淺析地下水對巖土工程的不利影響

摘 要：地下水的復雜性不僅決定了巖土工程的造價，更決定了巖土工程的安全性、適用性和耐久性。本文首先介紹了地下水的埋藏條件，接著詳細闡述了地下水的特征，最后概述了地下水對巖土工程的破壞方式，論述了巖土工程中有關地下水方面應注意的幾個常見問題。對巖土工程中地下水的研究分析，可以提高巖土工程的設計質量，控制巖土工程的施工風險，保障巖土工程的安全可靠使用。

關鍵詞：巖土工程;地下水;水位;包氣帶水;潛水;承壓水;抗浮設計水位;腐蝕性

1 緒論

地下水的相關問題一直是巖土工程的一個重點和難點。由于地下水位產生的一系列問題，很大程度上決定了巖土工程的造價。地下水的存在，使得本來就各向異性的巖土體變得更為復雜。因此，做好巖土工程中地下水的研究就顯得尤為重要。地下水（ground water），是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。在國家標準《水文地質術語》（GB/T 14157-93）中，地下水是指埋藏在地表以下各種形式的重力水。本文所述地下水為后者。地下水對于人類的生存來說，是一種寶貴的資源。但是，它也往往給工程建設帶來很大困難和危害。

2 地下水分類及特征

根據埋藏條件，可將地下水分為包氣帶水、潛水、承壓水三大類。根據含水層的空隙性質，地下水又分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三個亞類。包氣帶水通常為暫時性水，補給區與分布區一致，常存在于土壤、沼澤、不透水透鏡體上的上層滯水，基巖風化殼、粘土裂隙中;潛水的水位的升降取決于地表水的滲入和地下水的蒸發，補給區與分布區一致，常存在于殘坡積或沖洪積沉積物中、基巖上部裂隙中、裸露巖溶化的巖層中;承壓水水位的升降決定于水壓的傳遞，補給區與分布區不一致，通常分布在向斜和自流盆、單斜構造中。一般情況，地下穩定水位線上的水是包氣帶水，地下水位線以下的是潛水或承壓水。包氣帶水是非重力水，不能自由流動，季節性變化明顯，雨季水量多，早季水量少，甚至干涸;潛水是重力水，能自由流動，潛水面以上無穩定的隔水層存在，大氣降水和地表水可直接滲入，也容易受到外界環境的污染。潛水的潛水面的形狀受地形、地質、氣象、水文等自然因素控制，并常與地形有一定程度的相關性，一般地面坡度越大，潛水面的坡度越大，但潛水面坡度小于當地的地表坡度。

3 地下水對巖土工程的破壞方式

（1）地下水對巖土體的軟化。地下水使巖土體軟化，降低其力學強度。有侵蝕性的地下水使巖石發生化學變化，也可能導致巖石的強度降低。尤其是地下水使巖土體的結構面的抗剪強度降低，最終可能導致原來穩定的邊坡，在水的作用小，發生失穩破壞。

（2）地下水水位下降引起地基沉降。一般在地下水位較高的粉細砂中進行基礎施工時，需要人工降低地下水位。由于長期抽排地下水，可能導致建筑物基礎下的土體顆粒流失，甚至掏空，導致建筑物產生不均勻沉降。因此人工降水時，應注意觀察水的顏色的變化，當水的顏色變化明顯時，應考慮是否由于抽水時將土層中的粘粒、粉粒、細砂等細小土顆粒隨同地下水一起抽出，如發生這種情況，應考慮停止抽水，確保周圍地面土層不產生不均勻沉降。抽水時，還應考慮在井周圍形成漏斗狀的彎曲水面，形成降水漏斗，在這一降水漏斗范圍內的土層可能發生滲透固結，又由于土層的不均勻性和邊界條件的復雜性，降水漏斗往往是不對稱的，因此也容易導致周圍建筑物或地下管線產生不均勻沉降。

（3）動水壓力產生流沙。在工程建設施工中，當基坑圍護結構的間隙處隔水措施不當或施工質量較差時，有些細小的土顆粒會隨著地下水一起穿過縫隙，基坑中出現一堆粉細砂緩緩冒起，冒出的水夾帶著細土顆粒在慢慢地流動，有時會像沸水一樣翻騰，給施工帶來極大困難，影響巖土工程的穩定性，甚至發生重大安全事故。

4 巖土工程中有關地下水方面應注意的幾個常見問題

（1）上層滯水與潛水的區別。上層滯水和潛水具有明顯的差別：第一，所在的地層飽水程度不同，上層滯水位于包氣帶中，包氣帶中同時存在了大量氣體。而潛水位于飽水帶中，氣體的量很少，幾乎不存在;第二，隔水層的連續性不同，上層滯水形成于包氣帶中的局部隔水層，隔水層是斷開的，不連續的。而潛水則形成于飽水帶的穩定隔水層以上，隔水層具有連續性。第三，上層滯水的自由水面通常有多個，且不連續。潛水的自由水面就只有一個，連續存在。上層滯水與潛水的共同點是都有自由水面的重力水，都受外界補給量和蒸發量的影響。區分好上層滯水與潛水，針對不同的埋藏條件和水量大小，有針對的進行巖土工程設計，可以提供設計質量，節約工程造價。

（2）承壓水的水頭高度的測定。承壓水的水頭高度可以通過鉆孔中止水措施，隔離兩個不透水層后，直接測得，但是這樣測得的水頭高度肯定小于補給區的標高，兩者是不可能相等的。滲流區有一個滲流的水頭損失，還有層間的越流水頭損失，都會影響承壓水測定的水頭高度。巖土工程設計時，應注意這一特征。

（3）回填土中抗浮設計水位的取值。地表大面積填土后，地下水位通常會有一定程度的上升，但多大面積算大面積，這就要結合填土的材料和當地的水文地質條件來考慮。對于這種水位因為填土的影響而發生變化，通常無法作出定量的預測，應當在填土后，對地下水的水位進行重新觀測。

（4）水、土腐蝕性的取樣原則。地下水對建筑材料的腐蝕是一項復雜的物理化學過程，在一定的工程地質與水文地質條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。硅酸鹽水泥遇水硬化，形成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，這些物質往往會受到地下水的腐蝕。由于土的腐蝕性分析是將土樣置于純水中制備浸出液，將浸出液測定的結果作為土的腐蝕性。因此，什么時候該取土作土的腐蝕性測試，什么時候應該取水作水的腐蝕性測試就比較明顯了：第一種情況，當建筑材料處于地下水位以上時，只取土試樣作土的腐蝕性測試;第二種情況，當建筑材料處于地下水或地表水中時，可只取水試樣作水的腐蝕性測試。地下水位以下的土長期浸在地下水中，顯然地下水的腐蝕性必然高于浸出液，因此只要測定水的腐蝕性就可以了，不必取土測定;第三種情況，當建筑材料處于地下水位以上、部分處于地下水位以下時，應分別取土試樣和水試樣作腐蝕性測試。

5 結語

地下水對巖土工程的不利影響是多方面的，地下水的埋藏條件決定了地下水對巖土工程的影響范圍;地下水對巖土體的軟化作用導致了巖土體力學性質的改變;地下水的變化導致了地基沉降;動水壓力產生的流沙對工程破壞作用很大;水的腐蝕性對建筑物的耐久性有重要的影響。總之，地下水在巖土工程中有著舉足輕重的作用，在具體工程實踐中，應根據具體現場情況，深入研究，仔細分析，確保巖土工程的安全性、適用性和耐久性。

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作者簡介：王平道（1986-），男，貴州貴陽人，工程師，主要從事巖土工程勘察設計工作。