地下水對建筑物地基的影響及防治措施

吳曉旭　安大勇

【摘 要】在建筑物地基基礎設計中，必須根據地質勘測資料，因地制宜，綜合考慮結構類型、材料情況與施工條件的因素，精心設計。但在建筑工程的地基內有地下水存在時，諸如地下水位變化、流沙、潛蝕、突涌和凍漲等不良地質作用，對建筑工程的施工、建設后的正常使用和建筑物的穩定性都有很大影響，必須給予高度重視。

【關鍵詞】地下水；建筑物地基；防治措施

存在于地表面土和巖石的孔隙、裂縫和溶洞中的水叫地下水。地下水的基本成因可分成：

1）滲透作用下形成的地下水：部分地下水是雨、雪、水大氣降水和江河、水庫或工業廢水等地表水經巖石的孔隙、裂縫等滲入地下聚集而成。降水量越多、巖石透水性越強，地下水的補給來源就越豐富。當地表水的水位高于地下水位時，經巖石滲透的地下水就成為地下水的主要來源。

2）凝結作用形成的地下水：有些地下水是空氣中的水蒸氣進入巖石的孔隙后凝結成水滴，水滴在重力作用下向下流動，聚結而成。

按照地下水的埋藏條件可分為上層滯水、潛水合成壓水三類。上層滯水是指埋藏在地表淺處，且具有自由水面的地下水，它的分布范圍有限，其來源主要是由大氣降水補給，因此只能被作為季節性的或臨時的水源；潛水是指埋藏在地表以下底一個穩定隔水層以上的具有自由水水面的地下水，潛水一般埋藏在第四季松軟沉積層及巖石的風化層中，潛水直接受雨水滲透或河流深入土中而得到補給，同時也直接由于蒸發或流入河流而排泄。

在建筑物地區，地下水位的變化常與抽水、排水有關，因為局部的抽水和排水，能使地下水位發生變化。有時也可能因地質、水文、氣候、人為地生產活動等因素也能影響地下水位的變化，因此必須測定最高水位和最低水位，二者之差為水位變化幅度。

地下水位變化對建構筑物可能引起各種不良后果：

1）當地下水位的升降保持在基礎底面以上時，對地基及基礎的影響不大，水位下降，只是稍稍增加基礎的自重，這種情況會給施工帶來不便。

2）當地下水位在基礎底面下壓縮層范圍內變化時，地下水在壓縮層范圍內上升，則水會浸濕和軟化巖土，從而使地基土的強度降低，壓縮性增大，建筑物會產生較大的沉降，導致嚴重變形，引起上部結構的破壞，特別是遇到結構不穩定的土，如濕陷性黃土、膨脹土等，這種現象更為嚴重。當地下水在壓縮層范圍內下降，則能增加巖土的自重壓力，引起基礎的附加沉降。如果地基土質不均勻，或水位不是在整個建筑物下面均勻而緩慢的下降時，基礎就會產生不均勻沉降，使建筑物變形或傾斜，甚至于破壞。這樣的地區可通過采用換土法（即將地基土換成摻有石灰的粘土）及灌漿法來改善其地基條件，或者采用樁基礎。

3）設有地下室或地下箱型建筑工程的地基內，若有地下水位上升，將增加水浮力，對工程的防潮、防濕、穩定性能均產生不利影響。這種情況可在混凝土達到初凝后，向箱體內注水，以達到增大自重的目的，防止其浮起。

4）當地下水位升高時，在河谷階地、岸坡或斜坡地帶，巖土被水浸泡軟化而降低抗剪強度，直接影響巖土層的穩定，當地下水位下降時，水沿斜坡巖土層滲入，能產生潛蝕或溶蝕作用，破壞巖土的結構，從而形成巖土的不穩定條件，這些條件繼續發展，河谷階地、岸坡或斜坡的巖土就會滑動，形成滑坡現象。建構筑物場地若選在上述滑坡地帶，建構筑物會遭受破壞，這種事故在山區和河岸地區曾多次出現。通常我們要采取妥善措施，例如加設擋土墻及護坡，特別注意要有良好的排水措施。因此，在河谷階地、岸坡或斜坡地帶，應事先了解地下水位變化的影響。最好避免選擇這種地方建筑房屋。

5）當地下水的動水壓力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于臨界水力坡度時，就會產生流砂。流砂的工程地質現象：流砂常是由于在地下水位以下開挖基坑、埋設地下管道、打井等工程活動而引起的，在細砂、粉砂和輕亞粘土等土中容易產生。在工程施工中，流砂能造成大量土體流動，致使地表塌陷或建構筑物的地基破壞，也能給基礎施工帶來很大困難，還會直接影響附近建筑物的穩定。

針對流砂的危害性，可采取以下防制措施：

（1）在可能產生流砂的地區，應盡量利用上面有一定厚度的土層作為持力層，盡可能避免開挖。

（2）人工降低地下水位，使水位降至可能產生流砂的地層以下，然后開挖。

（3）在土中打入板樁，既可加固坑壁，又增長了地下水的滲流路程以減小水力坡度。

（4）在水力挖掘過程中，如局部地段出現流砂時，可立即拋入大塊石，也能克服流砂的活動。

在地基層內如具有地下水的潛蝕作用時，將會破壞地基土的強度，形成空洞，產生地表塌陷，影響建筑工程的穩定。一般來說，在我國黃土層及巖溶地區的土層中，常有潛蝕現象產生，所以修建建筑物時應予注意。當建筑物基坑下有承壓水存在，開挖基坑減少了底部隔水層的厚度，在隔水層較薄時，承壓水的水頭壓力會沖破基坑薄層，形成突涌現象，突涌產生后，基坑沖毀，地基被破壞。

6）在嚴寒地區，當建筑物地基內埋藏有地下水時，水份常常因凍結作用遷移和重新分布，形成冰夾層或冰椎等。促使地基凍脹、融沉，建筑物則產生變形，輕者出現裂縫，重者危及使用，這種情況，在凍結地區必須慎重對待。

在有凍脹土的地區，宜采用下列防凍害措施：

（1）應盡量選擇地勢高、地下水位低、地表排水良好和土凍脹性小的建筑場地。對低洼場地，宜在沿建筑物四周向外一倍凍深距離范圍內，使室外地坪至少高出自然地面300—500mm。

（2）為了防止施工和使用期間的雨水、地表水、生產廢水和生活污水浸入地基，應做好排水設施。在山區必須做好截水溝或在建筑物下設置暗溝，以排走地表水和潛水流，避免因基礎堵水而造成凍害。

（3）在凍深和土凍脹性均較大的地基上，宜采用獨立基礎、樁基礎、自錨式基礎（凍層下有擴大板或擴底短樁）。當采用條基時，宜設置非凍脹性墊層，其底面深度應滿足基礎最小埋深的要求。

（4）對標準凍深大于2米、基底以上為強凍脹土的采暖建筑及標準凍深大于1.5米、基底以上為凍脹土和強凍脹土的非采暖建筑，為防止凍切力對基礎側面的作用，可在基礎側面回填粗砂、中砂、爐渣等非凍脹性散粒材料或采取其他有效措施。

（5）在凍脹和強凍脹性地基上，宜設置鋼筋混凝土圈梁和基礎聯系梁，并控制建筑物的長高比，增強房屋的整體剛度。

（6）當基礎聯系梁下有凍脹性土時，應在梁下回填以爐渣等松散材料，根據土的凍脹性大小可預留50—150mm空隙，以防止因土凍脹將基礎聯系梁拱裂。

（7）外門斗、室外臺階和散水坡等宜與主體結構斷開。散水坡分段不宜過長，坡度不宜過小，其下宜填以非凍脹性材料。

（8）按采暖設計的建構筑物，如凍前不能交付使用，或使用中因故冬季不能采暖時，應對地基采取相應的過冬保濕措施，對非采暖建筑的跨年度工程，入冬前基坑應及時回填。

所以，我們在進行建構物基礎設計時，要認真分析研究其地質勘測材料，充分考慮由于地下水的存在可能引起的各種不良地質作用，避免發生因地基變形破壞引起的質量事故，基礎是建構物的關鍵所在，我們必須要引起高度重視。

[責任編輯：楊玉潔]