地下水位上升引起的建筑问题的综述

地下水位上升引起的建筑问题的综述

【摘要】地下水是宝贵的自然资源, 同时给地下工程带来的负面影响不容忽视。特别是针对建筑物地基而言, 地下水位的上升和下降可直接导致建筑物的变形或进一步的严重破坏。地质体内的地下水可以由于开挖而涌出或突出；也可以由于人类活动而向地质体内充水，增加湿度，提高地下水水位，所有这些都可以引起地质灾害。而在自然地质灾害形成中，地下水也是重要的诱发因素之一，7O%-8O%的地质灾害的形成都与地下水有关。当建筑物场内有地下水存在时，地下水的水位变化及其腐蚀性和渗流破坏等不良地质作用，对工程的稳定性、施工及正常使用都能产生严重的不利影响，必须予以重视。

1、引言

近年，伴随我国大规模的基础设施建设，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。我们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子出现。在我国北方缺水地区，地下水作为一种工农业主要的水源被大量开采，区域地下水位逐年下降，这种现象在华北平原尤为明显。故而在这些地区勘察和设计过程中常常忽视了建筑物在使用过程中水文地质条件变化的预测。

2、环境对地下水位的影响

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。1993年，中国科学院地学部以全

球海平面2050年上升20cm~30cm 为依据，估计我国珠江三角洲海面将上升40cm~60cm，上海地

50cm~70cm，天津地区70cm~100cm。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，水电站等大型水利工程的实施，可能造成局部甚至区域水位的变化。尤其是南水北调工程的实施，逐步构成”横三纵”为主体的中国大水网，在实现我国水资源南北调配、东西互济的合理调配。受水区将利用客水、减少开采量和利用当地雨洪进行地下水调蓄，区域地下水位下降的趋势将被有效遏制甚至逐步回升。比如在“南水北调”中线工程完成后，河北省每年将调蓄30~1081TI 的长汀水。河北省水利专家提出的利用“降落漏斗”建立地下水库调蓄长江水资源的设想已经在研究，一旦付诸实施，将有力补充华北平原的地下水，使该地区地下水显著回升。

3地下水对建筑工程的影响

当建筑物场内有地下水存在时，地下水的水位变化及其腐蚀性和渗流破坏等不良地质作用，对工程的稳定性、施工及正常使用都能产生严重的不利影响，必须予以重视。

3．1 地下水的水位变化对建筑工程的影响

从地基与基础这一角度来说，地下水位的变化能引起不良的后果。当地下水位的升降只在基础底面以上某一范围内变化时，影响不大。若地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化，情况就不同了。若水位上升，水浸湿和软化岩土，从而使地基土的强度降低，压缩性增大。尤其是对结构不稳定的岩土(如湿陷性土、膨胀性岩土、盐渍土等)，这种现象更为严重，能导致建筑物的严重变形或破坏。对于没有地下室的建筑或地下建筑工程，对其防潮、防湿均不利。若地下水在压缩层范围内下降，则增加土的自重应力，引起基础的附加沉降。如果地基土质不均匀，或地下水位的下降不是在整个建筑物下面均匀而缓慢地进行，基础就会产生不均匀沉降。此外，膨胀土及粘土等失水会发生收缩，能使建筑物变形或破坏。地下水对地下结构物有浮托作用，在不利的荷载情况下(例如钢筋混凝土池空池时)，地下水位的突然上升(例如降大雨)可能引起结构物的上浮或破坏。地下水位的变化还

可直接影响到河谷阶地，岸坡或边坡岩土体的稳定。河水上涨时，地下水位升高，岩土被软化而抗剪强度降低；河水下落时，水沿岸坡渗出，产生动水力，成为岩土不稳定的条件之一甚至形成滑坡。因此，应事先了解地下水变化的影响。

3．2 地下水对建筑工程施工的影响

地下水是影响建筑工程安全稳定性的最活跃因素之一。地下水对建筑工程的作用有以下特点：

(1)周期性、多变性、长期性。

(2)直接作用和间接作用。

(3)瞬时作用和缓慢作用。

(4)参与作用的地下水类型的复杂性和研究的广泛性。

建筑工程施工，为维护工程场地稳定性采取截断渗流和防止地下水危害的排水措施，以及基础工程为保证正常施工而采取的降水措施，都是针对地下水的作用而进行的。施工排水与降水方法的选取及其实效，直接影响施工速度和质量。在各类软土分布区，因降水十分困难(空隙细小且富含结晶水)不得不采取特殊方法(如电渗析法)而使造价提高。与此同时，还可能出现以下不良作用：(1)强侵蚀性地下水及环境水渗人，对施工管材和基础产生侵蚀、腐蚀作用。(2)因排水导致地下水动力条改变，促使细颗粒地基土形成流砂。(3)深开挖时下伏承压水可能产生突涌。(4)施工降水可导致毗邻自然边坡或人工边坡失稳。(5)排水引至场外任意流失渗漏，可成为邻区地基变形新隐患。以基坑工程为例。

3．2．1 地下水对基坑开挖造成的影响

地下水可能造成的影响(以排桩加锚杆为例)：

(1)在支护结构的设计中，无论采取何种计算方法，地下水的存在和状态都会影响水平荷载的取值大小。从而可能直接造成支护结构的失效或过大的位移。

(2)地下水可能引起锚杆或周围土体之间握裹力的降低从而降低抗拔力。

(3)地下水的存在可能造成施工的困难，常常会使支护结构在嵌固深度不足条件下工作。

(4)地下水的存在可能降低支护体系的整体稳定性。

(5)地下水控制不当，可能造成潜蚀，严重时威胁体系的整体稳定性。

(6)对于槽底土质为粉土或砂土时，可能造成基地的管涌或基坑隆起失效。

(7)由于施工降水失当，造成基坑侧面变形过大，引起临近建筑、道路或地下设施的破坏[3]

3．3 地下水的腐蚀性

当地下水中的某些化学成分含量过高时，水对建筑材料有腐蚀性。地下水对建筑材料的腐蚀类型分为3种：

(1)结晶类腐蚀如果地下水中s0i一离子的含量超过规定值，那么S0 一离子将与混凝土中的Ca(OH) 起反应，生成二水石膏结晶体CaSO·2H O，这种石膏再与水化铝酸钙CaOAl O。·6H O发生化学应生成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了多的结晶水，因而其体积比化合前增大很多，约为原体积的221．86 ，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受破坏。

(2)分解类腐蚀地下水中含有cO和HCO~-，CO 与混凝土中的Ca(OH) 作用，生成碳酸钙沉淀。当地下水中C0。的含量超过一定数值，再与碳酸钙反应，生成重碳酸钙并溶于水，即：Ca-CO。十H O+CO 一Ca抖+ 2HCO 。所以地下水中腐蚀性的c0 愈多，对混凝土的腐蚀愈强。地下水流量、流速都很时，c0 易补充，平衡难以建立，因而腐蚀加快。另一方面，HCO~-离子含量愈高，对混凝土腐蚀愈强。

(3)结晶分解复合腐蚀当地下水中NH+，N0 ，Cl一和Mg 离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH) 反应，生成Mg(OH) 不易溶解；CaC1 则易溶于水，并随之流失；硬石膏CaSO4方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏；二水石膏在结晶时体积膨胀，破坏混凝土的结构。综上所述，地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。当有足够经验或充分资料认