浅析地下水对基坑稳定性的影响

浅析地下水对基坑稳定性的影响
摘要:地下水对基坑的稳定性有着极大的影响，为了控制好基坑的稳定性，就必然要了解地下水与基坑稳定性的相互关系，从而采取相应的措施来控制好基坑的稳定性。

关键词:基坑;稳定性;地下水;水土作用;强度参数
0引言
随着我国经济的快速发展，城市建设也达到了前所未有的发展，从20年前仅北京、上海等大城市才有高层和超高层建筑到现在一般的中小城市都已建有30层以上的高层建筑，而随之地下开挖深度也逐渐变深，二层、三层地下室成为很常见的事。

地下开挖深度的加大对基坑支护结构的稳定性可靠性要求也越来越高，而影响基坑边坡稳定的因素有很多，比如基坑挖深、侧壁土质、周围环境、地下水分布、护类型等，其中地下水对基坑边坡的稳定性影响尤其突出，需特别加以重视。

从以往的一些工程案例中可以看出，由于地下水没有控制好而引起基坑事故占有绝大多数，因此分析地下水对基坑边坡稳定性影响是非常具有工程意义。

1地下水的基本特征
与深基坑工程有关的地下水按其埋藏条件一般可分为包气带的上层滞水，饱和带的潜水和承压水三类。

上层滞水分布于浅部松散填土中，无统一水面，水位随季节变化，不同场地不同季节水位各不相同，水量较小，与区域地下水无水力联系，与邻近地表水体可能有联系，但联通性差，其埋藏较浅，可针对性隔断、引渗、设泄水孔等降水措施，治水效果好。

潜水分布于松散地层，基岩裂隙破碎带及岩溶等地区，具有统一自由水面，水位受气象因素影响变化明显，同一场地的水位在一定区域内基本相同或变化具有规律性，水量变化较大，地下水补给一般以降雨为主，同时接受场地外同层地下水的径流补给，可采用井点降水和管井降水，或设帷幕隔断或降水辅以回灌等进行处理。

承压水分布于松散地层两个相对隔水层之间，具有一定水头压力，一般不受当地气候因素的影响，水头保持稳定，由于承压水埋深大，有一定的水头压力，水量大等，对地基稳定性的潜在危害最大。

2地下水对土体的作用
地下水是一种重要的地质营力，它与土体的相互作用改变着土体的物理性质、化学性质和力学性质，也改变着地下水本身的一些物理、化学和力学性质。

按其作用来分为物理作用、化学作用和力学作用。

物理作用有润滑作用、软化作用、泥化作用和结合水强化作用，化学作用有离子交换、溶解、水解、溶蚀作用，力学作用包括孔隙水动压力和静压力。

地下水与岩土体的相互作用影响着岩土体的变形和强度，主要体现在三方面:l)通过物理、化学作用改变土体的值的大小。

2)土中由于静水压力作用降低土颗粒的有效应力，从而降低土体强度。

3)地下水在土体中产生渗流，会产生流土流砂，土体的抗剪强度降低，从而大大降低土体的稳定性。

一般的，土体的强度可用摩尔-库仑破坏准则表示
式(l)中为粘聚力为内摩擦角，由此可见对基坑边坡稳定影响最大的是粘聚力。

和内摩擦角沪。

通过某直剪试验结果来看粘性土含水量与土体强度参数的关系如下表1。

从表1可以看出，含水量的变化对土体的强度参数影响很大，特别是粘聚力c影响显著。

3地下水对基坑支护中土钉的作用
在基坑支护过程中经常用到土钉墙，土钉墙中土钉对土体一方面有约束作用另一方面可以增加土体的抗剪能力，土钉对土体的约束作用正是因为土钉体与土体之间接触粘结力和摩阻力。

而地下水对土钉墙的作用不仅有水土作用，还表现为对土钉体的作用，即由于水的存在，造成土钉间摩阻力降低。

这是由于混凝土和砂浆凝固后，其内部具有许多孔隙，这些孔隙对水具有很强的吸附作用，在其孔隙和周围土体中形成相对富水区，这样就在土钉和浆体之间以及浆体和土体之间表面形成一个水膜，这就降低了钉土间的摩擦力。

4水的渗流对基坑土体的影响
在基坑开挖支护过程中由于地下水的存在往往需要进行大面积降水，对于地下水位高的深大基坑采用工程降水至使坑内外产生一定的水头差，使得地下水在土体中产生渗流。

一方面渗流会增加土体的侧压力，另一方面由于渗流的作用而对土体的抗剪强度产生影响。

根据土体中存在渗流作用，水位降低后，在周围压力作用下，孔隙水从土中排出土体情况模拟试验。

在某一围压下施加水头，并保持进出水量相同(试验过程3h)，然后去除水头压力，孔隙水压力为零时进行剪切试验。

表2为某试验所选取的参数。

由图1、图2可见，土体的物理力学参数随相对水头的增大而增大(相对水头为试验水头与大气压之比，水头增大表明对土体的固结压力增大，相当于基坑中降低水位增加对坑体土层的固结压力)，表明固结后的土体颗粒发生移动和位错，
颗粒间连接加强，但是固结以前由于软化作用，物理参数是减小的。

而根据渗流作用始终存在开挖侧土体当中情况模拟试验[3]，在某一围压下，施加渗透水头并保持水头不变，当进出水量相等时开始剪切，相对水头与粘聚力关系曲线如图3。

由图3可见，粘聚力随相对水头(固结压力)增加而减小，表明土体结构受到一定程度破坏，原始粘聚力部分丧失。

以上试验说明降低基坑水位使坑壁土体固结，对基坑稳定性是有利的。

当基坑侧壁土体中始终存在渗流作用时，随着相对水头增大土体强度越低，所以要避免坑侧土体中的渗流，即在基坑降水过程中要持续稳定。

5结语
以上从地下水对土体的作用和对土钉墙中土钉的作用以及水的渗流对基坑土影响分析可知，控制好地下水对基坑稳定性起到关键作用，而要控制好地下水，在基坑勘察阶段就要认真分析地下水的分布、类型、埋藏条件等，在基坑设计施工阶段做到有的放矢，合理控制，确保基坑支护结构的安全稳定。

地下水控制要遵循疏堵结合方法，在施工过程中要加强监测，注意观察排水管或抽水管的含砂量，随时对地下水位观察，保证基坑工程的顺利实施。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看。