地下水對工程施工影響分析及探討

摘要：在當前建筑工程施工中，解決地下水對工程施工造成的影響是工程建設領域所面臨的重要課題。本文從施工實踐出發結合理論闡述了地下水對工程施工的影響，并從管理與技術上提出了以危害控制為主體的對策。

關鍵詞：地下水 建筑工程 施工影響 對策

在建設工程施工的周期當中，不得不提及的施工階段是最為復雜和重要的階段之一，在施工階段也經常出現各種復雜的問題和情形。地下水作為天然形成的地下水質，在施工過程中有很大的阻礙作用。無論是地下工程還是地上工程，在進行工程建造時，都要或多或少的深入地表巖層。但是，地下水作為在廣泛的地表巖土之中常見的現象，對建筑工程的影響卻十分廣泛而普遍。

1 地下水在工程施工中產生的影響分析

1.1 地下水的分布。地下水分布較為復雜，它不僅受一般規律影響，還受到巖土性質、地理環境條件與季節變換、結構發育程度、人類活動等不同因素的相互影響，各個因素可能單獨影響，也可能多個因素共同影響。地下水在分布上包涵了地下水類別、儲存數量、水位高低與補給條件等不同特征的分析，而在這些特征之中地下水的類別則最為重要。在地理學的研究中，按照埋藏條件來分，可以把地下水分為潛水、包氣滯水、承壓水。不同種類的地下水對其影響也自不同，具體有如下兩點：首先，各種不同類型的地下水的固有特征有所不同，如季節的變化、是否承壓、補給條件的差異等；其次，我國現今在工程建設技術的先進程度和行業限制有所不同，如大型水利工程、礦山與一般的建筑工程之間的不同。在工程施工過程中潛水的影響最大，因其在地域上分布較廣、埋藏的深度和范圍較大的特點，對工程施工建設過程中影響廣泛而普遍；包氣滯水由于埋藏淺、儲量小，對工程的影響較小；承壓水在工程施工中則影響較大，但承壓水的影響概率則很低，只對個別地帶、個別行業帶來影響。

1.2 巖土的三相結構和巖土的水性質。在工程施工中的基礎元素是巖土，巖土的結構、力學特征以及其他性質則直接決定了在工程施工中是否順利。巖土在結構上呈現氣、液、固三態。固態的巖土主要是由不同的粒徑級配固體顆粒所組成，它是巖土的主體部分；液態的巖土主要是由依附于固態顆粒上以及游散在固相結構空隙中的液體；氣態的巖土主要是由擴散在液態與固態上以及充溢在液態和固態空隙中的水蒸氣和空氣。巖土的三相結構之間相互作用，相互影響巖土的穩定性與強度。

在地理學上，我們通常將巖土中液態結構同地下水視為一種類型。其中，巖土的水性質則集中體現了地下水的性質，分別可以敘述為巖土的給水度、含水性與透水性。在滿足工程施工需要的角度來觀察，各個類型的巖土在理論上可以達到最佳水質的指標值，然而，巖土的水性質實際上的指標值同理論上的最佳值往往出現不同程度的偏差。

1.3 地下水和巖土之間的交互作用。地下水在工程施工方面，地下水和巖土之間的交互作用是其主要影響根源，地下水和巖土之間的交互作用不但直接決定了巖土三相結構中的性質，同時也決定了巖土三相結構在施工擾入后的變化發展趨勢，從而在工程施工過程中地下水起到決定性的重要作用。地下水和巖土之間的交互作用相當復雜，下面我們將通過三個理論定律展開研究。

1.3.1 太沙基有效應力理論。這種理論是指把巖土結構中固液兩種狀態相對飽和的巖土結構，這種結構能得出固液兩種狀態的相對關聯、相互影響和作用的一種規律，它是巖土三相結構重要的理論。太沙基有效應力理論認為液體不承受剪應力，但可以承受并傳遞法向應力，進而把結構總體應力區分為相對獨立的兩部分：液相空隙壓力u、固相有效應力σ′。該理論可表達為：σ=σ′+u。由太沙基有效應力理論進行分析，液體在巖土之中具有流動性，施工開始后將會導致液體的不同程度的流動，因而造成了整體結構的穩定性和應力強度損失降低。

1.3.2 地下水運動規律。這種規律可以用一個公式來表明：V=ki1/m。在公式中，v的含義是水移動速度；k的含義是巖土的滲透系數；i的含義是水力的坡度；m的含義是綜合反映流速、地下水的流動方式和巖土三相結構特征的參數。地下水在處于層流狀態時，m的值應當為1；而當地下水在處于紊流狀態時，m的值應當在1和2之間。然而，在大多數情況下，地下水在巖土中是以層流方式運動的，所以m值常取1。

1.3.3 巖土強度理論：t=σtan∮+c。其中t表示巖土抗剪強度；σ表示剪切面方向應力；∮表示巖土內摩擦角；c表示巖土黏聚力。此式即為聞名遐邇的摩爾—庫侖強度理論。因為剪切破壞是巖土破壞最常見的方式，所以抗剪強度作為基礎的摩爾—庫侖理論變為巖土結構非常重要的理論。

在對以上敘述的三個理論在理解和運用時，首要且必須要做到的是全面與統一，同時須具體明確以下幾點：

①在工程施工中，地下水的影響不是單獨的，同時還受到許多其他因素的影響；

②以上三個理論是相互統一的，三個理論共同決定了地下水和巖土之間的交互作用；

③在工程施工過程中，地下水對其影響包含了物理、地理、化學等不同學科，只有結合工程和地下水的實際情況才能避免得出錯誤結論，能更正確有效的分析和解決問題。

2 對策分析

通過地下水對工程施工影響的分析，結合上述三個理論，在實踐中遵循三個原則來確定對策：安全第一原則、經濟可行原則、技術創新原則。以這三個原則為指導，所確定的對策可分為管理類和技術類。

2.1 管理類對策。管理類對策是指充分的運用決策理論、管理科學的成果和實踐經驗，這類對策可以通過科學、創新、高效的方法進行管理，從而減輕乃至消除在工程施工過程中地下水的影響。具體言之，有以下幾點：①合理安排施工活動，提高管理效率，避免汛情、雨情等氣候因素所帶來的消極效應；②提高從業人員特別是工程技術人員的業務素質，發揮其技術專長與思維能動性；③在施工需求基礎上適度調整施工質量、費用與進度，從而適應在特定環境下地下水問題的解決。

2.2 技術方面的對策。技術方面的對策在操作上方法和措施有很多種，但它們都能體現出共同的特征。在工程施工中不同中給的措施應當都有與其相適應的范圍、具體做法和技術指標。下面我們對一些技術對策的共同特征具體進行論述：①堵和截：這種方法在本質上以隔斷地下水補給源為特征，以及在地下水流動過程中設置障礙、提高阻力。具體方法可以利用設幕墻、打板樁等方法，這是為了把地下水在流動過程中加以控制，為整個工程施工時打下基礎保障，從而有利于整個工程的施工。②排和降：排是指把地下水以及補給源排放到施工的作業范圍外；降是指將高水位降至作業面以下從而使得作業面處于降水漏斗的范圍內。利用排和降的方法可以把作業范圍內中的巖土三相結構中液態比例降低，并有利于整個工程的施工。③保留：在工程施工過程中采取其它技術方法成本過高時，我們可以采用保留的方法，保留地下水，并采取開發或更換新施工方法和工藝來解決，譬如水下開挖土方工法以及機械頂管替代人工頂管等。④更換和固結：更換是指將更換后的土質和地下水凝固或降低地下水流動速率，從而與地下水結合而形成新的巖土三相結構；固結是指加入凝固性材料、冷凍等方法使巖土固化，以降低地下水的滲透破壞和流動性。⑤防：這種技術方法是指防止地表的徑流，例如雨水以及其它特殊徑流產生的地下水問題。

2.3 技術對策的舉例：①管涌防治：這種方法是以堵截地下水補給源、阻礙或弱化地下水流動的方法，設置反濾層、減小地下水的水力坡度、替換土質等。②流土防治：采用人工降水、凍結、打板樁和水下開挖等方法。③基坑坍塌：降水、集中排水、護坡或基坑支爐等。④地面沉降防治：采用周轉式回灌、緩慢均勻降低地下水等。

3 結語

地下水對工程施工的影響是十分普遍、客觀的存在，隨著社會的飛速發展，工程建設技術要求也越來越高，在工程施工過程中對地下水進行研究顯得十分迫切，對建筑技術的提高起到很大的幫助。

參考文獻：

[1]王成華土力學華中科技大學出版社.2010：85.

[2]郭慶輝.淺談地下水工程施工西部探礦工程.2008.6.