浅析地下水位对地基基础承载力的影响

浅析地下水位对地基基础承载力的影响
摘要：地基承受建筑物全部荷载，对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用。

近年来，由于地基引起的工程事故呈上升趋势。

地基变形、地基失稳（剪切破坏）、地基渗流、土坡滑动、地震破坏、软弱地基或不良地基等造成的工程事故屡见不鲜。

在分析这些事故的发生原因之时，经常能看到地下水作为一种重要的甚至主要的因素出现。

基于此，本文对地下水位变化对基础地基承载力的影响进行了简单的探讨，供相关人员参考。

关键词：地下水位；基础；承载力
引言
地下水是岩土三相组成部分中的一个重要组分，地下水在岩土孔隙或裂隙中能够渗流，对岩土的工程力学性质有着巨大的影响。

地下水位的变化，通常会对建筑物带来许多不利的影响，随着我国城市建设的高速发展，城市地下空间被利用的越来越广泛，在建筑施工地下工程时，很多时候不可避免的会涉及到地下水的问题，由地下水及其水位变化而引起的建筑物的不均匀沉降、基础上浮等质量事故屡屡出现，给工程造成了巨大的损失。

可见，地下水及其水位变化对地基承载力的影响是我们在施工中必须要重视的问题。

1、地下水位变化对基础地基承载力的影响方式
自然因素和人类活动都将造成地下水位的变化。

自然因素方面，比如由于温室效应引起的全球变暖，一方面引致降雨特征发生变化，另一方面使冰川融化海平面上升。

另外，丰水年持续的降雨，河流、湖泊、水库等地表水体水位的变化都将使地下水位回升成为可能。

在人类活动方面，大型水利工程的实施，可能造成局部甚至区域水位的变化。

而地下水位的上升会对基础地基承载力带来很大的影响，其中影响的方式主要有以下几种：
（1）地下水变化，地下水渗流会引起岩土体的渗透变形，直接影响建筑物及其地基的稳定与安全。

（2）地下水位的变化会使地基土中的有效应力场发生变化，从而引起地基土的回弹或沉降。

（3）地下水位的变化还会引起地基土体含水率的变化，从而改变土体的力学性质，造成地基土的承载力的变化.
（4）人为抽水造成地下水位下降会导致地基土体固结，从而造成建筑物的不均匀沉降。

（5）地下水位在基础底面以下压缩层范围内变化时，可直接影响建筑物安全。

水位上升，使土体强度降低，建筑物产生较大沉降和不均匀沉降，对于湿陷性黄土、膨胀土，则更为严重；水位下降，会增加土自重应力，引起基础附加沉降和不均匀沉降。

（6）在有地下结构物建筑工程中，地下水的上升必将对结构物产生浮托作用，使结构物整体上浮或底板开裂，甚至破坏。

另外对地下结构物的防潮、防湿不利。

2、地下水位变化对基础地基承载力的影响范围
地下水对基础地基承载力的影响主要在两个方面：一是水位下的土，由于失去由毛细管应力或弱结合水形成的表面粘聚力，使承载力下降。

同时含水量的变化也会影响土的内摩擦角大小；二是地下水的存在，使土有效重度减小从而降低了土的承载力。

第一种情况对地基承载力的影响程度目前还难以确定，一般忽略
这种因素，即假定水位上下土的各强度指标相同。

在实际工程中，这些强度指标
是用天然状态下土样直接试验得到的，所以地下水对地基承载力的影响主要集中
在第二种情况。

在弹塑体假定，不考虑土的压缩性，并由莫尔理论控制极限平衡条件、泊松
比μ=0.5及平面问题求解的前提下，国标《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)中给出地基承载力特征值公式如下：
fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck
式中，r为基础底面以下土重度，地下水位以下取有效重度(浮重度)；rm为
基础底面以上土平均重度，地下水位以下取有效重度(浮重度)；ck为基地下一倍
短边宽深度内土的粘聚力标准值；Mb、Md、Mc为与土的内摩擦角有关的三个承载力系数；b-基础底面宽度；d-基础埋置深度。

从此公式可看出地基承载力大小与地基土体的粘聚力c、基础底面上下部土
体重度r、土的内摩擦角φ有关，因此就与地下水的赋存状态及动态趋势存在密
切关系。

在基础底面下，滑动面或塑性区都是在某个特定的深度范围内，地下水位只
有高于这个深度的下限值，才会对承载力的计算值发生影响，这里用Zmax来表
示此深度（即基底下塑性区的极限开展深度）；h为地下水顶面至地表距离；D
为基础底面至地表距离（即基础埋深），并将问题分成4种情况。

如图1所示。

图1 地下水影响深度的4中情况
规范在地基承载力公式中将土体分为基底面上下两部分，并对地下水位以下
土体取有效重度，同时也规定，当基底下塑性开展深度为基底宽度（B）的1/4
时对应的荷载为地基承载力特征值，实际上确定了基底下塑性区影响深度
Zmax=B/4。

地下水位上升，造成承载力降低，其减少的程度不仅受土的重度变化
影响，而且与基础尺寸、埋深、土强度参数关系密切。

3、如何降低地下水位对基础地基承载力的影响
3.1、做好地面沉降处理
在地基基础建设施工时，若遇到松散的沉积层，并且地基深度相对于地下水
位距离较近时，就非常有必要降低地下水的水位。

降低地下水水位也需要相当的
技巧，不能对周围的建筑造成影响。

一旦处理不当，就可能出现固结沉降现象。

轻者会出现不均匀的沉降，严重影响相邻的建筑和地下的管线设施；严重的会造
成建筑下的水土流失，形成空洞，使建筑物下陷，或开裂、倾倒。

降低地下水水
位的一种方法就是将地下水抽出，从而降低地下水位。

可是，在抽水的过程中，
往往一些细小的土粉和砂砾随着水流一起被抽出来，使地下造成空洞。

孔洞较大
的地方或者地面土层薄弱的地方就会造成塌陷。

因此，抽水井的滤网和滤砂层的
设计必须合理可靠，当然施工过程中也要严格把控质量关，严格的按照相关的施
工规定进行施工。

3.2、做好地基抗浮处理
地基基础施工在地下水水位较浅的地方，垫层和周边防水护墙和基础底板防
水层做完后会形成一个“轻体壳船”，其自重很轻，因为抗浮荷载轿小，若水位上升，水浮力就可能浮托基底垫层与防水层，特别是在基底局部加深处，如电梯井、污水池、消防水池等低洼处，其浮托力更加大，会顶坏垫层混凝土、破坏防水层，使地下大量水涌入基坑内，严重时会导致防水层局部脱离、鼓起裂开产生破坏。

因此，在进行高水位地区地基基础施工时，必须明确的抗浮重要性，做好地基抗
浮处理。

一是要控制好施工时的降水水位，充分考虑天气和其他客观因素对降水
工作的影响；二是根据不同情况采取相应的抗浮措施，如配重抗浮、压重抗浮、抗浮锚杆等，确保地基基础稳定。

结束语
总而言之，对于地基承载力的确定不仅要考虑当前的水位情况，还要考虑到建筑物在使用过程中，地下水位受季节(如汛期)、抽取量控制、或水库的补给等影响导致地下水位回升后对地基承载力的不利影响，特别是高层建筑，基础的宽度大、埋深大、塑性开展范围广，因而，受地下水分布形态的影响会更为显著，所以研究这种影响是十分有意义的。

参考文献：
[1]马丽珠.地下水位上升对砂土地基承载力的影响[J].价值工程,2018,37(25):99-100.。