地下水對工程建設的影響

李賽

摘要：地下水是地質環境的重要組成部分，也是其中最活躍的因素。地下水對工程建設有不良影響的主要有毛細水和重力水，本文論述了毛細水水和重力水對工程建設的影響原理以及在以后工程建設中要重視這些的問題，必要時要采取必要措施。

關鍵詞：地下水;工程建設;腐蝕;地基

引言

地下水的活動會對地質環境產生影響甚至誘發地質災害，威脅建筑物的穩定與安全，導致建筑物遭受破壞[1]。因此，從工程建設的角度研究地下水及地下水引起的工程地質問題并采取有效的措施加以防治具有重要意義。

1.??? 毛細水對工程建設的影響

毛細水指的是地下水受土粒間孔隙的毛細作用上升的水分。主要存在于直徑為0.5—0.002大小的空隙中。毛細水能傳遞靜水壓力和溶解鹽分，它對成壤作用和植物生長具有重要意義。當地基土中毛細水上升接近建筑物基礎底面時，因土體被浸濕而使地基承載力下降及沉降量加大[2]。毛細水上升至地表時可引起土壤鹽漬化和沼澤化。在寒冷地區還將造成凍脹作用。毛細水對工程建設的影響主要有：第一，產生毛細壓力，對于砂性土特別是細砂、粉砂含有毛細水的量大，又由于毛細水產生毛細壓力將砂粒粘接在一起，所以砂性土具有一定的粘聚力（稱假粘聚力）。在非飽和土中局部存在毛細水時，產生假粘聚力而使土的強度增加，當土體受到浸水飽和或者失水干燥時，這種力消失。在工程建設中，不可能做到使土壤失水干燥，往往考慮到毛細水上升使土層含水量增大致使土的強度降低和增加土壓縮性等不利影響。

第二，毛細水對土中的氣體分布和流通有一定的影響，常常是導致產生封閉氣體的原因。封閉氣體可以增加土的彈性和減小土的滲透性。第三，當毛細水上升到基礎底面時，毛細壓力作為基底附加壓力的增值，使建筑物沉降量加大，當毛細水上升至地表時，不僅引起沼澤化、鹽澤化，還會引起地基，路基土侵濕，使土的力學強度降低，水中的鹽分對混泥土和鋼筋具有腐蝕作用，在寒冷地區，將會出現冰凍現象，形成凍土，危害基礎，破壞路面[3]。

2.??? 重力水對工程建設的影響

當土壤水分超過田間持水量時，多余的水分不能被毛管所吸持，就會受重力的作用沿土壤的大孔隙向下滲透，這部分受重力支配的水稱重力水。

重力水對工程建設的影響分以下幾點論述：

（1）???? 潛水位上升和地下水位下降引起的巖土工程問題

潛水是埋藏在地表以下第一個穩定的隔水層的上面，具有自由表面的重力水。潛水的水面稱為潛水面，潛水面上的各點的高度差就是潛水位。潛水位上升后，改變土體力學性質，增加了巖土和地下水對建筑材料的腐蝕，干燥的巖土被水飽和、軟化，降低了巖土的抗剪強度，會誘發很多不良的地質現象（滑坡，巖土體的變形、崩塌失穩），潛水位上升還會使洞室淹沒，建筑物地基上浮，危及安全。

地下水位下降改變了水的動力條件，在斷裂帶、溶蝕洼地、河床及一些土層較薄而土顆粒較疏松的地段，引起地表塌陷，當面積過大時，有地面沉降。在沿海地區，原來陸地淡水含水層與海水層相平，淡水由于大量的開采地下水，引起大面積地下水位下降，導致海水倒侵，嚴重腐蝕地基，路基。地下水的大量開采，由于補給不夠時，其中大量對工程建設有害的離子濃度增多，礦化度增高，對建筑物的基礎腐蝕就在不斷的增大，嚴重時，可能會使建筑物全部倒塌。

（2）???? 地下水對鋼筋混泥土的腐蝕機理

地下水對混凝土的腐蝕作用，經常發生在浸沒在地下水位以下的各種混凝土的基礎和地下構筑物中。地下水對混凝土的破壞，可分為分解性腐蝕，結晶性腐蝕和結晶分解復合性腐蝕三類。

分解性腐蝕：礦化度極低的水，水中的氫離子、二氧化碳、游離碳酸及某些鹽類含量處于極限值時，使混泥土碳酸化，或導致水泥石水解，使水泥石中的氫氧化鈣和氧化鈣及其他成分溶解流失，降低混泥土的堿度，從而使混泥土強度降低。

結晶性腐蝕：水中含有某些一定量的鹽，與混凝土接觸，并入滲到混凝土內部，使水泥石水化，或與混凝土成分起化合作用，形成水化物及穩定的含水結晶體，由膨脹引起脹裂破壞，影響混凝土的耐久性。

結晶分解復合性腐蝕：水中含有某些一定量的化學成分，與混凝土成分、水泥石產生化學反應，分解類腐蝕與結晶類腐蝕兼而存在。往往由陰離子產生結晶類腐蝕，陽離子產生分解類腐蝕;水中不同的鹽與水泥石產生化學作用，有的產生分解類腐蝕，有的產生結晶類腐蝕。此類復合性腐蝕作用歸結為結晶分解復合類腐蝕。

地下水中的主要的離子成分有：氫離子，鉀離子，鈉離子，鎂離子，鈣離子，鐵離子;氫氧根，氯離子，硫酸根，硝酸根，亞硝酸根，碳酸氫根，碳酸根，硅酸根，磷酸根等，在氧和水的條件下，鋼筋表面發生電化學腐蝕，在陽極離子發生化學反應生成氧化亞鐵、氫氧化鐵等腐蝕物[4]。鋼筋腐蝕后，有效直徑減小，直接危及到混泥土結構的安全性;同時，鋼筋銹蝕后，銹蝕生成物的體積膨脹，致使混凝土保護層順筋開裂，混凝土自身免疫性大幅度減低，品質迅速劣化。

（3）???? 承壓水對地基的作用

承壓水是充滿于兩個隔水層之間的含水層中的重力水，具有承壓性。在開挖基坑時會減小含水層上的隔水層的厚度，當隔水層的厚度達到某一程度時，承壓水的水頭壓力就能沖毀基坑地板，出現突涌現象。這樣就破壞了基坑的強度，給施工帶來困難，甚至會施工難以繼續。為了避免突涌現象，必須采用人工方法抽取承壓含水層的地下水，局部降低承壓水頭。不能過度的抽，否則會使周圍的地下水位降低，而導致旁邊的建筑物地基下沉一部分，建筑物發生傾斜。

（4）???? 地下水的滲透作用和浮托作用

地下水的滲透破壞主要有潛蝕、流砂、管涌。

滲透水流在水力坡度下產生交大的動水壓力沖刷，帶走細小顆粒的土粒，使巖土體的空隙擴大，甚至形成洞穴，導致巖土體結構松動，使地表產生裂隙，坍塌，這就是潛蝕。防止巖土層中發生潛蝕破壞的措施：第一，改變地下水滲透的水動力條件，第二，改善巖土性質，增強抗滲能力（如：對巖層爆破，壓密，化學加固等等）

地基土在滲透作用下以某一速度帶走細小顆粒，致使巖土孔隙增大，最后形成能穿越地基的管狀滲流通路，掏空地基和壩體，使得地基或斜坡變形，失穩，這就是管涌。在可能發生管涌的巖層地域施工時，必須控制地下水的滲流，降低水力坡度，設置保護層，打板樁等。

地下水對水位以下的巖土體產生靜水壓力，并產生浮托力。浮托力的大小可以按阿基米得原理確定，即當巖土體空隙或孔隙中的水與巖土體外界的地下水相通，浮托力等于巖土體骨架顆粒體積部分的浮力。

根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002的規定，確定地基承載力特征值時，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的確定，地下水位以下均取有效重度。

3.??? 結論

毛細水對建筑物的不良影響主要有毛細作用體現出來，重力水對工程建設的影響主要由潛水位和地下水位的變化，水對鋼筋混凝土的腐蝕，滲透作用和浮托作用體現出來。通過對毛細水和重力水從不同角度對工程建設的影響，在施工時要采取必要的防護措施，能夠保障安全施工，保障周圍地質環境，地下環境，水的循環不遭到到破壞以及地下水不被污染。

參考文獻：

[1]于廣平，2007年建筑教育改革理論與實踐研討會，2007年 7月 1日

[2《]中國地質學》第106頁，6.2.2.2，毛細水

[3]?? 重慶出版社，《工程地質學》（第二版），第87頁，4.4地下水對土木工程的影響，4.4.1毛細水對土木工程的影響。

[4]?? 科學出版社，《土木工程材料》（第二版），第123頁，4.6.3碳化與剛筋銹蝕，5.鋼筋銹蝕對混凝土的影響。

[5]?? 徐輝，地下水對建筑工程的影響（ppt），地下水的靜水壓力及浮托作用。