質量不佳時，有些細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，常常會出現一推粉細砂緩緩冒起，仔細觀察，可以看到粉細砂堆中形成許多小小的排水溝，冒出的水夾帶著細小土粒在慢慢地流動。

3、嚴重流砂：基坑開挖時如發生上述現象而仍繼續往下開挖，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，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，產生嚴重流砂，那么沉井就突然下沉，無法用人力控制，以致沉井發生傾斜，甚至發生重大事故。

（三）地下水的浮托作用

當建筑物基礎底面位于地下水位以下時，地下水對基礎底面產生靜水壓力，即產生浮水托力。如果基礎位于粉性土、砂性土、碎性土、碎石土和節理裂隙發育的巖石地基上，則按地下水位100%計算浮托力；如果基礎位于節理裂隙不發育的巖石地基上，則按地下水位50%計算浮托力；如果基礎位于節理裂隙發育的巖石地基上，其浮托力較難確切確定，應結合地區的實際經驗考慮。

地下水不僅對建筑物基礎產生浮力，同樣對其水位以下的巖石、土體產生浮托力。所以在有關規范中規定：確定地基承載力設計時，無論是基礎底面以下土的天然重度或是基礎底面以上土的加權平均重度，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雜的物理化學過程，在一定的工程地質與水文地質條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。