地下水水質、水位對建筑基礎的影響淺析

黃 艷

(中國礦業大學 銀川學院,寧夏 銀川 750011)

地下水水質、水位對建筑基礎的影響淺析

黃 艷

(中國礦業大學 銀川學院,寧夏 銀川 750011)

基礎是建筑的根基,其質量與場區地質條件直接相關,而水文地質條件是主要地質條件之一。通過綜合前人研究資料,分述地下水水位和水質對基礎的影響,明確場區地下水條件是保障基礎質量的必要條件。

地下水水位;建筑基礎;地下水水質

基礎是地下隱蔽結構,出現問題就會威脅上部建筑的安全;地下水存在于地下,它的破壞作用容易被忽略。但基礎工程在場區地基土體上進行,就與地下水條件有著密不可分的關系,地下水水質的腐蝕性和地下水水位的升降綜合起來影響基礎材料、強度等,尤其影響高層建筑或重大工程的基礎。

1 建筑基礎

基礎是建筑物底部結構,傳遞上部荷載[1]。類型有淺基礎和深基礎,實際工程如何選擇需根據建筑場地地質條件而定,其中水文地質條件是主要影響因素之一。

基礎的材料有鋼筋混凝土、石料、砂漿等,材料性質決定基礎特性,為確保建筑物安全性,避免建筑場區地下水侵蝕性水質對基礎材料產生腐蝕和破壞,要求基礎材料有足夠的強度和耐久性。

基礎埋置深度要依據場地工程地質條件,盡量淺埋,選擇適宜的巖土體作持力層;要考慮水文地質條件,盡量做在地下水位以上,如果不行,須做好排水措施[2]。

2 地下水水質分析

地下水是一種復雜的溶液,有氣體、離子、膠體物質及有機物質等各種化學成分,這些成分會與巖土體發生溶濾、濃縮、脫碳酸、脫硫酸、陽離子交替吸附和混合等物理化學生物作用[3],使地下水具有一定的侵蝕性,含有氫離子的酸性礦坑水、硫化氫水和碳酸礦水的侵蝕性最強;地下水受補排方式及外界環境的影響,水中化學成分的含量不一,侵蝕能力也有所不同,會引起建筑基礎不同程度的破壞。

2.1 地下水水質侵蝕

2.1.1 結晶性侵蝕

2.1.2 分解性侵蝕

2.1.3 結晶分解復合性侵蝕

2.2 地下水水質對基礎的影響評價

地下水水質對建筑基礎的侵蝕影響,主要體現在地下水對建筑基礎混凝土、金屬材料的腐蝕和基礎強度的破壞,且這種影響不可避免。

(1) 地下水的銹蝕。地下水中的氯離子、硫酸根離子含量達到一定標準后,在混凝土結構中的鋼筋表面發生化學反應,鋼筋表層生銹。銹蝕物的體積可能增加數倍,導致混凝土的膨脹破裂、剝落或分層,腐蝕物更快到達鋼筋表面,加速銹蝕;銹蝕縮小了鋼筋的橫截面積,降低鋼筋的承載能力。

(2) 基礎材料混凝土強度降低。混凝土具有孔隙結構,地下水與基礎的混凝土材料長期接觸,水中的酸性成分通過孔隙進入混凝土內部,并與其中的物質發生化學反應而溶解[6],使混凝土力學強度降低甚至破壞,縮短了材料的使用壽命。依據巖土工程勘察規范[7],腐蝕性評價如表1-表3。

表1 按地層滲透性水對混凝土結構的腐蝕性評價

表2 地下水對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性評價

表3 地下水對鋼結構腐蝕性評價

(3) 地下水對鋼筋和混凝土的腐蝕作用是一個漸變的過程。地下水對基礎材料的影響開始可能不被人們注意,但一段時間后就會有所表現,輕則影響建筑物的使用,重則使建筑物失穩,造成人員傷亡和財產損失,一旦危害比較明顯時就難以處理[8]。

3 地下水水位分析

3.1 地下水水位

地下水水位的變化是指含水巖土層在地質剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況[9]。建筑場地地下水水位不是固定不變的,它會受與其有水力聯系的地表水與地下水補給排泄及大氣降水入滲補給的影響,具有季節變化性和空間不統一性。

3.2 地下水水位對建筑基礎的影響分析

地下水水位對建筑基礎的影響主要體現在地下水升降對基礎的力學作用、建筑基礎材料腐蝕程度、基礎埋深確定、基礎排水設計等方面。

(1) 加速基礎的腐蝕。建筑基礎所在場區的地下水位升降頻繁,會使建筑基礎經常處于干濕交替的環境,且水中氯離子含量>5 000時,地下水具有強腐蝕,將加快混凝土的腐蝕速度,嚴重影響建筑物基礎的使用壽命。

(2) 引起基礎上浮。水位上升,地下水凈水壓力增大,當基礎底板的所受浮力較大時,箱型基礎或筏板基礎等具有空心結構的基礎就會出現上浮現象[10];壓力過大時,甚至引起基礎梁板的斷裂。

(3) 影響建筑基礎的耐久性。地下水位上升,建筑基礎與地下水接觸,長時間的浸泡、腐蝕、軟化甚至水解,會破壞基礎材料的性能[11],很大程度地降低建筑基礎的極限抵抗力。

(4) 影響建筑基礎埋深的確定。根據場地地下水位監測結果,盡量避免地下水影響范圍,將基礎埋置在地下水位以上。季節性凍土地區,地下水位高低是控制凍深的主要因素,地下水位越淺,凍深越小;反之,凍深越大[12],所以該區基礎埋置深度應大于場地凍結深度。

(5) 影響建筑基礎穩定性。地下水水位升降頻繁,會使建筑基礎持力層巖土體(尤其是遇水易風化軟化甚至泥化的軟弱巖類)結構與力學特性發生變化,強度降低,從而間接影響建筑物基礎穩定性。

4 總結

(1) 對于建筑基礎,地下水水位上升和侵蝕性地下水水質都會造成不同程度的影響,為避免這些危害,保障建筑物質量,做好地下水水質和水位監測分析十分必要。

(2) 因地下水水質對基礎的腐蝕,結合水質勘察結果,建筑基礎應選用強度較好的材料。

(3) 建筑場區地下水位要實時監測,為基礎工程設計、施工和排水提供依據,確保基礎工程符合質量要求。

(4) 地下水問題成為了當前建筑工程必要面對的問題之一,建筑設計單位必須充分認識到地下水對基礎影響的重要性,應在全面查明建筑場區水文地質條件的基礎上,針對地下水水質、水位變化與擬建建筑物特點,深入分析評價水質的腐蝕性和地下水水位的升降對建筑基礎的不良影響,選擇適宜的基礎結構形式,采取必要的防范措施,確保建筑基礎的質量與建筑物的長期安全使用。

[1] 中華人民共和國建設部.建筑地基基礎設計規范:GB 50007—2011[S].北京:中國建筑工業出版社,2012.

[2] 陳希哲,葉菁.土力學與地基基礎[M].第5版.北京:清華大學出版社,2013.

[3] 崔可銳,錢家忠.水文地質學基礎[M].合肥:合肥工業大學出版社,2012.

[4] 劉品剛.地下水對建筑基礎工程的研究意義[J].地質勘測,2013(7):239-240.

[5] 曹劍峰,遲寶明.專門水文地質學[M].第三版.北京:科學出版社,2014.

[6] 曾建立.弱腐蝕性地下水對基礎工程影響與處理的探討[J].福建建筑,2006(2):34-36.

[7] 中華人民共和國建設部.巖土工程勘察規范:GB 50021—2001[S].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[8] 王會蘭,楊雷鵬.地下水對建筑基礎工程、地下隱蔽工程的腐蝕性分析[J].西部探礦工程,2006(增刊):522-523.

[9] 潘慶,吳禮年.地下水及其對電力工程建設地基基礎的影響[J].安徽地質,2003,13(4):278-280.

[10] 李讓.分析某工程地下水對筏板基礎的作用及其災害機理[J].中國科技博覽,2014,4(15):271.

[11] 呂佩琳.探析地下水的地質作用及其對建筑基礎工程的影響[J].科技向導,2015(11):266.

[12] 李超,劉建軍,程建軍,等.季節性凍土地區土壤凍結深度的研究[J].低溫建筑技術,2009,31(30):81-83.

(責任編輯：陳姣霞)

Review of the Effect of Groundwater Quality and Level on Building Foundation

HUANG Yan

(YinchuanCollege,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Yinchuan,Ningxia750011)

Foundation is the groundwork of architecture,its quality is directly related to the geological condition of the field area,and the hydrogeological condition is one of the main geological conditions. In this paper,the influence of groundwater level and water quality on the basis of the comprehensive research data is summarized. Designer should pay attention to the investigation of groundwater conditions to ensure quality of foundation.

groundwater level; building foundation; groundwater quality

2016-01-08;改回日期:2016-01-27

黃艷(1986-),女,助教,碩士研究生。礦產普查與勘探專業,從事巖土工程勘察方面的教學與研究工作。E-mail:hyhellow@163.com

TU46

A

1671-1211(2016)04-0612-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.014

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1404.016.html 數字出版日期:2016-07-07 14:04