地下水對巖土工程的影響及水文地質的條件評價

郭輝

【摘 要】地下水是巖土體的一種重要組成部分，在巖土工程的施工中，地下水具有重要的影響作用，因此，在巖土工程施工前，要對巖土體進行勘察，在設計階段，要對地下水可能在工程中造成的危害進行分析，并加以預防，確保工程施工的順利進行。本文就地下水對巖土工程的影響進行了探討，并針對巖土工程中水文地質的條件進行了評價分析。

【關鍵詞】地下水；巖土工程；影響；勘察要點

1.引言

本文中的地下水是指存在于地表以下松散堆積物和基巖空隙中的潛水或承壓水，也指施工工程中由于管道滲漏、破損帶來的水。由于巖土具有崩解性、脹縮性、軟化性和透水性等明顯的水理性質[1]，因此對基坑工程、基礎工程和邊坡工程等常見的巖土工程進行設計和施工時必須考慮地下水的存在對其的不利影響。

2.地下水對基坑工程的影響

地下水對基坑工程的影響主要體現在對基坑側壁和基坑底上。對基坑側壁的支護結構進行土壓力分析，可知地下水位上升時，對于按水土分算的砂土類的基坑外向主動土壓力[2]并與無地下水的狀態進行計算比較如下：

對于按水土合算的粘土類

由上述分析可知，單考慮靜水壓力的影響，地下水的存在使得主動土壓力增加，從而增加了支護結構的荷載，影響到其傾覆和整體穩定性，使得嵌固深度比無水時要長。如果有水從坑外向坑內滲流時，則坑外向下滲透力使得主動土壓力增加，而坑內向上滲透力使得被動土壓力減少，對基坑穩定更加不利。另一方面，對坑底而言，承壓水的存在將會引起坑底突涌和流砂。第三，軟化基坑周圍的土質，降低坑壁、坑底巖土體的強度，產生側壁變形和、底鼓等。所以基坑施工時，應及時采取以下措施防止出現基坑事故：（1）明溝排水，在基坑內設置排、截水溝和集水井，用抽水設備將地下水排走；（2）井點降水，利用井孔在基坑周圍同時抽水，把地下水降低到基坑底面以下的降水方法；（3）隔滲，包括側向隔滲和封底隔滲即側向隔滲有截水墻、截水帷幕和凍結法。

3.地下水對基礎工程的影響

地下水對基礎工程的影響主要集中在對地基土的承載力和沉降及對基礎腐蝕的影響上。當地下水位上升時，土中水的增加使得非飽和土的粘聚力減少，達到飽和時，土的抗剪強度降低由下式可知，土的承載力也將下降。

同時，土中水將使巖土礦物軟化，土的結構也遭到破壞，土的承載力降低，從而導致地基土容易出現剪切破壞。另一方面，當地下水滲入到基礎內部時，將會腐蝕混凝土與鋼筋，使基礎本身的強度下降，地下水甚至進入建筑物內部，引起受潮等問題。

地下水的突然下降將會產生附加沉降，如圖2所示當地下水位降深為h1，僅考慮地下水的降低影響時，a點附加應力增加值為0，b點增加值為：

c 點增加值為：

繪成附加應力曲線圖后可知，可用應力面積法計算基底中心的沉降值，當地下水水位急劇下降時，產生的沉降值不容忽視。

在基礎工程中，采取以下措施可有效減少地下水對基礎工程的影響：（1）選擇不受地下水影響的地段作為地下工程的位置；（2）控制地表水的補給；（3）基底設置墊層；（4）采取超前探水、放水、修防水墻和防水等措施。

4.地下水對邊坡工程的影響

邊坡工程主要含兩類問題，一是邊坡本身的穩定問題，如果失穩，即發生滑坡；而是對經計算或勘察后易發生滑坡失穩的地段采取的邊坡支護問題。無論哪一類，地下水都將是重要的影響因素。地下水是滑坡的顯要觸發因素；由于邊坡中存在大量的張開裂隙，當地下水位上升時，裂隙中將充滿水，則充水的張開裂隙將承受裂隙水靜水壓力的作用，如發生滲流，還將受到動水壓力的作用，如圖3所示F1為靜水壓力，F2為靜水壓力，顯然F1和F2都對邊坡的穩定起不利作用。同時地下水對邊坡巖體還產生軟化或泥化作用，使巖土體的抗剪強度大為降低。

5.巖土工程水文地質條件評價

5.1地下水力學作用評價

地下水的力學作用是可以進行定量計算的，通過參數的測定和力學模型的簡陋，可以使用數值法或者是解析法進行合理的評價。擔憂由于地下水的作用較為復雜多變，即使在水質和賦存條件不變的基礎下，地下水對結構基礎和巖土體的影響也是一個變化的過程，在最初時的影響并不明顯，但是一旦發現問題，則處理起來較為困難，因此西藥要防范于未然，進行必要的水文地質評價。

（1）降水和周圍環境評價。降水和基坑挖掘必須要對周圍的建筑物安全進行考慮，尤其是在細顆粒的軟弱土層中，必須要進行認真的評價分析。降水對周圍環境的影響要按照抽水試驗資料對含水地層的富水性和滲透性進行評價，對因為工程施工降水，在地下水位下降影響的范圍中，是否會發生影響周圍建筑物的穩定性、地面邊坡失穩或者是沉降、土體沉降等問題進行評價。

（2）地下水滲流作用評價。為了防止地下水對基坑產生破壞影響，要對區域的水文資料進行調查，對有關的水文地質參數進行監測，對于基坑的巖土工程地質條件進行分析，做出綜合的評價分析。從土質條件角度出發，如巖土層的不均勻系數Cu>10時，會發生潛蝕的現象，所以在工程的勘察中，要對基坑范圍內的隔水層重度、巖性、厚度和承壓含水層的承壓水頭高度、頂板埋深以及含水層的巖性、類型等進行調查，要按照基坑挖掘的深度，對是否會出現突涌現象進行判斷，同時對突涌的形式和危害進行預測。

（3）抗浮評價。地下水對基礎的浮力作用是較為顯著的一種力學影響。通常在節理發育的巖石地層或者是透水性較好的圖層中，浮力可以適應阿基米德原來進行計算，但是對滲透系數較低的粘性土而言，因為滲透的過程較為復雜，基礎受到的浮力較水柱的高度較低。當地下水為潛水類型時，丙炔沒有長期的水位觀測資料，只根據勘察期間所測得的水位對抗浮設防水位進行確定是不足夠的，需要和場地的含水層頂板標高、排泄條件、地下水補給、地貌、地形等因素進行結合，做出綜合評價。

5.2地下水化學、物理作用評價

如建筑地基的基礎需要埋藏在地下水位以下，需要按照地下水質對資料和地基基礎所在的地下水環境進行分析，對地下水對混凝土的腐蝕性進行評價。如建筑場地選擇使用膨脹土、殘積土、強風化石、軟質巖石等巖土體作為地基的基本持力層，需要按照地下水的動態變化和埋藏深度資料對地下水活動對巖土體會產生的脹縮、崩解、軟化等不良影響進行評價。

地下水的影響在巖土工程中是較為重要的因素，對地下水進行準確合理的勘察，可以使資料的可靠程度提高，更好的對巖土體的潛在能力進行利用。所以為了使巖土工程的施工質量得到提高，在施工前要對地下水對巖土的影響和與巖土工程有關的水文地質問題進行評價，減少或者是防止地下水對巖土工程的影響。

6.結語

巖土工程質量常受到地下水的影響，因此在當前的巖土工程設計與施工中加入了地下水的勘探察。參照嚴格的地下水勘察要求能夠就地下水對土體的影響制定方案，降低地下水的危害，進而增加工程的穩固性。

參考文獻：

[1]滕玉奎.地下水對巖土工程的影響及勘察現場需要注意事項[J].中華民居，2012（12）.

[2]王道煬.地下水對巖土工程的危害及預防[J].吉林地質，2009（28）.