地下水对建筑的影响

地下水对工程建设的影响解析

摘要：地下水会以其水位、流动性等多方面因素对工程建设产生影响。本文主要对降低地下水位引起地基沉降，地下水的不合理流动引起流沙和机械潜蚀，地下水对位于其下的建筑产生浮托作用以及地下水对混凝土的腐蚀等问题作论述。

关键词：地下水流动；钢筋混凝土腐蚀；沉降；流沙和潜蚀

引言

地下水水位、静压及动压、地下水中所含离子及化合物是影响建筑工程的主要因素。在工程建设中，要尽可能降低其对工程的伤害。

1、地下水位与沉降作用

在进行基础建设的过程中，特

别是在沿海地区。深基础建设会碰

到地下水位过高的问题，这时就要

人工降低地下水位。

如果降水所采取的措施不正

确，随着时间的延续，外荷不变空

隙水不断外排，导致发生地基固结

沉降。

抽水井的设计不合理在井内水

位下降的同时，周围的地下水会向

抽水井中流。形成漏斗。由于水的

流动没有规律性，这样形成的漏斗

状结构往往是不对称分布的。因而承压能力也是不均匀的。这样就造成了地基的沉降。

固结沉降会引发地表建筑的不

均匀下沉，影响到建筑物的结构改

变，比如，主承重墙断裂、倾斜、

倒塌，框架结构的会出现框架的断

裂、塌落等。

由于人工降低地下水位时的不

合理施工引发的地基沉降带来的影

响是巨大的。因此在施工过程中，

要充分考虑底层结构，施工设备等

多方面因素，力求避免或降低其对

工程的影响。

[1]

2、动水压力与流砂和机械潜蚀

动水压力是指地下水进行渗流时，作用在单位体积土颗粒上的力[2]。地下水流动时的动水压等于土体的重度时，由于达到平衡，土颗粒之间的力就不复存在。土颗粒处于不受力的漂浮状态。这是流砂形成的临界状态，固此时的水力坡度称为临界水力坡度。

流沙根据其严重程度可分为轻微，中等，重度流沙三类。流沙对建筑工程的危害是从地基处开始。在基础施工中，如果没有解决好这一问题，基础就会和砂层一起发生流动。这样，基础的持力层就会发生变化。上层建筑就会发生滑移，这对建筑的危害是很大的。

如果渗流水力坡度小于临界水力坡度，土中的细小颗粒也会被地下渗流带走形成孔洞。

使土体结构破环，强度降低，压缩性增加。这就是机械侵蚀。

根据流砂的形成原因，目前，防治流砂的途径有：一是减小或平衡动水压力；二是设法使动水压力向下；三是截断地下水流。[3]

3、地下水的浮托作用

当建筑物基础位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压，地下水就会对其产生浮托力。若基础位于粉性土、砂性土、碎石土和节理裂隙不发育的岩石地基上，就按地下水位100%计算浮托力；若基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，就按地下水位的50%计算浮托力；如果基础位于粘性土地基上时，其浮托力需要根据实地考察具体计算。

地下水在对建筑物基础产生浮托力的同时，也会对水位以下的岩石和土体产生浮托力。所以确定地基承载力设计值时，地下水位应取有效重度。[4]

4、地下水与钢筋混凝土的腐蚀

腐蚀的类型 （1）结晶类腐蚀

结晶类腐蚀主要是因为地下水中的-

24so 离子含量过多。-

24so 离子会和Ca 2)(OH 发生反应生成一种新的物质，化学式为CaSO 4·2H 2O ，叫做二水石膏结晶体。这种物质可以和水化铝酸钙发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，习惯上叫做水泥杆菌。因为水泥杆菌中参杂了大量的结晶水，体积比之前大许多，约为原来的221.86%。[5]产生很大内应力，使结构破坏。由此可见，当水泥中的水化铝酸钙含量少时，抗结晶腐蚀的能力就越强。

（2）分解类腐蚀

地下水中的二氧化碳和碳酸氢根离子是造成分解力腐蚀的原因。具体来说，二氧化碳会和钢筋混凝土中的氢氧化钙发生反应生成难容的碳酸钙沉淀。一般来说，因为碳酸氢钙不溶于水，固会形成一层保护膜附在钢筋混凝土表面进而防止其继续腐蚀。但事实上超量的二氧化碳会和碳酸氢钙发生反应生成重碳酸钙，这种物质是溶于水的。

此为一个平衡反应，当二氧化碳过量时，反应正向进行生成碳酸氢根离子。当两种物质达到平衡时，反应也达到一种平衡态。由此可见，当地下水中的二氧化碳含量高时，钢筋混凝土的腐蚀会加剧；而当地下水中的碳酸氢根离子的含量增多时，这种腐蚀作用就会越弱。这就是地下水对钢筋混凝土的分解类腐蚀。

此外，地下水的酸度也会加快氢氧

化钙的分解。而氯离子含量多时，混凝土结构中的氯离子能够使得阴、阳极之间的欧姆电阻不断减小,而离子通路得到强化,加快了腐蚀电流的作用。这是钢筋点化腐蚀加快的重要因素,而氯离子对混凝土中钢筋锈蚀的速度要更快。 （3）结晶分解复合类腐蚀

所谓结晶分解复合类腐蚀是指地下水中的各种离子与氢氧化钙发生反应，生成一些易溶

于水的物质随水流失，或是生成的新物质体积有明显得变化，如膨胀而引起混凝土材料的变形与开裂。如氨根离子，硝酸根离子，氯离子，镁离子等。当这些离子过量时会与氢氧化钙发生反应，生成如氯化钙等易溶物质及水泥杆菌及二水石膏等引起大变形的新物质。

5、结论

（1）地下水对工程建设的影响在静水压力方面体现在地下水对基础工程的浮托作用；

（2）地下水对工程建设的影响在冻水压力方面体现在流砂和潜蚀现象的形成；

（3）地下水水位的下降会使基础工程发生沉降作用；

（4）地下水中所含的多种化学物质会对钢筋混凝土产生很剧烈的腐蚀作用。

参考文献

[1]贡献者：wiqhdx. 土力学清华大学精品教程4固结沉降[J]. 2006, 03

[2]胡厚田. 土木工程地质[J]. 高等教育出版社，2001，12，1

[3]创建者：zj150406999 . /view/651819.htm[J]. 百度百科，2008，8，15

[4]贡献者：2835724. 工程地质第四章地下水. 北京大学出版社，2006, 1

[5]孔宪立，石振明. 工程地质学[J]. 中国建筑工业出版社，2001，12